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Reliability assessment of onshore pipelines based on Bayesian inference

Zuverlässigkeitsbewertung von Onshore-Pipelines auf der Grundlage von Bayes`schen Schlussfolgerungen

  • Reliability assessment of pipeline failure factors has become a major concern for industrial firms involved in the transmission of oil and gas, where the requirement to limit these failure factors and their consequences, such as maintenance costs, is particularly significant. Pipelines were constructed throughout time to include safety precautions in order to offer a theoretical minimal failure rate for the pipeline's whole life. This strategy also includes the management of various failure causes as well as routine-based maintenance to assure the dependability of pipelines during their service life. However, the requirement to reduce the impact of these failure factors on pipelines has bolstered the use of reliability evaluation of failure factors on petroleum pipelines. The purpose of this study is to evaluate the reliability of oil pipelines in Nigeria, with emphasis on proposing operational and technical changes to enhance their resilience against unexpected failures. The thesis uses the regular Poisson, empirical, and compoundReliability assessment of pipeline failure factors has become a major concern for industrial firms involved in the transmission of oil and gas, where the requirement to limit these failure factors and their consequences, such as maintenance costs, is particularly significant. Pipelines were constructed throughout time to include safety precautions in order to offer a theoretical minimal failure rate for the pipeline's whole life. This strategy also includes the management of various failure causes as well as routine-based maintenance to assure the dependability of pipelines during their service life. However, the requirement to reduce the impact of these failure factors on pipelines has bolstered the use of reliability evaluation of failure factors on petroleum pipelines. The purpose of this study is to evaluate the reliability of oil pipelines in Nigeria, with emphasis on proposing operational and technical changes to enhance their resilience against unexpected failures. The thesis uses the regular Poisson, empirical, and compound Poisson processes to describe the number of common failure causes owing to corrosion, third-party damage, mechanically induced failure, operational mistakes, and natural hazards in repairable systems. The statistical analysis results serve as the foundation for time to failure modeling of petroleum pipelines utilizing Bayesian inference of the three-parameter Exponentiated Weibull distribution. The thesis also includes reliability probabilistic methods for assessing the influence of uncertainties in pipelines by comparing the First order reliability method (FORM) with the Second order reliability method (SORM) with demonstration on five distinct petroleum pipelines. The probability of failure and the reliability index for the five pipelines were calculated, along with the target reliability. Additionally, the influence of specific pipeline design parameters on the probability of failure was analyzed through sensitivity analysis. This analysis helps identify which design factors have the most significant impact on the likelihood of pipeline failure, allowing for more informed decisions in pipeline design and maintenance practices. By understanding these influences, it is possible to enhance the overall reliability and safety of the pipeline infrastructure. The framework developed in this thesis can be applied to enhance the performance of existing pipelines and serve as a good foundation for the design and implementation of new pipelines and similar infrastructures.show moreshow less
