天然气球罐失效故障树分析.pdf

第 2 3卷第 6 期 天然气工业 天 然 气 球 罐 失 效 故 障树 分 析 蒋 宏 业 姚 安林 郑 兴华 2 罗 宇义3 李 又 绿 1 ． 西 南石 油学 院2 ． 中 国石油 西南 油气 田分 公司 输气 处3 ． 四川 石油 管理 局川 南气建 T程公 司 蒋 宏生等 ． 天 然气 球罐 失效 故 障树分 析 ． 天 然气 工业 ， 2 0 0 3 ； 2 3 6 1 4 3 ～1 4 5 摘要球 罐作 为天 然 气储存 的主要 手段 之 一， 预 防它 的事故 发 生 ， 提 高其 可靠 性并 延 长安 全使 用寿 命 ， 对 于 安 全 生产和 国 民经 济 的稳 定 发展具 有 十分 重要 的 意义 。故 障 树 分 析 方 法是 从 分 析 失效 因果 关 系 中的 顶部 事 件 开 始 直 到底部 事件 。 它是 由果 到 因、 自上而 下地 进行 分析 ， 具 有 简 明、 直观 、 灵活 的特 点 ， 是 工 程 系统 可 靠性 分 析 与评 价的有效方法。文中对引起天然气球罐发生失效的各个因素进行 了系统分析， 建立 了以球罐失效为顶事件的失效 故 障树 。通 过 对球罐 故 障树 的分 析 ， 得 到 了故障树 的各 阶最 小 割 集 ， 确 立 了天 然 气球 罐 失效 的 主要 形 式 ， 并提 出 了 相 应 的 改进措 施 。 主囊 词 天然 气储 存 球形 罐 安全 故障树 分 析 天 然 气 球 罐 作 为 天 然 气 储 存 的 主 要 手 段 之 一 ， 预 防 其 事 故 发 生 ， 提 高 可 靠 性 并 延 长 安 全 使 用 寿 命 ， 对 于 安 全 生 产 和 国 民经 济 的 稳 定 发 展 具 有 十 分 重 要 的意 义 。故 障树 分 析 作 为工 程 系 统 可 靠 性 分 析 与 评 价 的有 效 方 法 ， 为 天 然 气 球 罐 失 效 分 析 提 供 了 有 效 手 段 。 故 障 树 分 析 方 法 是 从分 析 失 效 因果 关 系 中 的 顶 部 事 件 开 始 直 到 底 部 事 件 ， 由果 到 因 、 自上 而 下 地 进 行 分 析 。该 方 法 具 有 简 明 、 直 观 、 灵 活 的 特 点 ， 是 工 程 系 统 可 靠 性 分 析 与 评 价 的有 效 方 法 。 故 障 树 分 析 方 法 是 一 种 图 形 演 绎 方 法 ， 一 个 故 障 树 就 是 一 个 逻 辑 图 ， 该 图 描 绘 了 由 于 其 他 事 件 的 发 生 而 使 得 某 些 事件 一 定 按 照 次 序 发 生 。故 障树 并 不 是 一 个 包 括 所 有 可能 的 系 统 失 效 或 所 有 的 系 统 失 效 原 因 的 模 型 。 故 障树 分 析所 关 心 的 只是 相 应 于 某 特 定 系 统 失 效 模 式 的 顶 事 件 。 这 样 故 障树 也 就 只 包 含 那 些 对 顶 事 件 有 贡 献 的 故 障 ， 而 且 这 些 故 障 并 不 是 全 部 所 有 的 故 障 只 包 括 那 些 被 分 析 者 认 为 最 可 能 发 生 的 故 障 。通 过 对 故 障 树 的 分 析 可 以 找 出 系 统 的 薄 弱 环 节 ， 从 而 可 采取 相 应措 施 加 以 改 善 ， 提 高 产 品质 量 及 整 体 工 作 的性 能 。 天 然气 球 罐 失效 故 障树 的 建立 建 立 故 障树 ， 首 先 要 根 据 顶 事 件 确 定 原 则 ， 选 取 “ 天 然 气 球 罐 失 效 ” 作 为 顶 事 件 。