Optimal Design of Onshore Natural Gas Pipelines

Abstract

The optimal design level for onshore natural gas pipelines was explored through a hypothetical example, whereby the pipe wall thickness was assumed to be the sole design parameter. The probability distributions of the life-cycle costs of various candidate designs for the example pipeline were obtained using Monte-Carlo simulation. The life-cycle cost included the cost of failure due to equipment impact and external corrosion, and the cost of periodic maintenance actions for external corrosion. The cost of failure included both the cost of fatality and injury as well as the cost of property damage and value of lost product. The minimum expected life-cycle cost criterion and stochastic dominance rules were employed to determine the optimal design level. The allowable societal risk level was considered as a constraint in the optimal design selection. It was found that the Canadian Standard Association design leads to the minimum expected life-cycle cost and satisfies the allowable societal risk constraint as well. A set of optimal designs for a risk-averse decision maker was identified using the stochastic dominance rules. Both the ASME and CSA designs belong to the optimal design set and meet the allowable societal risk constraint.

Otimização de riscos sob processos aleatórios de corrosão e fadiga

“…Esse modelo já foi utilizado em diversos artigos da área de otimização envolvendo custos sobre o ciclo de vida, tais como Streicher et al (2008) e Zhou & Nessim (2011).…”

“…Políticas ótimas de inspeção e manutenção foram selecionadas com base em restrições arbitrárias de confiabilidade. Zhou & Nessim (2011) consideraram o projeto ótimo de dutos de gás natural "onshore", comparando dez diferentes espessuras de parede, incluindo aquelas determinadas pelas normas de dutos dos Estados Unidos (ASME, 1999) e do Canadá (CSA, 2007). Foi adotado um modelo conservador linear para o crescimento do defeito, no qual se assume que a profundidade e o comprimento do defeito crescem a uma taxa constante, mas aleatória.…”

“…O problema de otimização estudado pelos autores é limitado, do ponto de vista que o projeto ótimo é obtido comparando 10 projetos diferentes. Ainda assim, muitos parâmetros relevantes ao problema utilizados em Zhou & Nessim (2011) foram adotados no presente trabalho.…”

“…Neste caso, assume-se que a taxa de crescimento do comprimento do defeito é uma variável aleatória com distribuição Lognormal, ou seja, para cada realização do processo estocástico comprimento do defeito, a taxa de crescimento é constante e igual a uma realização da respectiva variável aleatória. Em Zhou & Nessim (2011), o comprimento do defeito tem uma média inicial igual a 30.0mm e uma taxa de crescimento com distribuição Lognormal, média 1.0mm/ano e desvio-padrão 0.5mm/ano, o que leva a um comprimento médio de defeito igual a 80.0mm em 50 anos.…”

“…Os critérios de reparo adotados em Zhou & Nessim (2011) são considerados no presente trabalho, isto é, um defeito é reparado imediatamente após uma inspeção se o mesmo satisfaz a qualquer um dos seguintes critérios:…”