油气管道的风险评价方法.pdf

● 应用与开发 油气管道的风险评价方法 刘 颖,刘长林,周 巍 西南石油大学,成都610500 摘 要管道的风险评价技术是一门具有很高经济价值的管理技术。通过风险评价可以对管 道的风险大小做出评估,从而找到减少管道风险和费用支出的有效途径。简要介绍了风险评 价技术的内容和方法,重点介绍了W. K . Muhlbauer的管道风险评分体系,详细阐述了风险评 价模型框图和引起事故的4个因素,提出了风险等级划分标准和减小管道风险的一些建议。 关键词油气管道;风险评价;评分法;模型框图;因素 中图分类号TE88 文献标志码 B 文章编号 1001- 3938 2008 01 - 0036- 04 风险评价技术最早在20世纪70年代应用于 美国核电厂的安全性分析,随后在化学工业、 油气 管道输送、 环境保护等方面得以推广。经过30余 年的开发研究,风险评价技术已在许多国家投入 应用,并取得了巨大的经济效益和社会效益。我 国在这方面的研究和应用起步较晚,但近几年发 展十分迅速。 1 风险评价的必要性 风险评价是一种基于数据资料、 运行经验的 科学方法,通过将风险量化,便于进行分析、 比较, 为风险管理的科学决策提供可靠的依据,以能够 合理运用有限的人力和物力等资源、 采取最适当 的措施、 达到最有效地减小风险为目的。 对于新建管道,选线时不仅要选省工时、 省费 用的线路,而且要考虑风险小的方案,通过综合考 虑确定最优方案,这样不仅能节省投资,加快进 度,方便运行管理,而且能减少管道的建设和运行 风险,得到较好的经济效益与社会效益。 对已建成的管道进行风险评价,可以摸清事故 原因中可变因素与不可变因素的组成,通过对其分 析,制定安全维护计划,从而将风险降至最低。 2 风险评价的方法 风险评价是根据安全性和经济性原则进行 的,其分析方法的基本目标是提出和确定不确定 性影响因素,为管道的管理和维护提供风险信 息 [1]。对管道进行风险评价时首先要摸清管道 发生事故的原因,设置适当的事故原因类别及其 因素,采用科学的评价方法,使评价结果能够真 实、 合理地反映被评价管道的相对风险大小。 风险评价方法包括定性评价法、 定量评价法 和半定量评价法。 2. 1 定性风险评价法 管道的定性风险评价技术是基于决策科学和 贝叶斯统计理论的决策分析方法,它是利用事件 树和故障树的概率进行风险评估PRA的,失效 模式、 影响和评价分析FMECA是其常用的方 法 [2]。它包括安全检查、 初步危险分析、 列表检 查、 假设事故与后果分析、 破坏模式与效果、 临界 状态分析、 危险与危险性调节研究等多种危险识 别方法。 定性评价法可以根据专家的意见提供高、 中、 低风险的相对等级,但危险性事故发生的频率和事 故损失后果均不能量化。其特点是不需要建立精 确的数学模型和计算方法。它是在有经验的现场 操作人员和专家意见的基础上进行打分评判的,评 价的精确性取决于专家经验的全面性,划分影响因 素的细致性、 层次性以及权值分配的合理性。 2. 2 定量风险评价方法 定量风险评价技术利用结构力学、 有限元方 法、 断裂力学、 可靠性与维修技术和各种强度理 论,对管道的风险进行定量评价和决策 [3 ]。它预 63焊管 第31卷第1期 2008年1月 先给固定的、 重大的和灾难性的事故的发生概率 和事故损失后果都约定一个具有明确物理意义的 量,所以其评价结果是最严密和最准确的。它与 定性风险分析技术的不同之处在于必须在大量设 计、 施工和运行资料的基础上,建立完善的数据库 管理系统,并掌握裂纹缺陷的扩展规律和管材的 腐蚀速率,由此运用确定性或不确定性方法来建 立评估的数学模型,然后进行分析求解。其结果 的精确性取决于原始数据的完整性、 数学模型的 精确性和分析方法的合理性。 定量风险评价虽然最能反映出管道风险情 况,一些工业发达国家也制定出了实现这一目标 的研究计划,但是由于定量风险评价所需要的管 道信息数据量巨大,并且还需要大量的前期技术 研究工作,所以它还不能在短期内实现。 2. 3 半定量风险评价法 半定量评价法以风险的数量指标为基础,分别 给事故损失后果和事故发生频率各分配一个指标, 然后用加和除将两个对应事故概率和损失严重程 度的指标进行组合,从而形成一个相对风险指标。 半定量评价法所需原始数据较少,评价成本较低, 目前被公认是一种普遍实用的管道风险评价方法。 3 管道风险评价模型 3. 1 风险评价模型的基本假设 风险评价的目的是揭示管道所面临的风险, 并给出如何有效缓解这种风险的方法和措施。管 道风险评价模型建立在以下几个假设基础上。 1独立性 假设影响风险的各种因素是相对独立的,也 是可以迭加的。即对管段来说每个因素都能独立 影响其风险状态,总风险是各独立因素的总和。 2相对性 风险评估的分值只是一个相对概念,只有在 相对情况下才具有实际意义。一条管道风险评估 值的大小表示其相对于其它被评价管道风险的高 低。风险值越高则管道的安全性越高。实际上管 道的绝对风险值是无法计算的。 3最坏情况 [4 ] 一条管段的最坏情况决定该管段的评价分 值。例如,有一条长30 km的管道,其中29 km覆 盖层厚度为2 m,另1 km的覆盖层厚度为0. 8 m, 那么该管段的覆盖层厚度就只能按0. 8 m考虑。 4加权 各评价项的加权,也就是它们最大可能的评分 值,将反映出该项的相对重要性。此重要性表示该 评价项在导致风险或缓解风险方面所起的作用。 3. 