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引言与背景
美国水务公司因监管压力、公共卫生问题及资产管理需求,将大量资源投入收集系统性能评估,尤其针对重力收集系统。评估通过容量和状况评估实施修复与更换项目,通常受监管驱动。评估技术进步(流量计量、水力模型、机器人检查、非开挖技术)使评估更高效,但需基于风险方针管理压力管道,确保资源集中于正确管道,以安全延长服务寿命。传统重力下水道检查技术(如CCTV)难以应用于压力管道,因其无法评估结构状况(如壁厚损失),且外部腐蚀是常见失效原因,传统技术无法检测。
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压力管道评估方法
压力管道评估需采用不同于重力系统的方法,因压力管道通常冗余度低、内部通道少,且外部腐蚀是主要失效原因。基于风险的管理方法通过失效可能性(LOF)和失效后果(COF)评级确定高风险管道,采用不同分辨率和复杂度的检测技术,以优化资源分配。美国压力管道主要材料为铁质(60%以上)和混凝土(15%以上),其中铁质管道失效主要源于内部/外部腐蚀(50%)、水锤压力和接头泄漏(25%)。混凝土管道(PCCP)失效主要源于腐蚀或结构劣化(50%)、水锤压力和接头泄漏(10%)。通过针对性评估可预防65%-70%的管道事故。
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剩余使用寿命分析
铁质压力管道的剩余使用寿命可通过统计模拟和工程分析预测,需收集最少数据(如95%置信水平的壁厚测量、代表性样本、恶化速率假设、结构分析)。土壤测试数据与管壁测量数据的相关性较低(土壤测试方差大,管壁测量方差小),表明需更高分辨率数据(如管壁测量)以准确预测失效。混凝土压力管道(PCCP)的退化模型整合历史信息、检测数据(如断线缠绕数量、气泡存在情况)、结构分析及实时监控数据,通过状态-隶属度矩阵关联 distress indicator 与状况状态,模拟管道退化过程。示例分析显示,某样本PCCP应在4年后重新检查。
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模型局限性
分析假设不保证重新检验前无失效,且未考虑管道段差异(部分段降解速度可能更快)。操作变化(如流量降低导致H2S腐蚀)需重新评估。未考虑实时监控技术时,重新检测时间可能过于保守。失效后果评估需考虑社会(受影响客户数量)、经济(维修费用)、环境(排放区域敏感性)等因素,结合失效可能性分析确定优先级。