顶 事 件 确 定 后 ， 就 要 寻 找 导 致 顶 事 件 发 生最 直 接 的 、 必 要 的 、 充 分 的 原 用差 分 法 进 行求 解 ， 从 而 节 省 了计 算 机 内存 ， 缩 短 了 求 解 时 间 ， 提 高 了计 算 结 果 的 可 信 性 。 3 通 过 实 际计 算 和 实 测 结 果 比较 ， 表 明 本 文 所 使 用 的模 型 和 求 解 方 法 是 正 确 的 ， 可 用 于 确 定 管 道 设 计 方 案 ， 敷 设 方法 和运 行 管 理 问 题 。 4 由于 本 文 将 油 气 管 道 和 半 无 穷 大 土 壤 联 合 起 来 进 行 研 究 ， 具 有 较 普 遍 适 用 性 ， 可 用 于 分 析 管 道 停 输 、 启 输 及 正 常 工 况 的 情 况 。 参考文献 1李 长俊 ． 埋 地输 油管 道 的热 力计 算 ． 西 南 石 油 学 院 学报 ， 1 9 9 7 ； 2 1 2 A r a H H B M 等 著 ， 罗 塘湖 译 ． 原 油 和油 品管 道 的热 力 与 水 力计算 ． 北京 石油 工业 出版社 ， 1 9 8 6 3李长 俊 ． 热油 管道 停输 冷 却 规律 研 究 ． 石 油 学 报 ， 1 9 9 2 ； 增 刊 4 李 长 俊 ． 埋 地 输 油 管 道 热 力 计 算 方 法 探 讨 ． 油 气 储 运 ， 1 9 9 2 ； 8 4 5李长 俊 ． 永冻 区埋 地热 油管 道 热 力计 算 ． 西南 石 油 学 院学 报 ， 2 O o o； 1 收稿 日期2 0 0 2一O 42 7编 辑居 维清 作者 ■介 蒋宏业 ， 1 9 7 4年 生 ， 实验 师 ； 1 9 9 6年 毕业 于西 南石 油 学 院油 气储 运 专业 ， 从 事油 气 储 运专 业 的实 验 教学 和 科研 工 作 ， 现正 攻读 西南 石油 学 院油气 储运 专业 硕 士学位 。地 址 6 3 7 加 1 四J I l 省南 充市 。电话 O 8 1 7 2 6 4 2 6 2 8 。 1 43 维普资讯 天然气工业 2 o o 3年 1 1 月 因 。经 仔 细 分 析 ， 确 定 引 起 天 然 气 球 罐 失 效 的 原 因 为 罐 体 开裂 和 爆 炸 ， 任 一 因 素 的 出 现 都 将 可 能 导 致 球罐 发生 失 效 。然 后 把 引 起 顶 事 件 发 生 的 各 原 因分 别看 作顶 事 件 ， 采 用 类 似 的 方 法 继 续 往 下 深 入 分 析 ， 建立 以逻 辑 门符 号表 示 的天 然 气球 罐 失效 故 障 树 。 如 图 1所示 ， 该 故 障树 共 考虑 了 4 1 个 不 同的基 本 事件 。 图 1 天然气 球簟 失效故 障树 注 图中备符号所代表的事件分别说明如下。Q表示天然气球簟失效 ； F 1表示簟体发生开裂 ； F 2表示爆炸； F 3表示法兰失效； F 4表示腐蚀开裂； F 5表 示承压能力低 ； F 6表示超压； F 7 表示火源； F 8表示法兰破裂 ； F 9表示法兰联接螺栓断裂 ； F 1 0表示腐蚀裂纹 ； F l l表示材料性能差； F 1 2表示施工缺陷； F 1 3 表 示初始缺陷； F 1 4表示选材不合理 ； F I 5表示应力腐蚀 ； F 1 6表示 内腐蚀 ； F 1 7表示外防腐绝缘层； F 1 8表示天然气含酸性介质； F 1 9表示应力作用； F 2 0表示 内 庸蚀环境 ； F 2 1表示内防腐失效； F 表示簟壁焊接； F 2 3 表示明火 ； F 2 4 表示静电 ； F 2 5 表示雷电火花 ； F 2 6表示电火花； X I表示误操作； c2表示曩变； X 3表示 混合气体浓度达到爆炸极限； X 4表示法兰密封圈失效 ； X 5 