油气田天然气集气站安全性模糊综合评价研究.pdf

2 0 1 4年 1 1月 第 2 9卷第 6期 西安石油大学学报 自然科学版 J o u r n al o f X i a n S h i y o u U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n No v．2 01 4 V0 l _ 29 No． 6 文章编号 1 6 7 3 - 0 6 4 X 2 0 1 4 0 6 - 0 0 7 0 - 0 4 油气 田天然气集气站安全性模糊综合评价研究 白 威 ， 张乃禄 ， 胡建 国 1 ． 西安石油大学 石油工程学院， 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ； 2 ． 西安石油大学 电子工程学院， 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ； 3 ． 西安长庆科技工程有限责任公司， 陕西 西安 7 1 0 0 2 1 摘要 针对苏里格气田苏 1 1 1集气站工艺流程和危险危 害因素特点， 对集气站安全性进行 了模糊 综合评价。首先 ， 将集气站 系统划分为 6个评价单元并建立评价等级集合 ； 其次 ， 采用层 次分析法、 多维量表 法构建评价单元权重及模糊关系矩阵， 并计算模糊综合评价结果； 最后 ， 用加权平均原则 确定集气站 系统的安全等级。结果表明 苏 1 11集气站安全级数为 0 ． 5 0 7 ， 介 于较不安全与中等 安全之 间。根据单元权重与评价结果提 出该气站的安全应对措施 。 关键词 油气集输 ； 集气站安全 ； 危 险危 害因素 ； 模糊评价 中图分类号 T E 8 8 文献标识码 A 集气站是将气井 中产出的天然气加热 、 节流 、 分 离 、 脱水 、 计量、 汇集处理后进行外输 的场所 _ 】 J 。集 气站生产过程存在高温、 高压、 易燃、 易爆等危险， 站 内工艺流程复杂 ， 管道密布 ， 事故隐患极大 ， 属 于高 危险场所。苏里格气 田是我 国主力天然气 田， 近年 产能建设速度快 J ， 与此 同时其安全生产管理 问题 也 日益突出。目前国内对集气站的安全评价主要采 用事件树分析法 、 危险与可操作性研究法 、 道化学评 价法等方法 ， 但事件树分析法缺少数学混合应用 ， 危 险与可操作性研究法容易受到分析评价人员的主观 因素影响 ， 道化学评价法涉及大量参数取值且参数 的取值宽因而影响评 价的准确性 ， 所 以这 3种方法 的评价结果都存 在一定 的缺 陷和片面性_ 3 ] 。本 文 以苏里格气田苏 1 11集气站为对象 ， 研究 了油气 田天然气集气站安全性模糊综合评价方法， 提出了 该气站的安全应对策略。 1集气站工艺流程及主要危险有害因素 1 ． 1 苏 1 1 1集气站工艺流程 苏里格气 田苏 1 11集气 站工 艺流程如 图 1 所 示 。 图 1 苏里格气 田苏 1 11集气 站工艺流 程 Fi g ． 1 Te c h n o l o g i c a l pr o c e s s o f Su 1 1 1 g a s g a t h e r i ng s t a t i o n i n Su l i g e Ga s fi e l d 炬 1 ． 2 苏 1 1 1集气站危险危害因素分析 1 天然气节 流 节流时容易发生 阀门失效故 障导致调压失灵， 发生管道内气体压力过大造成管 道超压 ， 并导致设备损坏与火灾爆炸。 2 天然气加 热 加热时容易发生加热介质泄 漏引起容器腐蚀及管线腐蚀 ， 同时气体泄漏可能引 发炉膛火灾 ， 导致容器爆炸。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 5 1 6 基金项 目陕西省科技攻关计划项目 编号 2 0 1 2 k 0 61 6 ； 陕西省工信厅两化融合项 目 陕财办建专[ 2 0 1 2 ] 6 3号 作者简介白威 1 9 8 7 一 ， 男 ， 硕士研究生， 主要从事油气储运技术研究。E m a i l 5 2 6 2 5 9 3 8 8 q q ． c o rn 白威等 油气田天然气集气站安全性模糊综合评价研究 一7 1一 3 天然气分 离 分离 过程容易发生安全 阀失 效导致气体泄漏 以及管线腐蚀 。 4 清管器发送 清管过程容易发生清污不净 ， 造成清管器卡阻 ， 导致管线堵塞 ， 并有可能引发容器 爆炸 。 5 天然气加压 加 压过程 中易发生 泵失效及 设备损坏 ， 同时伴有噪声危害。 