油气管道失效分析流程研究.pdf

一 2 2 一 ■ 论文广场 石 油 和 化 工 设备 2 0 1 6 年第1 9 卷 管道失效分析流程研究 房剑萍 ，段庆全。 ，张诗晨 ，戴联双 1 ． 中国石油大学 北京机械与储运工程学院， 北京 1 0 2 2 4 9 2 ． 中国石油天然气股份有限公司管道分公司管道完整性管理中心 ， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 [ 摘要]本文综合分析了其他行业不同失效件的失效分析流程，提 出了油气管道失效分析的具体流程为失效事件调查、 首先失效件及首先失效点、背景资料收集、试验与分析、失效分析报告编写五部分，可保证失效分析顺利有效地进行。 [ 关键词]油气管道；失效对比分析；失效分析；分析流程 管道输送是石油、天然气最主要的运输方 式，具有运输量大 、连续 、迅速、经 济、安全 、 可靠 、平 稳 以及 投 资少 、 费用低 、受地 形影 响 小 、密 闭安全 、运 费低 、 占地少 、 自动化程 度 高、便于管理 、劳动生产效率高等特点[ 1 】 。随着我 国经济建设 的发展 ，近年来我 国石油和天然气管 道建设进入 了一个快速发展期，2 0 1 5 年底我国油 气管道总长度将达 1 5 万千米 ，预计 1] 2 0 2 0 年我 国 将拥有2 0 ～ 2 5 万千米的油气管网，全国油气管道与 进 口战略通道 为我 国油气提供 了畅通 的能源通道 [ 2 】 。在这一现状 下，新建管道刚投产运 营，老 旧 管道 尚未全部替换，处于事故 多发期 ，给管道运 营管理带来 了很大压力 ，一些管道事故直接威胁 着人 民生命 和财产 安全 。如2 0 1 0 年大连 “ 7 1 6 ” 事故，2 0 1 4 年黄岛 “ 1 1 2 2 ”事故，以及2 0 1 1 年吉 林天然气泄漏爆炸事故和BP 墨西哥湾漏油事件等 均成为重大事故和环境污染事件 。因此对 管道进 行失效分析研究，找 出其 引起失效 的主要因素， 以采取适当措施抵御侵害，克服 自然灾害 、外界 侵蚀等 因素 ，对减少失效事 故和 防止 同类事故发 生，保证油气管道安全运行具有重要意义。 目前 ，国内外还没有公开 的针对油气管道的 失效分析流程 。本研究通 过综合分析 四种失效件 的失效分析流程，得出了油气输送管道的失效分 析程序为失效事件调查、确定首先失效件和首 先失效点、背景资料 收集 、试验与分析 、失效分 析报告编写等五部分进行。 查分析与研究。如美 国的O P S Of f i c e o f P i p e l i n e S a f e t y 和P HMS E P i p e l i n e a n d Ha z a r d o u s Ma t e r i a l s S a f e t y Ad mi n i s t r a t i o n 、欧洲 的E GI G E u r o p e a n Ga s P i p e l i n e I n c i d e n t Da t a Gr o u p 、加拿 大 的 NE B Na t i o n a l E n e my B o a r d 等在这方面做 了很多研 究。中国石油天然气管道局 、中国特种设备监测 研 究院等也做 了许多相关工作[ 3 l4 】 。国际管道研究 委员会 P i p e l i n e R e s e arc h C o mmi t t e e I n t e rna t i o n a 1 对 输气管道发生事故的数据进行 了统计和分析，归 纳总结 了引起管道失效的2 2 种基本 因素 ，并对这 些因素进行了分类。美 国AS ME B3 1 ． 