2 管道的分段原则 管道的风险评价与其它装置的风险评价不同 之处在于,整条管道的长度上没有相同的危险性 倾向,即一条管道通常不是所有部分都具有相同 的潜在危险性。对于管道来说,沿程各种条件的 多样性决定了整条管道各段的风险程度大小不 一。评价时,管段划分过多虽能提高每段的评价 精度,但会造成在数据采集、 处理和维护等方面的 费用支出较高;管段划分过少又降低了评价精度。 若按随机方式分段,一旦分段不恰当,就会增大费 用支出。所以管道分段的最好方法是利用有明显 区别的点来分段。最恰当的管道分段原则是只要 出现不同情况的重要特征变化点,就应在那里插 入分段点。所谓的不同情况包括管道的布局情 况、 载荷情况、 环境情况和缺陷情况,然后根据各 段的具体情况进行风险评价。 3. 3 风险评价模型 根据管道风险评价的基本原理,在上述几个 假设的基础上,采用W. K . Muhlbauer所提出的评 分法 [5 ] ,即对于每个管段,按事故的通常起因和 后果分为4个事故因子和1个泄漏影响系数,又 称为“4 1” 评价模式,其评价框图见图1。 图1 管道风险评分法框图 3. 3. 1 设计资料分析 在进行风险分析前需要收集相应管道的设 计、 施工、 运行状态、 涂层、 土壤腐蚀性、 维修规范 和环境等资料。将整条管道根据人口密度、 土壤 条件、 地质情况、 防腐层状况、 管道服役年限、 外部 73 第31卷第1期 刘 颖等油气管道的风险评价方法 气候条件等划分为若干管段,每一管段的特性要 尽可能一致,并且可以当作独立单元处理。 造成管道失效的主要原因有第三方破坏、 腐 蚀、 设计和误操作,其中腐蚀和第三方破坏是造成 管道失效的最主要原因 [6 ]。 1第三方破坏 第三方指非管道公司职工。第三方破坏不是 指第三方对管道实施的故意破坏,而是第三方在 从事其它活动过程中由于不了解管道在地下的准 确位置或无视输气管道的危险性所引起的管道损 坏。管道管理者必须采取措施减少第三方破坏管 道设施的可能性。 管道遭受第三方破坏的可能性大小主要取决 于管道周围可能的侵扰因素、 侵扰方接近管道的 难易程度以及地面活动的活跃程度。可能的侵扰 因素包括各种挖掘设备、 机动车道、 地震作用、 电 话线及电桩等。 影响侵扰方接近管道的难易程度的因素有覆 盖层厚度、 覆盖层的性质泥土、 石块、 混凝土 等、 人为障碍围栏、 堤坝、 沟渠等、 有无管道标 志、 管道路况、 巡线的频率等。 地面活动的活跃程度主要取决于人口密度、 附近的建设活动、 通讯情况、 火车或机动车的通过 量等。 综上所述,可将第三方破坏的影响因素归纳 为管道最小埋深、 地面活动程度、 地面装置、 公众 教育水平、 线路标志、 巡线频率6个方面。总计分 值在0～100分之间,分值越低说明出现第三方破 坏的概率越高,反之,则说明出现第三方破坏的概 率越低。 2腐蚀 腐蚀对管道的影响十分严重又十分复杂,是 风险评价的重要考虑因素。在输气管道的运行寿 命期间,腐蚀是使管道从安全走向失效的重要因 素之一。 管道的腐蚀大体分为大气腐蚀、 内腐蚀和埋 地金属腐蚀,它们反映了管壁可能接触到的一般 环境类型。所以在腐蚀风险评价中主要考虑大气 腐蚀、 内腐蚀和埋地金属腐蚀。内腐蚀的风险大 小与介质腐蚀性的强弱及内防腐措施有关,它包 括管输介质腐蚀、 内防腐层及其它措施。埋地金 属腐蚀是管道腐蚀破坏的主要因素,它包括阴极 保护、 管道外涂层、 土壤腐蚀性、 其它金属埋设物、 干扰电流、 应力腐蚀等。 3设计 原始设计与管道的风险状况密切相关,设计 过程中产生的问题不仅会对管道结构产生功能影 响,而且还可能对其它风险因素的产生和发展起 到加速作用。在最初设计时为了简化计算,设计 人员会采用一些简化模型和假设来选取一些参 数,忽略了许多不确定性因素的存在,这与实际情 况就有差异,而这些差异将会直接影响管道的风 险状况。所以设计本身给管道留下的风险隐患是 很难避免的。设计因素包括管道设计安全系数、 系统安全系数、 管材选择、 安全防御系统、 不良地 质处理和外防腐材料选择等。 4误操作 误操作是风险的一个重要方面。根据美国统 计,在所有灾害中,由于人的误操作造成的灾害占 62 ,而其余38为自然灾害 [6 ] ,可见误操作发 生事故的概率并不小,而且误操作带来的后果往 往十分严重。所以在输气管道的风险评价中,误 操作是最重要的风险因素之一。误操作包括设计 误操作、 施工误操作、 运行误操作和维护误操作。 管道主要风险评价评分标准见表1。 表1 管道风险评价评分标准 主因素 名称评分标准/分 子因素 名称评分标准/分 第 三 方 破 坏 0～100 管道最小埋深 地面活动程度 地面装置 公众教育水平 线路标志 巡线频率 0～20 0～20 0～15 0～20 0～15 0～10 腐 蚀 0～100 大气腐蚀 内腐蚀 埋地金属腐蚀 0～20 0～35 0～45 设 计 0～100 管道设计安全系数 系统安全系数 钢管材料选择 安全防御系统 系统水压试验 滑坡处理 外防腐材料选择 0～20 0～12 0～20 0～8 0～20 0～10 0～10 误 操 作 0～100 设计误操作 施工误操作 运行误操作 维护误操作 0～20 0～40 0～25 0～15 3. 3. 2 泄漏影响系数 泄漏影响系数又叫风险系数L IF ,是用来 83焊 管 2008年1月 衡量管输介质的易燃易爆性、 有毒性、 当时性危 害、 燃烧性、 反应性,以及管道发生事故、 出现泄漏 对沿线人口、 生态环境等造成的急性、 长期性危 害,是对管道发生穿孔或爆管引起天然气外泄后 所造成各种损失后果的评估。