6 放空和排污 污 水罐上部有热辐射且 天然 气浓度较大 ， 遇火源容易发生火灾 ； 另外污水处理可 能外泄造成环境污染 j 。 1 ． 3 苏 1 11集气站工作介质危险性分析 苏 1 11集气站 的危 险工作介质主要是 天然 气 、 甲醇。 1 天然气危险性 易燃易爆 ， 有毒。 2 甲醇危险性 易挥发 ， 易燃易爆 ， 剧毒。 2 苏 l 11集气站 的模糊综 合评价 通过分析苏 1 11 集气站工艺流程 中存在的危 险危害因素， 对集气站系统划分评价单元并建立评 价等级集合 ， 然后用层次分析法确定各单元权重 ， 并 通过多维量表法构建模糊关 系矩 阵， 从 而获得模糊 综合评价结果 ， 最后用加权平均原则确定该集气站 系统安全等级 。 2 ． 1 划分评价单元 从工艺流程角度 ， 将苏 1 11集气站划分 为 6 个评价单元 ， 即 U{ 天然气节流 ， 天然气加热 ， 天然 气分离 ， 清管器发送 ， 天然气加压 ， 放空和排污 } ， 如 图 2所示 。 危 险有 害因素 天然气节流 H阀门失效，管道超压，设备损坏 亟 灭 奏 器 腐 蚀 ， 管 线 腐 蚀 ， 设 备 损 天然气分离 H安全阀失效，气体泄漏，管线腐蚀 查 圣 H 霾 不 净 清 管 器 卡 阻 ’ 管 线 堵 塞 ’ 容 器 天然气加压 H泵失效，设备损坏，噪声危害 放空和排污 H热辐射，火灾事故，环境污染，人员中毒 图 2 各评 价单元的危险有害 因素 Fi g ． 2 Da n g e r o u s an d h a r m f ul f a c t o r s o f a l l e v a l u a tio n u n i t s 2 ． 2 建立评价等级集合 根据苏 1 11集气站的安全生产特点 ， 取 5个 安全等级， 分别为很安全、 较安全、 中等安全、 较不安 全、 很不安全 6 。评价等级集合赋值 V{ 很安全， 较安全 ， 中等安全 ， 较不安 全 ， 很不安 全 }{ 1 ． 0 ， 0 ． 8 ， 0 ． 6 ， 0 ． 4 ， ≤0 ． 2} 。 2 ． 3 确定各评价单元权重 用层次分析法来确定各评价单元权重。在层次 分析法 中， 为了定量判断 ， 需要使任意 2个单元 的相 对优劣程度得到定量描 述。这里层 次分析法采用 1 9标度方法 ， 对不 同情 况的评 比进行数 量标度 表 1 。 表 1 指标相对重 要度比例标 定 Ta b． 1 Ca l i b r a ti o n o f r e l a tiv e i m p o r t an c e de g r e e o f t wo i n de x e s 2 ． 3 ． 1 建立判断矩 阵 对苏 1 11集气站 6个评 价单元按照表 1准则进行两两 比较 ， 可得判断矩阵 A 2 ． 3 ． 2 层 次分析 法 1 计算 6 个评价单元权重 对于构造出的判断矩阵 A， 用方根法求出最大 特征值所对应的特征 向量 ， 然后归一化后作为权重 。 计算步骤为 ① [ 3 4 8 0 ． 0 1 3 9 1 1 2 0 ． 0 4 1 7 r， 为矩阵A每行的乘积 ； [ 1 ． 2 0 0 9 1 ． 9 0 6 4 0 ． 4 9 0 3 1 1 ． 5 1 3 1 0 ． 5 8 8 9 ] ， ／ 3 f ； 进行 归一化处 理， W [ 0 ． 1 7 9 2 0 ． 2 8 4 6 0 ． 0 7 3 2 0 ． 1 4 9 3 0 ． 2 2 5 8 0 ． 0 8 7 9 ] ， L 。 2 一致性检验 判断矩阵 A偏离一致性应该有一个度 ， 必须对 判断矩阵 A是否可 以接受进行鉴别。 3 4 2 2 2 2 2 2 3 1 2 3 2 ● ● 2 2 3 l 2／／2／ 评价单 兀 一 7 2一 西安石油大学学报 自然科学版 ① 求最大特征值 A ⋯。 当判断矩 阵A不完全一 致时 ， 其相应的特征值也将发生变化 ， 这就可以利用 特征根的变化来检查判断的一致性程度。 2 1 1 ／ 2 1 ／ 3 1 ／ 2 1 2 1 ／ 2 l ／ 3 l ／ 4 3 1 1 1 ／ 2 2 1 3 2 2 1 ／ 2 2 4 1 ／ 3 1 ／ 2 1 ／ 2 2 1 2 l ／ 2 l 0． 2 8 4 6 0 ． 0 7 3 2 0 ． 1 4 9 3 0 ． 2 2 5 8 0． 0 8 7 9 1 ． 1 4 3 l 1 ． 8l 5 1 0 ． 4 5 1 5 0． 9 5 8 6 1 ． 4 2 0 5 0． 5 5 2 7 A m a 毫 _ 6 ． 3 2 0 7 其 中 。 ② 计算一致性指标 。 