8 S 一 2 0 0 4 输 油管道完整性管理将管道发生事故原因分为7 大 类，主要包括腐蚀、材料失效、第三方破坏、人 为误操作 、自然灾害、其他外力损伤 、不明原因 等 。美国运输部 DOT 将管道失效原因分为5 种 ， 分别为外力 、腐蚀、焊接和材料缺陷、设备和操 作 以及其他。综合各文献所述[ 5 l6 】 ，对 比分析和参 考国外管道失效原因分类，结合我国国情和管道 特点，可将管道事故原因分为6 大类 1 6 d 类。 2 0 1 1 年E GI G第 八次会议报 告 了1 9 7 0 ～ 2 0 1 0 年 期 间 发 生 的 1 2 4 9 起 事 故 。其 中 ，外 部 干 扰 占4 8 ． 4 ％，制造缺陷或材料失效 占1 6 ． 7 ％，腐 蚀 占1 6 ． 1 ％[ 7 1 。2 0 1 5 年E GI G第九 次会议报 告 了 1 9 7 0 ～ 2 0 1 3 年期间的总事故数为1 3 0 9 起，比第八 次会议统计 的事故数多6 0 起[ 8 】 ，其 中外部干扰 占 3 5 ％，腐蚀 占2 4 ％，制造缺陷或材料失效 占1 6 ％， 未知事故类 型 占1 3 ％，比第八次会议多6 ． 4 个百分 1 油气管道失效分析 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 为 了 更 有 效 地 遏 制 管 道 事 故 ， 防 止 灾 难 历 史錾 萋 喜 璧 蔷 妻 誓 誊 重演，国内外对于管道失效事故进行了大量的调 生 产 装 备 失 效 分 析 与完 整 性 管 理 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 期 房剑萍等 油气管道失效分析流程研究 一 2 3一 点 。 目前 ，油气管道失效事故屡有发生 ，原因多 种多样 ，因此要有 正确 的失效分析流程 ，以保证 失效分析顺利有效地进行。 2失效分析流程现状 鉴于国内外 尚未有 公开 的针对油气管道失效 分析 的专业标准和流程 ，国 内外 学者和机构也进 行 了一些研究 。2 0 0 2 年朱敏研究 了主蒸汽管道 的 失效模式 ，从失效因素、失效机理、发展过程、 临界条件 、后果等几方面进行 了科学界定，指 出 失效分析 的关键在于失效模式的界定。但 失效分 析 的设施和手段 尚需进一步改进 ，如端 口的定量 分析 ，端 口的特征样貌 、环境、材料 的断裂韧性 之 间 的关系 等 都 需要改 进分 析 的设施 和手 段 。 2 0 0 5 年姚宏、刘 荣等进行 了埋地燃气管道 的失 效 分析 【 1 。 ’ ，主要从材料 的显微组织 、化学成分、土 壤腐蚀等方面对埋地 燃气管道进行 了失效分析 ， 结果表 明 ，土壤腐蚀 是引起埋地燃气管道失效的 主要因素。但失效流程分析时没有对失效件进行 情况调查、首先失效件及首先失效点 的确定、失 效件 的微观分析 、断 口分析 、机械性能及力学分 析 ，同时也缺少报告和反馈 。2 0 0 4 年 由中国航空 工业第二集 团提出， 由赵 爱国、张卫方 、朱 明、 付 明华起草的航空金 属制件失效分析程序与要求 t 1 1 1 ，该航空金属制件失效分析主要规 定了航空用 金 属制 件失 效分 析 的术 语和 定义 、总 则 、程 序 与要求等，不仅适用于航空用金属制件 的失效 分析 ，也适用于其他武器装备的金属制件 的失效 分析 ，但缺少金属制件 的断 口分析 。2 0 1 2 年陈守 伟总结 了机械零件失效分析的方法 失效分析程 序 [ 1 2 , 1 3 1 ，整个机械零件失效分析程序整体比较完 善，但缺少首先失效件和首先失效点的确 定以及 对失效件进行微观分析的流程 。 