表示强度设计不合理 ； X 6表示天然气含水； x7表示天然气含 1 - 12 S ； X8 表示天然气含 S ； X 9表示 天然气含 00 ； X1 0表示残余应力 ； X I 1 表示应力集中； XI 2表示材料抗腐蚀性能差； X1 3 表示内涂层变薄 ； X I 4表示 内涂层脱落 ； X1 5表示涂层变薄 ； XI 6表示 涂层老化 ； X I 7表示涂层破损 ； XI 8表示涂层粘接力低； X I 9表示初始裂纹； ⅪjD表示钢度； 3 2 1 表示品种 ； X 2 2表示规格； X 2 3表示热处理差； G 表示热处理 不当； X 2 5表示材料机械性能差； j 6 表示未焊透； C 表示未熔合 ； X 2 8表示过烧 ； X 2 9表示焊缝有气孔 ； X 3 0表示焊缝夹渣 ； X 3 1表示发动机尾气 ； c 3 2表示 危险区违章动火； X 3 3表示静电积聚； X弭表示接地不 良； X 3 5 表示雷击 ； X 3 6表示避雷装置失效； X 3 7表示 电嚣设施不 防爆 ； X 3 8表示防爆嚣损坏 ； X 3 9表示 球蠢出口闷误关闭； X 4 0表示下游事故 出站闷关； X 4 1 表示上游来气量过大。 I 4 4 维普资讯 w w w . b z f x w . c o m 第 2 3卷第 6 期 天然气工业 天然 气球 罐 故 障树 定 性分 析 1 ． 量 小 割 集 故 障树 定 性 分 析 的 目的 是 要 找 出 系 统 故 障 的全 部 可 能 原 因 ， 或 导 致 指 定 顶 事 件 发 生 的 全 部 可 能 起 因 ， 并 定 性 地 识 别 系 统 的薄 弱 环 节 。 为 了 达 到 这 一 目的 。 首 先 应 找 出故 障 树 的所 有 最 小 割 集 。 凡 是 能 导 致故 障树 顶事 件 发 生 的 基 本 事 件 的集 合 定 义 为 割 集 。而 最 小 割 集 是 导 致 顶 事 件 发 生 的 必 要 且 充 分 的 底 事 件 集 合 。仅 当最 小 割 集 所 包 含 的底 事 件 都 同 时 存 在 时 ， 顶 事 件 才 发 生 ； 最 小 割 集 中有 任 何 一 个 事 件 不 发 生 ， 则 顶 事 件 就 不 会 发 生 。 采 用 “ 自 上 而 下 ” 的代 换方 法求 出 故 障 树 的所 有 最 小 割 集 ， 将 故 障 树 转 化 为 等 效 的布 尔 代 数 方 程 。见 下 式 Q X1X 2 X4X1 0X1 1X1 2X1 5X1 6 X 1 7 X1 8X 1 9 x20 x21 x2 2 x23 2 4 25 x26 x27 x2 8 x29X3 9 x4 0 x41X3 31 3 32 3 X33 X34 3 【 3 5 【 36 3 3 7 3 8 X6 X7X1 0 X6 X7 X11 X6X8 X1 0X6 X8 X 1 1 X6 X9 X1 0 X6 X9 X 1 1 X6 X7 X1 2X1 3X6 X7 X1 2Xl 4 X6X8 X 1 2X1 3 X6X8X1 2 X1 4 X6X9X1 2 X1 3 X6 X9 X 1 2X1 4 由布 尔 代 数 方 程 知 ， 天 然 气 球 罐 失 效 故 障 树 由 2 2个 一 阶最 小割 集 ， 2个 二 阶 最 小 割 集 ， 9个 三 阶 最 小 割 集 ， 6个 四 阶最 小 割集 组 成 。 由割 集 理 论 我 们 可 知 ， 一 般 情 况 下 ， 割 集 的 阶 数 越 小 ， 它 发 生 的可 能性 就 越 大 。 因此 ， 故 障 树 中的 2 2 个 一 阶 最 小 割 集 直 接 影 响 着 系 统 的 可 靠 性 ， 为 系 统 的 薄 弱 环 节 。 