  • Die Bewertung der Zuverlässigkeit von Pipeline-Ausfallfaktoren ist zu einem wichtigen Thema für Industrieunternehmen geworden, die an der Beförderung von Öl und Gas beteiligt sind, wobei die Herausforderung, diese Ausfallfaktoren und ihre Auswirkungen wie z. B. Wartungskosten zu minimieren, äußerst wertvoll ist. Im Laufe der Zeit wurden Pipelines so konzipiert, dass sie Sicherheitsvorkehrungen enthalten, um eine theoretische Mindestausfallrate für die gesamte Lebensdauer der Pipeline zu gewährleisten. Dieser Ansatz beinhaltet auch die Kontrolle verschiedener Ausfallfaktoren und eine routinemäßige Wartung, um die Zuverlässigkeit der Pipelines während der Betriebszeit zu gewährleisten. Die Notwendigkeit, die Auswirkungen dieser Ausfallfaktoren auf die Pipelines zu minimieren, hat jedoch die Anwendung der Zuverlässigkeitsbewertung von Ausfallfaktoren auf Erdölpipelines weiter verstärkt. Diese Forschungsarbeit befasst sich mit der Bewertung der Zuverlässigkeit von Pipelines am Beispiel von Nigeria und den daraus resultierendenDie Bewertung der Zuverlässigkeit von Pipeline-Ausfallfaktoren ist zu einem wichtigen Thema für Industrieunternehmen geworden, die an der Beförderung von Öl und Gas beteiligt sind, wobei die Herausforderung, diese Ausfallfaktoren und ihre Auswirkungen wie z. B. Wartungskosten zu minimieren, äußerst wertvoll ist. Im Laufe der Zeit wurden Pipelines so konzipiert, dass sie Sicherheitsvorkehrungen enthalten, um eine theoretische Mindestausfallrate für die gesamte Lebensdauer der Pipeline zu gewährleisten. Dieser Ansatz beinhaltet auch die Kontrolle verschiedener Ausfallfaktoren und eine routinemäßige Wartung, um die Zuverlässigkeit der Pipelines während der Betriebszeit zu gewährleisten. Die Notwendigkeit, die Auswirkungen dieser Ausfallfaktoren auf die Pipelines zu minimieren, hat jedoch die Anwendung der Zuverlässigkeitsbewertung von Ausfallfaktoren auf Erdölpipelines weiter verstärkt. Diese Forschungsarbeit befasst sich mit der Bewertung der Zuverlässigkeit von Pipelines am Beispiel von Nigeria und den daraus resultierenden Entscheidungen über notwendige Maßnahmen zur Vermeidung unerwarteter Ausfälle. In dieser Arbeit wird ein statistischer Ansatz für die Zuverlässigkeit reparabler Systeme angewandt, um die Anzahl der üblichen Ausfallfaktoren aufgrund von Korrosion, Schäden durch Dritte, mechanisch bedingten Ausfällen, Betriebsfehlern und natürlichen Gefahren zu modellieren, wobei der normale Poisson-Prozess, der empirische und der zusammengesetzte Poisson-Prozess verwendet werden. Das Ergebnis der statistischen Analyse bildet eine Grundlage für die Modellierung der Zeit bis zum Ausfall von Erdölpipelines unter Verwendung der Bayes'schen Inferenz der dreiparametrigen exponentiellen Weibull-Verteilung. Die Arbeit beinhaltet außerdem probabilistische Algorithmen zur Quantifizierung der Auswirkungen von Unsicherheiten in Pipelines durch den Vergleich der Zuverlässigkeitsmethode erster Ordnung (FORM) mit der Zuverlässigkeitsmethode zweiter Ordnung (SORM) unter Verwendung von Pipeline-Konstruktionsparametern wie Dicke, Streckgrenze, Durchmesser und Versagensdruck mit Demonstration an fünf verschiedenen Erdölpipelines. Die Ausfallwahrscheinlichkeit und der Zuverlässigkeitsindex für die fünf Pipelines wurden zusammen mit der Zielzuverlässigkeit berechnet. Darüber hinaus wurde der Einfluss spezifischer Pipeline-Konstruktionsparameter auf die Ausfallwahrscheinlichkeit durch eine Sensitivitätsanalyse analysiert. Mit Hilfe dieser Analyse lässt sich feststellen, welche Konstruktionsfaktoren sich am stärksten auf die Wahrscheinlichkeit eines Pipelineausfalls auswirken, was fundiertere Entscheidungen bei der Konstruktion und Wartung von Pipelines ermöglicht. Durch das Verständnis dieser Einflüsse ist es möglich, die allgemeine Zuverlässigkeit und Sicherheit der Pipeline-Infrastruktur zu verbessern.show moreshow less

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Metadaten
Author: Christian Osagie
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67338
DOI:https://doi.org/10.26127/BTUOpen-6733
Referee / Advisor:Prof. Dr. rer. nat. Carsten Hartmann
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2023
Date of final exam:2023/11/09
Release Date:2024/05/28
Tag:Analyse; Ausfälle; Unsicherheit; Wahrscheinlichkeit; Öl- und Gaspipelines
Analysis; Failures; Oil and gas pipelines; Probability; Uncertainty
GND Keyword:Pipeline; Bayes-Verfahren; Zuverlässigkeit
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Stochastik und ihre Anwendungen
Licence (German):Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
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