综述主蒸汽管道 、埋地燃气管 道、航 空金属 制件 、机械零件等文献综述[ 9 ，将不同失效件的 失效分析 详细流程进行对 比后得 出航空金属制 、 件 的失效 分析流程最为全面 。下面主要分析 四种 失效件 的共 同点和差异性 。 1 共同点 四种 失 效件 的失效 分 析流 程都 进行 宏 观分 析 、化 学 分析 、金 相组 织分 析和 综合 分析 等流 程 。四种失效件具有 的共 同点为 a 宏观分析主要是检查、测量失效件 ；找 出失效件的原始失效点；对失效件的周 围环境、 位置 、尺寸 、颜色、损伤等情况做检查并记录 。 油气管道失效分析需要进行宏观 分析 ，有利于首 先失效件及首先失效点的初 步判 定、失效报告 的 编写。 f b 化学分析主要是检查失效件材料是否符 合标准 ；检验常规元素对失效件 的机械性 能的影 响程度 以及对失效后表面附着物 进行成分分析 。 对失效油气管道进行化学分析，能够尽快掌握失 效管道 的失效程度。 c 金相组织分析主要是观察失效件的材料 组织是否正常。 d 综合分析主要是综合分析失效件的失 效 情 况及 失效原因，提 出改进措施 。对失效油气 管 道进行 综合分析 ，能初步判断事故 的发展、失 效 模 式及 早期失效主导 因素 ，分析管理机制 并提 出 建议和措施。 2 差异性 a 失效件 情况 调查 主 要调查 失效件 的设 计、制 造、使用 、维修 、国内外 同类失效件 的失 效情况 以及 履历等 ，但在失效件情况调查方面 除 了埋地 管道没有做失 效件情况调查 ，其他三种失 效件均 己实行 。综合油气管道 的 自身特征 ，应该 对其进行失效件情况调查 ，以初步 了解失效管道 的基本情况 。 f b 确定首先失效件及失效点对蒸汽管道采 用 的手段是 断 口分析方法 ，确定首先失效件及失 效 点；金属航空制件是在对系统进 行全面 了解后 综合分析失效件 的损伤特征，确定肇事件或首先 失效件 。埋地管道和机械零件在这方面 尚未有相 应 的分析流程 。对于长距离输油管道 ，确定首先 失效件及首先失效点有利于提高失效分析效率 。 c 实验与分析方面 四种失效件都进行 了宏 观分析 、化学分析、金相组织分析及综合分析 ， 但 只有航空金属制件在微观方面做 了分析 ；在断 口分析方面蒸汽管道和机械零件 目前 尚未有 明确 分析 ，埋地管道在机械性能与力学分析方面 尚未 做分析 。 d 报告和反馈蒸汽管道和埋地管道 目前 尚未在报告和反馈方面做相应 的分析 ，金属航空 制件编写 了失效分析报告，包括任务来源 、背景 情况介绍 、分析 内容及 方法 、试验过程及 结果 、 综 合分析、结论和建议 。机械零件获得了反馈信 息 ，提高失效抗力的途径并通过试验选择最佳 改 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 2 4 一 ■ 论文广场 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 6 年 第 1 9 卷 进 措施 。 3 油气管道失效分析流程 本 文主要借 鉴主蒸汽管道 、埋地燃气管道 、 航 空金属制件、机械零件等 失效件 的失效分析流 程 和程 序 ，在此 基础 上 ，结合 油气 管道 自身特 征 、 失效机 理 、失 效发展 过程 、 失效 的临 界条 件 、失效模式的界定及 首先失效件和首先失效点 的确定等一系列 问题，综合 四种失效件的失效分 析流程分析后认为，油气输送管道 的失效分析一 般按下列程序进行失效事件调查 、确定首先失 效件 和 首先 失效 点 、背景 资料 收集 、试验 与 分 析、失效分析报告编写等五部分。 