层次分析法中引入判断矩 阵一致性指标 C 。 来检查判断矩 阵A的一致性。 c 0． 06 4。 u T一 一 ， 一 o 可知所构建 的判断矩阵 A一致性较好 C 值越 小 ， 说 明判断矩阵的一致性越好 。 为了指 明该非一 致性是否可以接受 ， 在分析时还需要引入一个度量 的标准即平均随机一致性指标 R 。 19阶判断矩阵 的 尺 数值见表 2 J 。 表 2 判断矩阵的 R。 数值 T a b ． 2 RI v a l u e s o f j u d g me n t ma t r ix n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R1 0 0 0． 5 8 0 ．8 9 1 ． 1 2 1 ． 2 6 1 ． 3 6 1 ． 41 1 ． 4 5 判断矩阵A为6阶矩阵， 由表 2可知6阶随机判 断矩阵一致性指标的平均值 R 1 ． 2 6 。 ③ 计算一致性 比率 。 一致性的偏离可由随机原 因造成 ， 因此在检验判断矩阵是否具有满意的一致 性时 ， 还需将判断矩阵一致性指标 c 和平均随机一 致性指标 尺 。 进行 比较 ， 得 出随机一致性 比率 c ， 即 CR CI ／ RI 0 ． 0 51。 一 般规定 ， 当 C ≤0 ． 1 0时， 即认为判断矩阵 A 具有满意 的一致性。 否则 ， 需要调整判断矩 阵的元 素， 直至达到满意的一致性为止 。 由上可知 ， 判断矩阵A赋值合理 ， 具有满意的一 致性。 3 确定各评价单元权重 为方便计算 ， 对 6 个评价单元权重 取近似值 ， 得单元权重集 W [ 0 ． 1 8 0 ． 2 8 0 ． 0 7 0 ． 1 5 0 ． 2 3 0 ． 0 9 ] 。 若以1 0 0 分制， 即各单元权重总和为 1 0 0 分， 则 天然气节流、 天然气加热 、 天然气分离、 清管器发送 、 天然气加压、 放空和排污的权重值分别为 1 8 ， 2 8 ， 7 ， 1 5 ， 2 3 ， 9分 。 2 ． 4 建立模糊关系矩阵 模糊关系矩阵的建立采用多维量表法 ， 确定模 糊关系矩阵 R的取值 ， 见表 3 。 表 3 评价单元与评价等级相关程度 Ta b ． 3 Co r r e l a t i o n d e g r e e b e t we e n e v a l u a t i o n u n i t a n d e v a l u a t i o n g r a d e 对评价单元和安全等级的模糊关系进行统计 ， 得模糊关系矩阵 R 0 ． 4 0 0 ． 5 0 ． 5 0． 6 0． 3 0 ． 3 0 O ． 4 0 ． 4 0． 7 0． 5 0． 5 O 0． 6 0 ． 6 0． 4 0． 3 0． 40 0． 5 0． 5 0． 6 0． 5 0 ． 3 5 0 ． 4 0 ． 5 0． 6 0． 4 0 ． 4 0 0 ． 5 0 ． 6 0． 4 0． 3 2 ． 5 模糊综合评价结果 为了全面考虑 6个单元对苏 1 11 集气站安全 的影响， 将单元权重集 w 和模糊关系矩阵 进行模 糊变换 ， 得到模糊综合评价结果矩阵 B [ 6 t 6 2 6 3 6 4 b 5 ] W R [ 0 ． 3 6 8 0 ． 4 5 6 0 ． 4 8 8 0 ． 5 9 6 0 ． 4 0 9 ] 。 其 中 b ／ j1 ， 2， 3 ， 4 ， 5 表示系统对各安全等级 的 隶属程度。 2 ． 6 确定系统安全评价等级 为了避免信息的损失 ， 用加权平均原则确定系 统评价等级 。 加权平均原则就是把等级看作是一种 相对位置， 使其连续化。 为了定量处理， 用“ 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ”表示各等级并称其为各等级的秩 ， 再用模糊综 合评价结果 中对应分量将各等级 的秩加权求和 ， 从而得到评价对象的相对位置 B ， 即 曰 ∑ k j ／ ∑ 。 其 中 2 为控制较大的 6 ， ， 计算得 B 2 ． 5 3 6 。 再将 日 转换成评价等级集合 中建立 的评价 等级 ， 若用 s表示系统安全级数 ， 由 一 5 一 1 ． 0 一 S 得 S0 ． 5 0 7 。 参 照评价等级集合 的赋值 ， 可得苏 1 11集气 站安全等级处于较不安全 与中等安全 之间。 