油气管道的风险评价方法.pdf

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1、 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

2、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

3、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

4、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

5、、 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

6、、 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

7、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

8、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

9、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

10、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。

11、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01

12、00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。

13、(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

14、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0100 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020 020 015 020 015 010腐 蚀0100 大气腐蚀 内腐蚀 埋地金属腐蚀020 035 045设 计0100 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

15、防腐材料选择020 012 020 08 020 010 010误 操 作0100 设计误操作 施工误操作 运行误操作 维护误操作020 040 025 0153. 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

16、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040404012扩散 系数管输介质泄漏率36 人口密度14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

17、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: 定期清管,以保证管道能安全供气; 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; 注意控制管道的压力波动幅度; 增大巡线频率,及时制止违章活动; 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; 对较高风险和中等风险的管段要重点监控

18、,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

19、险技术的研究J .天然气 工业, 1998, 18(5) : 72 - 76. 2 MUHLBAUER W K . A Proactive Approach to Pipeline Risk Assess mentJ . Pipe Line Ind, 1992, 75 (7) : 37 - 39. 3 MUHLBAUER W K . R IPS Identifies Pipeline RiskJ . Pipe Line Ind, 1990, 73(3) : 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

20、 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, 19(7) : 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

21、Testi ng high strength low2alloy steel(HSLA) ;weldingwire;weld; anti2corrosionStudy on W eldi ng Process of 00Cr22Ni5M o3N Duplex Sta inless Steel ZHAO Hai2hong,Q ILi2chun Abstract I D:100123938(2008) 01200292EAAbstract: Toughness2plasticity and corrosion resistance of weld seam and heat affect zone

22、 ( HAZ)is primary considerations in welding00Cr22Ni5Mo3N duplex stainless steel . This article analyzes and researches phase proportion and corrosion resistance ofweld joint under the weld2 ing process of gas tungsten2arc welding(GTAW) , and provides guidance to field welding of 00Cr22Ni5Mo3N.Key wo

23、rds:duplex stainless steel; gas tungsten2arc welding (GTAW) ; phase proportionFracture Analysis on W eld Seam of SSAW Pipe of Certa in O il Pipeline WANGLi2xia, HU Yan2peng, ZHANG Yan2qiu, YI N Cheng2xianAbstract I D:100123938(2008) 01200332EAAbstract:Aiming at SSAW pipe of certain oil pipeline, str

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25、s mittingpressure, the pipelinewould fracture alongweld seam with reduction of residualwall2thickness on weld seam while operating pressure reach limit pressure.Key words:oil transmission pipeline; spiralwelded pipe;welding defect; crackRisk Assessment of O il2gas Pipeline L I U Ying,L I U Chang2lin

26、g, ZHOU WeiAbstract I D:100123938(2008) 01200362EAAbstract:Risk assessment technology of pipeline is a kind ofmanagement technologywith high economic value. Risk of pipeline can be evaluated by means of risk assess ment, and effective approach to reduce risk of pipeline and cost of pipeline can be f

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28、de and give proposal to reduce risk ofpipeline.Key words:oil2gas pipeline; risk assessment; scoring system;modeling chart; factorCurrent Inspection Situation circumferentialweld seam; ultrasonic inspection; radiographic inspectionDevelopi ng de2dust; air purification systemResearch on Corrosion Eval

29、uation Technology of Petroleum Pipeli ne XU Hai2junAbstract I D:100123938(2008) 01200472EAAbstract: 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 evaluation technologyofpipeline and engineering instances .89焊 管 2008年1月