TY - THES A1 - Osagie, Christian T1 - Reliability assessment of onshore pipelines based on Bayesian inference T1 - Zuverlässigkeitsbewertung von Onshore-Pipelines auf der Grundlage von Bayes`schen Schlussfolgerungen N2 - 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 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. N2 - 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 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. KW - Uncertainty KW - Wahrscheinlichkeit KW - Oil and gas pipelines KW - Failures KW - Analysis KW - Probability KW - Öl- und Gaspipelines KW - Ausfälle KW - Analyse KW - Unsicherheit KW - Pipeline KW - Bayes-Verfahren KW - Zuverlässigkeit Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67338 ER - TY - THES A1 - Stolz, Michael T1 - Ermittlung und Beurteilung der Zuverlässigkeit von lateralen elektrostatischen Nanoaktoren und ihr Einfluss auf zukünftige Anwendungen T1 - Determination and assessment of the reliability of lateral electrostatic nanoactuators and their influence on future applications N2 - In dieser Dissertation wurden Zuverlässigkeitsaspekte der NED-Aktoren betrachtet und ihre Langzeitstabilität untersucht. Die Langzeituntersuchungen an einzelnen NED-Aktoren haben gezeigt, dass insbesondere große elektrische Felder zur Verkürzung der Lebensdauer der Aktorik führen können. Elektrische Felder beschleunigen Oxidation der NED-Siliziumelektroden. Dabei wurden zwei unterschiedliche Oxidationsmechanismen beobachtet: die anodische Oxidation von Siliziumelektroden im Isolatorbereich und die feldemissionsunterstützte Oxidation. Die beiden Degradationsmechanismen begünstigen das Wachstum des Siliziumoxides an Siliziumelektroden und resultieren in der Veränderung der Oszillationseigenschaften der NED-Aktoren mit der Zeit. Weitere Untersuchungen an den NED-basierten Anwendungen – Mikrolautsprecher haben verdeutlicht, dass solche Faktoren wie Feuchtigkeit die Degradation am meisten forcieren. Durch Passivierung der Aktoren, wobei sie z. B. mit Aluminiumoxid im ALD-Verfahren verkapselt werden, können unerwünschte Degradationsmechanismen deutlich verlangsamt werden. Durch eine geeignete Materialwahl bei der Verkapselung kann sogar gleichzeitig die Effizienz der Aktoren verbessert werden. N2 - In this dissertation, reliability aspects of the NED actuators were considered and their long-term stability was investigated. The long-term studies on individual NED actuators have shown that large electrical fields in small electrode gaps in particular can lead to a reduction of the actuator's lifetime. Strong electric fields accelerate oxidation of the silicon electrodes of NED actuators. Two different oxidation mechanisms were observed: the anodic oxidation of silicon electrodes in the insulator area and the field emission assisted oxidation. Both degradation mechanisms support the growth of silicon oxide on silicon electrodes and result in the change in the oscillation properties of the NED actuators over time. Further investigations on the NED based applications such as micro-speakers have clarified that such factor as air humidity is the main acceleration driver of degradation. By passivation of the actuators, where they would be encapsulated e. g. with aluminum oxide in the ALD process, unwanted electrode oxidation can be significantly slowed down. By choosing a suitable material for the encapsulation, the efficiency of the NED-actuators can even be improved at the same time. KW - Nanoaktor KW - NED KW - Zuverlässigkeit KW - MEMS KW - Nanoscopic electrostatic drive KW - Nano actuators KW - Reliability KW - Mikroaktor KW - MEMS KW - Zuverlässigkeit Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-65332 ER -