基于模糊故障树方法的脐带缆可靠性分析研究

夏 冉，刘洪磊，张 洲，罗 丹，张 玉

(1. 中国石油大学(北京)，北京 102200； 2. 中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300450)

作为水下生产系统中部控制设备的重要装备之一，脐带缆是水上平台控制模块与水下生产系统以及水下生产系统各部分仪器设备之间相互连接的供能和通信管线，它主要承担着电力、液压动力等能源的供给，光纤通信和化学药剂等信号的传输(图1)，因此又被称为水下生产系统的“生命线”[1-2]。

自1961年荷兰壳牌在墨西哥湾使用第一条全液压软管脐带缆以来，随着技术的成熟和工作水深的增加，动力电缆单元和数据传输线路单元相继加入脐带缆构件的行列。直到1982年，瑞典公司Sandvik首次用钢管替代热塑性软管，并且高压输电方式开始应用，同时引入了铠装单元和光纤单元来完善脐带缆结构和功能[2]。文中所研究的脐带缆为双层钢丝铠装脐带缆，其典型结构如图2所示[3]。

图1 水下生产系统中的脐带缆Fig. 1 Umbilical in subsea production system

图2 脐带缆典型结构Fig. 2 Typical structure of umbilical

随着应用水深的增加，造成脐带缆失效的因素也更多，脐带缆的失效会引起整个水下生产系统的失效，导致严重的生产事故。脐带缆的失效模式为脐带缆在储存、安装及在位等工况下受到海洋环境荷载作用时可能发生的破坏形式[4]，主要包括以下几种形式：

1) 拉伸失效。脐带缆在位运行过程中，随着水深的增加，脐带缆顶部拉伸荷载增加。当拉伸荷载超过一定范围后，会导致钢材料等承载构件失效或电缆、光缆等构件变形过大无法正常工作从而导致拉伸失效。……