2 ． 主 要 影 响 因 素 及 改进 措 施 通 过 对 故 障 树 及 其 定性 分 析 可 以 得 到 引 起 球 罐 发 生 失效 的 主 要 因 素 ， 从 而 提 高 球 罐 的 可 靠 性 。其 主 要 因素 如 下 。 1 严 重 腐 蚀 严 重 腐 蚀 包 括 外 腐 蚀 和 内腐 蚀 ， 主 要 是 内 腐 蚀 。 内腐蚀 主要是 由于腐蚀环境 恶劣 天然气 含水 、 含酸 性 介 质 、 含 硫 化 物 、 材 料 选 择 不 当 、 抗 腐 蚀 能 力 弱 、 焊 缝 处 理 不 当等 原 因引 起 。严 重 腐 蚀 导 致 防腐 层 失 效 、 罐 壁 减 薄 、 焊 缝 产 生 腐 蚀 裂 纹 甚 至 发 生 罐 体 开 裂 。 针 对 这 种情 况 ， 应 对 内外 防 腐 、 脱 水 及 天 然 气 含 量 进 行 定 期 检 测 与 分 析 ， 采 取 积 极 的 防 腐 措 施 ， 以 防 止 或 延 缓 腐 蚀 的 发 生 。 2 材 料缺 陷 主 要 是 材 料 初 始 缺 陷 和 施 工 缺 陷 。初 始 缺 陷 是 材 料 在 制 造 加 工 、 运 输 、 存 储 、 现 场 装 卸 不 当造 成 ， 而 在 焊 接 前 又 未 被 查 出 。施 工 缺 陷 是 在 罐 体 的 建 造 施 工 过 程 中形 成 的 ， 如 防 腐 涂 层 质 量 差 、 焊 接 质 量 差 等 。材 料 缺 陷 的存 在 将 直 接 导 致 球 罐 整 体 强 度 的 降 低 ， 特 别 是 在 焊 缝 区 形成 大 量 裂 纹 ， 直 接 影 响 到 球 罐 运 行 的 可 靠 性 。针 对 这 种 情 况 ， 应 严 格 地 按 设 计 要 求 选 材 ， 加 强 对 材 料 质 量 的 检 查 ， 建 立 严 格 的 施 工 质 量 检 查 制 度 并 遵 照 执 行 ， 选 择 合 理 的 焊 接 工 艺 和 高 水 平 的 焊工 。 3 误 操 作 误 操 作 一 直 是 引 起 设 备 失 效 的 主 要 因 素 之 一 。 针 对 这 种情 况 ， 需 严 格 强 调 安 全 管 理 规 程 ， 加 强 操 作 人 员 的 培 训 ， 以提 高 其 素 质 和 责 任 心 。 结 论 ； 日 1 故 障树 分 析 法 具 有 简 明 、 直 观 、 灵 活 的 特 点 ， 是 进行 工 程 系 统 可靠 性 与 安 全 分 析 及 评 价 常 用 的 有 效 方 法 。 2 建 立 了 天然 气球 罐 失 效 故 障 树 ， 该 故 障 树 一 共 考 虑 了 3 9个 基 本 事 件 。通 过 对 故 障 树 定 性 分 析 确 定 了天 然 气 球 罐 运 行 管 理 中的 薄 弱 环 节 。 3 对 故 障 树 的 进 一 步 分 析 确 定 了 引 起 球 罐 失 效 的 主 要 原 因 ， 提 出 了相 应 的 改 进 措 施 ， 这 对 于 预 防 或 减 少 球 罐 发 生 失 效 提 供 了帮 助 。 参 考文献 1 美 W E维 齐利等 著 ， 疏松 佳 ， 唐信 青等 译 ． 故障 树 手册 ． 北 京 原 子 能 出 版 社 ， 1 9 8 7 2龙 军 ， 俞珂 ． 用 事故 树分 析法 进行 炼 厂 油罐 爆 炸事 故 的 环 境 风险评 价 ． 化 工环 保 ， 1 9 9 6 ； 2 1 1 3 ～1 1 9 3 廖 柯熹 ， 姚安林 等 ． 天 然 气 管 线 失 效故 障树 分 析 ． 天 然 气 工 业 ， 2 0 0 1 ； 2 1 3 9 4 ～9 6 收稿 日期2 0 0 2一O l一3 0 编 辑居 维清 1 4 5 维普资讯