随着海洋油气的大力开发,海底油气管道总长度日益增加。由于海洋经济迅速发展,我国近岸海域管道周围渔业繁忙、航道众多,海底管道与航道分布交错复杂,管道受船舶抛锚撞击的风险大大增加。现有的重物撞击海底管道风险评价方法未考虑管道周围复杂的海洋环境,而且计算的一般重物坠落概率与船舶的抛锚概率不同,对管道造成的破损程度也不相同。因此,有必要研究海底管道锚击风险评价技术,为海上航线与海底管道的安全管理提供技术支撑,对保障海底管线的安全运行具有重要意义。本文的主要研究内容与成果如下:(1)首先分析海域环境,了解海底管道及周围海域水文情况、海上航线与航船分布的特点,为建立图论模型提供背景支撑;然后分析海底管道事故数据库,确定研究管道为管径914mm的单层管,研究管段为连接海洋平台的管道中段部分;根据挪威船级社DNV规范,确定海底管线锚击失效风险评价方法与流程。(2)建立海底管道锚击失效概率计算模型。首先建立海底管道抛锚撞击概率计算模型:采用图论模型描述海岸、海上航线以及海底管线的位置关系,结合概率论原理,建立航线与海底管线的相交概率计算模型;引入贝叶斯网络模型计算船舶发生紧急抛锚的概率,建立航线与海底管线相交处船舶的抛锚概率计算模型;基于DNV规范计算坠物撞击海底管道概率的公式,针对船锚的结构特征,对坠物漂移偏位角进行改进,建立船锚落水后击中管道的概率计算模型。结合以上三种概率计算模型,形成海底管道抛锚撞击概率计算模型。然后建立海底管道锚击失效条件概率计算模型。采用ANSYS LS-DYNA有限元软件建立船锚撞击海底管道损伤分析模型,通过模型分析锚击后管道的应力应变分布及时程变化,确定管道受损最严重部位为碰撞中心位置。根据DNV规范,以碰撞中心处凹径比来衡量管道损伤程度。考虑抛锚水深、坠锚速度、船锚质量、管道壁厚、埋设深度及混凝土层厚度等因素对管道损伤的影响,通过模拟,分别得到各影响因素与凹径比的关系曲线;统计分析模拟结果,将管道损伤程度(凹径比)分为5个等级,对应5种管道破损形式;拟合影响因素与凹径比关系曲线,由拟合函数求出各级凹径比对应的影响因素临界值。根据可靠性理论,将其转化为状态函数基本变量用于计算锚击失效条件概率。结合海底管道抛锚撞击概率和失效条件概率形成海底管道锚击失效概率计算模型。(3)形成海底管道失效后果评估方法。运用事件树对海底管道泄漏可能出现的后果进行分析,给出海底管道液体介质和气体介质泄漏量的估算方法;分别从安全、环境、经济损失三方面评估抛锚撞击海底管道的失效后果。(4)基于海底管道锚击失效概率和失效后果的研究成果,形成海底管道锚击失效风险评价方法。根据相关规范标准,对海底管道锚击失效概率和失效后果进行等级划分,建立风险评价矩阵;然后对比风险可接受标准,对不可接受风险提出风险缓解措施。