3 安全应对措施 通过对苏里格气 田苏 1 1 1 集气站进行模糊综 白威等 油气田天然气集气站安全性模糊综合评价研究 一7 3 一 合评价 ， 发现危险隐患主要在天然气节流 、 天然气加 热及天然气加压 3个单元 ， 因此提 出如下应对措施 1 针对天然气节流单元 ， 定期对仪器 、 仪表进 行逐个校验 ， 确保没有遗漏 ， 并进行 阀门维护 ， 防止 气体泄漏， 保证装置平稳、 安全、 正常的运行。 2 针对天然气加热单元 ， 加强对设备 的 日常 安全检查 ， 防止气体及加热介质泄漏。同时对加热 炉进行定期 、 专门的防火安全检查 ， 并对所发现的问 题及时进行整改 ， 防止炉膛发生火灾 。 3 针对天然气加压单元 ， 按 时对压缩 机泵房 进行巡检 ， 认 真检查泵房设 备运转 的每一个环 节。 同时对设备采用减振 隔振措施 ， 布局时将噪声区与 职工生活区隔离 ， 以减少噪声危害 。 4 结 论 1 苏 1 l一 1集气站系统安全级数为 0 ． 5 0 7 ， 说 明系统处于较不安全与 中等安全之间 ， 在权重系数 较大的评价单元还存在安全隐患 。为了保证集气站 的安全生产 ， 应采取 相应 的安全应对措施确保 整个 系统的安全。 2 由层次分析法得到苏 1 11集气站 6个评 价单元权重 ， 即天然气节流、 天然气加热、 天然气分 离 、 清管器发送 、 天然气加压 、 放空和排污的权重值 分别为 { 1 8 ， 2 8 ， 7， l 5 ， 2 3 ， 9} 。天然气节流 、 天然气 加热 、 天然气加压在系统安全 中权重较大 ， 需要重点 防范并加强管理 。 参 考 文 献 [ 1 ] 段小鹏． 浅谈天然气集输工艺与处理措施 [ J ] ． 中国石 油和化工标准与质量， 2 0 1 2 1 2 9 7 ． DUAN Xi a o p e n g ． Di s c u s s i o n o n n a t u r a l g a s g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t i n g t e c h n o l o g y a n d p r o c e s s i n g m e a s u r e s [ J ] ． C h i n a P e t r o l e u m a n d C h e m i c a l S t a n d a r d a n d Q u a l i t y ， 2 0 1 2 1 2 9 7 ． [ 2 ] 赵跃进， 关丹庆． 苏里格气田数字化集气站技术[ J ] ． 油气 田地 面工 程 ， 2 0 1 1 ， 3 0 2 6 - 7 ． Z H A O Y u e - j i n ， G U A N D a n q i n g ． D i g i t a l t e c h n o l o gy o f S u l i g e G a s f i e l d g a s g a t h e r i n g s t a t i o n[ J ] ． O i l - G a s f i e l d S u r f a c e E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 1 ， 3 0 2 6 - 7 ． [ 3 ] 张乃禄 ， 刘灿． 安全评价技术 [ M] ． 西安 西安电子科 技大学出版社， 2 0 0 7 ． [ 4 ] 张乃禄， 赵晓姣， 徐竞天 ， 等． 原油集输联合站故障树 分析研究[ J ] ． 中国安全科学学报， 2 0 0 8 ， 1 8 3 1 4 3 1 47． Z H A N G N a i l u ， Z HA O X i a o - j i a o ， X U J i n g t i a n ， e t a 1 ． S t u d y o n f a u l t tr e e a n aly s i s o f c o mb i n a t i o n s t a t i o n f o r c r u d e o i l g a t h e ri n g a n d t r a n s p o r t a t i o n [ J ] ． C h i n a S a f e t y S c i e n c e J o u rna l ， 2 0 0 8 ， 1 8 3 1 4 3 - 1 4 7 ． [ 5 ] 张乃禄 ， 徐菁， 赵 自愿 ， 等． 油田集输联合站安全性的 模糊综合评价[ J ] ． 