管输介质意外泄漏 可能造成的损失后果是由管输介质的危害性和泄 漏点周围的环境决定的。因此按照管道风险评价 的国际惯例,泄漏影响系数评分标准是建立在管 输介质危害性和扩散系数这两类风险要素之上 的。泄漏影响系数的评分越高,管道的泄漏风险 越大,管道事故的损失后果也越严重。具体的评 分标准见表2。 表2 输气管道泄漏影响系数评分标准 因素子因素名称子因素评分标准/分 管输 介质 危害 性 当时性危害 燃烧性Nf 反应性Nr 有毒性Nh 长期性危害 0～4 0～4 0～4 0～12 扩散 系数 管输介质泄漏率3～6 人口密度1～4 根据以上风险评价标准分值,通过专家对各 分段管道的评价打分,得到每一段各个指标的得 分,进而可以得出4个事故因子的总得分,将该值 除以泄漏影响系数就得到管道风险相对评价值, 整个管道系统可绘制出一条风险评价曲线。 相对风险分值风险指标总和 泄漏影响系数 , 其中指标总和第三方破坏指标腐蚀指标 设计指标误操作指标; 泄漏影响系数管输介质危害性 扩散系数; 管输介质危害性当时性危害长期性危害; 当时性危害燃烧性Nf 反应性Nr 有毒性Nh ; 扩散系数管输介质泄漏率 人口密度。 对于管道来说,相对风险值越大,表示管段越 安全。 4 缓解风险的措施 常用缓解风险的措施主要有① 定期清管,以 保证管道能安全供气;② 对被破坏的管道覆盖层和 裸露在外的管道应立即进行修复;③ 注意控制管道 的压力波动幅度;④ 增大巡线频率,及时制止违章 活动;⑤ 加强法制宣传活动,尽快清除违章建筑,增 强群众对管道的保护意识;⑥ 对较高风险和中等风 险的管段要重点监控,对存在的隐患要及时处理。 5 结 语 风险评价技术是一门很有发展前景的管理技 术,它是风险管理的基础,是安全生产的需要,其 显著的社会效益和经济效益已经得到证实。管道 的风险评价结果可以最大限度地减少管道发生突 发性事故所造成的经济损失,提高管道的安全性。 同时管道风险分析过程中得出的一些有用的结论 还可以为新管道的设计提供依据。我国油气管道 风险评价的研究工作起步较晚,只是在近年才开 始引起重视,因此在评价项目的设置和评分准则 的制定上都有一定的主观性,还有很多问题有待 解决。随着在实践中开展风险评价的经验积累, 风险评价技术会得到不断的完善,将在我国的管 道工业中发挥更大的作用。 参考文献 [1]张鹏,段永红.长输管线风险技术的研究[J ].天然气 工业, 1998, 185 72 - 76. [2 ]MUHLBAUER W K . A Proactive Approach to Pipeline Risk Assess ment[J ]. Pipe Line Ind, 1992, 75 7 37 - 39. [3 ]MUHLBAUER W K . R IPS Identifies Pipeline Risk[J ]. Pipe Line Ind, 1990, 733 35 - 38. [4]潘家华.油气管道的风险分析[J ].油气储运, 1995, 14 3 11 - 15. [5 ]MUHLBAUER W K . Pipeline Risk ManagementManual [M ]. New York Gulf Publishing Company, 1992 197 - 246. [6]王玉梅,郭书平.国外天然气管道事故分析[J ].油气 储运, 2000, 197 15 - 19. 作者简介刘颖1983 - ,女,四川仁寿人,在读硕士研究 生,主要从事天然气储运研究。 收稿日期 2007 - 08 - 02 修改稿收稿日期 2007 - 09 - 03 编辑谢淑霞 93 第31卷第1期 刘 颖等油气管道的风险评价方法 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 Testi ng high strength low2alloy steelHSLA ;weldingwire;weld; anti2corrosion Study on W eldi ng Process of 00Cr22Ni5M o3N Duplex Sta inless Steel ZHAO Hai2hong,Q ILi2chun Abstract I D1001239382008 01200292EA Abstract Toughness2plasticity and corrosion resistance of weld seam and heat affect zone HAZis primary considerations in welding 00Cr22Ni5Mo3N duplex stainless steel . This article analyzes and researches phase proportion and corrosion resistance ofweld joint under the weld2 ing process of gas tungsten2arc weldingGTAW , and provides guidance to field welding of 00Cr22Ni5Mo3N. Key wordsduplex stainless