基于重点抽样法的固定式平台结构风险评价研究
李晓冬, 刘德辅, 吕秀艳, 牟善军(1. 中国海样大学海洋防灾研究所, 山东青岛266003 ; 2. 中国石化青岛安全工程研究院, 山东青岛266071)
摘 要: 在建立海上油气设施的风险分析系统时,对由台风引发的极端海况造成的结构失效进行风险评估是1 个十分重要的问题。为了建立实用可靠的风险评价方法,本文使用基于重点抽样法的随机模拟技术,对渤海海域CB122C 井组平台结构进行了全概率法失效概率计算,并在此基础上进行了平台结构的风险评价。该方法是1 种适用于固定式海洋平台的定量风险评价方法,充分考虑了平台结构风险分析过程中各种不确定性的影响,极大提高了定量风险评价结果的可靠性。
关键词: 固定式平台; 风险评价; 重点抽样法; 失效概率
中图法分类号: P753 ;U656. 6 文献标识码: A 文章编码: 167225174 (2006) 012161207
固定式平台是目前广泛用于海上油气生产的海上结构物之一。固定式平台的风险评价就是按照科学的程序和方法,对平台建设或生产中潜在的风险进行预先识别、分析和评价。掌握平台系统发生风险的可能性及其危害程度,为制定防灾措施和管理决策提供科学依据。这里的风险R 可以用灾害发生概率P 和灾害后果程度C 简单表示为:R = P ×C ,表明了它是把发生概率和后果影响综合考虑的指标[1 ] 。目前在国际上,挪威、英国等国已经建立较为完善的海上设施风险评价体系,对于平台上油气设施的评价主要依靠事故数据库和经验模型;而对于结构系统的安全评价,则主要以结构可靠度分析为主。
固定式海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵,与陆上结构相比,其所处环境条件十分复杂和恶劣,受
风、浪、流、冰的联合作用,同时遭受台风和地震等极端荷载的威胁。另外,在数据采集和计算分析过程中,还
存在很多人为的不确定性。在结构可靠性分析时,计算失效概率采用全概率法(水准Ⅲ法) ,可以充分考虑
评价过程中各种不确定性的影响,有效提高平台结构系统风险评价的可靠性。但从传统上说,全概率法在
应用时求解困难,使用Monte Carlo 法求解也会耗费大量机时,这些因素都影响了风险评价方法在固定式海洋平台安全管理中的实际应用。为解决此问题,本文在计算平台失效概率时应用了随机模拟的方法———重点抽样法( Importance Sampling Procedure) ,实现了全概率法在工程中的实践,有效提高了计算效率,并以渤
海海域CB122C 井组平台的风险评价为例,介绍了该方
法的应用。
1 重点抽样技术简介
1. 1 基本原理
随机模拟法,又称蒙特卡洛(Monte-Carlo) 法,是以概率与统计的理论为基础,基于现实资料的特征和假定,通过计算机重现某些过程, 从而研究随机变量统计特征估计方法。重点抽样法是随机模拟方法的1种,其基本原理是集中对分布的最重要的区域抽样,即对失效概率做出主要贡献的部分抽样,而不是扩展到整个定义域内均匀抽样 。
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4 结语
本文对海上平台结构系统的安全性进行评估时,突破了传统结构可靠度方法,引入了风险评价的思想。
这样,对于灾害性海况引发的平台结构安全问题可以不再单独考虑,可以和火灾、爆炸、船舶碰撞等风险一样,进行统一的风险评价。
对于极端海况引发的平台整体倾覆风险评价,本文采用了失效概率和人员伤亡人数这2 个指标来定量确定风险值,不同于现行安全管理中常用的定性和半定量的评价方法,更具实用性。利用重点抽样法的应用模型ISPUD 计算结构系统的失效概率,充分解决了全概率法(水准Ⅲ法) 在结构可靠度分析中的求解困难问题,实现了全概率法的工程实践;该方法可以充分考虑各种不确定性因素及其相关性对于失效概率的影响,提高了风险定量计算的可信度。
该方法的应用有效提高了风险评价方法在海洋工程中的实用性和可靠性,对海上石油工业的安全管理有重要意义。