失效事件调查主要是初步 了解失效管道 的基 本情况 设计 、制造 、使用 、维修 以及履历 、国 内外 同类零件 的失效情况等 ；对 于长距离输油 管道 ，确 定首先失效件及首先失效点有利于提高 失效分析 效率 ；背景资料收集，是调查管道的历 史情况、搜集相关规范和标准以及研究 国内外同 类管道 的失效情况 ；试验与分析 中对失效管道的 分析方法主要包括 宏观分析、微观分析 、化学 分析、金相组织分析、力学性 能测定 、失效件 的 制造质量分析和模拟试验 分析等 ；失效分析报 告 的编写应包括概述、失效事件的调查结果、分 析 内容及结果 、试验过程及 结果 、综合分析、结 论和建议等七部分。 油气管道的失效流程 图如 图1 所示。 油气管道必散分析漉糍 失效辩 溺盎 - - I- -} 形成事故调蠢报告 清 理 现 场 l l 霎 霉 蠢 爨 蠹 箬 } 1 券 搜集所糯要 的试验样品 整理样品，保护断鞠，等记整理 断口分析 调 赘 管 道 的 工i 首 先 失 效 件 的 确 定 况和历史 情况 l ～ 微 观分 柝 l宏 观 分 析 确定酋先失效点及断裂扩耀顺序 失散件的清洗处理和保存 残容应 力测试 化学成 分检验 金榴组 { l 力学性 机l l 无授 { l 管 道结构 缎检验 l { 槭性姥 测定 l { 检测 { { 受力 分析 l失 散 机 理 分 柝 l 析 图1油气管道失效分析流程图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 期 房剑萍等 油气管道失效分析流程研究 ． 2 5 4结论 1 本文针对油气管道提出的失效分析流程同 样适用于其他类似事件 的失效分析 。本文提 出的 油气管道 失效分析 的流程为失效事件调查、失效 件 的保护 、背景 资料收集 、试验与分析、失效分 析报 告编写等五部分 ，能够保证失效分析顺利有 效地进行。 2 油气管道失效分析为管道设备 的维修提供 了有效 的参考依据和信息 ，因此油气 管道失效分 析流程 的完善不仅影响管道的 日常检 查和维修 ， 还能减少和预防 同类事故现象的重 复发生 ，进而 保证油气管道的安全运行 。 ◆参考文献 【 l 】曲慎扬． 原油管道工程[ M】 ． 北京 石油工业 出版社 ， 1 9 9 1 ．2 5 ． 9 3 ． [ 2 】 王红波． 油气输送管道检测方法及安全评价[ D 】 ． 秦皇岛 燕 山大学，2 0 1 4 ． [ 3 】 胡灯明，骆晖． 国内外天然气管道事故分析[ J 】 ． 石油工业技 术监督，2 0 0 9 ，f 9 1 8 ． 1 2 ． [ 4 ] 罗自治，张传涛，杨勇，等． 国外管道失效原因分析及对 我国管道管理建议[ J ] ．煤气与热力，2 0 1 1 ，3 1 3 2 9 ． 3 2 ． 【 5 】李鹤林． 油气管道失效控制技术[ J ] ． 油气储运，2 0 1 1 ， 3 0 6 4 0 1 - 4 1 0 ． [ 6 】 刘娇阳，吴明，胡志勇，等． 油气管道失效原因分析[ J ] ． 当 代化工，2 0 1 5 ，4 4 2 3 1 5 - 3 1 7 3 2 0 ． [ 7 】 欧洲燃气管道事故数据库第8 份报告 1 9 7 0 ． 2 0 1 0 年， 2 0 1 1 ． 1 2 ． [ 8 ]欧洲燃气管道事故数据库第9 份报告 1 9 7 0 ． 2 0 1 3 年， 2 0 1 5 ． 2 ． [ 9 ]9 朱敏． 主蒸汽管道失效分析与寿命预测[ D] ． 武汉武汉理 工大学，2 0 0 2 ． [ 1 0 】 姚宏，刘荣． 埋地燃气管道失效分析的研究[ J ] ． 贵州工业 大学学报 自然科学版，2 0 0 5 ，3 4 3 1 2 1 ． 1 2 4 ． [ 1 1 】 H B 7 7 3 9 - 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