油气田地面工程， 2 0 1 2 ， 3 1 1 1 2 1 4． Z HAN G Na i l u， XU J i n g ， Z HAO Z i y u a n， e t a 1 ． S t u d y o n f u z z y c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n o f g a t he r i n g un i t s t a t i o n i n o i l f i e l d [ J ] ． O i l G a s fi e l d S u r f a c e E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 2 ， 3 1 1 1 2 - 1 4 ． [ 6 ] 岳晶晶， 张来斌 ， 段礼祥， 等． 基于模糊层次综合评判 法的集气站安全评价 [ J ] ． 安全与环境学报， 2 0 1 2 ， 1 2 3 2 2 0 - 2 2 3 ． Y U E J i n g - j i n g ， Z H A N G L a i b i n ， D U A N L i x i a n g ， e t a1． S a f e t y e v alu a t i o n o f t h e g a s g a t h e r i n g s t a t i o n b a s e d o n t h e f u z z y h i e r a r c h i c al c o mp r e h e n s i v e e v al u a t i o n me t h o d [ J ] ． J o u r n a l o f S a f e t y a n d E n v i r o n m e n t ， 2 0 1 2 ， 1 2 3 2 2 0 2 2 3． [ 7 ] 焦树锋． A H P法中平均随机一致 性指标 的算法及 MA T L A B实现[ J ] ． 太原师范学院学报 自然科学版， 2 0 0 6 ， 5 4 4 5 - 4 7 ． J I AO S h u f e n g ． T h e a l g o rit h m o f me a n r a n d o m c o n s i s t e n c y i n d e x i n A H P a n d i t s i m p l e m e n t a t i o n [ J ] ． J o u rna l o f T a i y u a n N o r mal Un i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n， 2 0 0 6 ， 5 4 4 5 -47 ． [ 8 ] 赵新好， 姚安林 ， 郭磊 ， 等． 基于 A H P 一 熵权法的输气站 场区块风险因素权重确定方法研究[ J ] ． 中国安全生 产科学技术， 2 0 1 2 ， 8 1 0 9 1 9 6 ． ZHAO Xi n h a o， YAO An- fin， GUO Le i ， e t a 1 ． St u dy o n de t e r mi n a t i o n o f ris k f a c t o r s we i g h t a t p r o c e s s u n i t s i n g a s t r a n s m i s s i o n s t a t i o n b a s e d o n A H P e n t r o p y m e t h o d [ J ] ． J o u rna l o f S af e t y S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy， 2 0 1 2 ， 8 1 0 91． 9 6． [ 9 ] We l k e r D R R． R e t r o fi t t i n g n a t u r al g a s p u ri fi c a t i o n p l a n t s [ J ] ． H y d r o c a r b o n E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 8 4 2 5 3 1 ． [ 1 0 ]R o b e rt T C ， R o b e rt I W． C o m b i n i n g p r o b a b i l i t y d i s t ri b u t i o n s f r o m e x p e r t s i n ri s k a n al y s i s [ J ] ．R i s k A n a l y s i s ， 1 9 9 9 ， 1 9 2 1 8 7 2 0 3 ． 责任编辑 张新 宝