steel; gas tungsten2arc welding GTAW ; phase proportion Fracture Analysis on W eld Seam of SSAW Pipe of Certa in O il Pipeline WANGLi2xia, HU Yan2peng, ZHANG Yan2qiu, YI N Cheng2xian Abstract I D1001239382008 01200332EA AbstractAiming at SSAW pipe of certain oil pipeline, stress analysis and calculation of crack propagation rate and limited2loading ability of weld seam are carried out, and all results prove that welding defeat originated from non2fusion zone is congenital defect during oil trans mission, due to gradual fatigue crack growth willoccurwith variation of trans mittingpressure, the pipelinewould fracture alongweld seam with reduction of residual wall2thickness on weld seam while operating pressure reach limit pressure. Key wordsoil transmission pipeline; spiralwelded pipe;welding defect; crack Risk Assessment of O il2gas Pipeline L I U Ying,L I U Chang2ling, ZHOU Wei Abstract I D1001239382008 01200362EA AbstractRisk assessment technology of pipeline is a kind ofmanagement technologywith high economic value. Risk of pipeline can be uated by means of risk assess ment, and effective approach to reduce risk of pipeline and cost of pipeline can be found. This article briefly introduces con2 tent and of risk assessment, and emphasizeW. K . Muhlbauer risk assess ment scoring system ofpipeline, and also describes in detailmodeling chart of risk assessment and 4 factor to cause accident, aswell as put forward classification stand of risk grade and give proposal to reduce risk of pipeline. Key wordsoil2gas pipeline; risk assessment; scoring system;modeling chart; factor Current Inspection Situation circumferentialweld seam; ultrasonic inspection; radiographic inspection Developi ng de2dust; air purification system Research on Corrosion uation Technology of Petroleum Pipeli ne XU Hai2jun Abstract I D1001239382008 01200472EA Abstract It is possible for any anti2corrosion action to become invalid, corrosion can not be avoided.In order to find early and exactly the areas, time and damage condition of pipeline occurring corrosion, this article provides theory basis to pipeline operation,maintenance, replacing scheme, and also gives guidance to anti2corrosion action through theoretic technologyof corrosion uation technologyofpipeline and engineering instances . 89焊 管 2008年1月