随着城市燃气的不断推广和现有城市燃气管道的不断老化,燃气管道失效而导致的火灾、爆炸等事故时有发生,严重影响了社会的公共安全与和谐稳定。事故调查表明:燃气公司因缺乏动态的风险反馈机制而无法预测管道运行的实时风险状态是燃气管网事故频发的根本原因;在燃气泄漏后,因无法准确预测相应的事故后果而缺乏科学的应急决策方法是导致燃气事故扩大化的主要原因。因此,研究城市燃气管道的风险动态变化趋势,相比静态风险评估更加科学和富有指导意义。系统动力学在揭示系统行为动态特征方面具有独特的优势,本文从失效概率和事故后果出发,构建了基于系统动力学的城市燃气管网动态风险评估模型,以实现对城市燃气管网风险的动态跟踪和风险控制的目标,为城市燃气管道的完整性管理奠定理论基础,提高燃气管网运行的安全可靠性。(1)根据与时间的相关性,把引起燃气管道失效的原因分为两类。对于与时间关系密切的腐蚀失效,结合实地测量数据,修正了幂函数腐蚀模型;利用结构可靠性原理构建了基于压力失效和Mises应力失效准则的两种管道失效计算模型,并分别采用Monte-Carlo模拟和子集模拟计算其相应的动态失效概率,并对影响管道失效概率的相关参数进行了敏感性分析。结果表明:覆土载荷、温度载荷、以及弯曲作用和残余应力所引起的载荷等对埋地管道可靠性有着不可忽略的影响。管道服役前期,腐蚀因素、管道内压、管道壁厚是对管道失效概率影响较大的因素,而腐蚀因素(腐蚀指数和腐蚀乘子)随着服役时间增加逐渐成为对管道失效概率影响最大的因素。对于与时间相关性不大的失效原因(第三方破坏、误操作、施工缺陷/材料失效)引起的燃气管网失效,利用欧洲燃气管道失效数据库(EGIG)中的数据,构建基于修正因子的失效概率计算模型,以减少计算结果的主观性。(2)根据燃气事故的演变过程,分析了燃气管道失效模式,提出了燃气泄漏量、火球事故、喷射火事故和蒸气云爆炸事故的物理效应、死亡几率与致死概率、个人风险及社会风险的计算方法。(3)从失效概率和事故后果两个方面构建了埋地燃气管网风险演化的系统动力学模型,直接把失效概率计算模型和燃气事故后果分析模型作为系统动力学模型的内置方程,准确描述系统的动力学演变行为。以中国珠海某燃气管道为案例,对该埋地燃气管道的整体失效概率、燃气事故后果、个人风险在时间上的演化规律及社会风险进行了仿真分析。结果表明案例中的燃气管道系统风险的动态发展规律与实际情况吻合较好,说明所建模型可有效表征埋地燃气管网风险演化的时空规律和风险程度,可用来对埋地燃气管网风险进行动态跟踪,实现燃气事故的“事先预防”和“事前预警”的功能。