油气管道的风险评价方法

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·36·焊管·第31卷第1期·2008年1月●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年代应用于性影响因素,为管道的管理和维护提供风险信[1]美国核电厂的安全性分析,随后在化学工业、油气息。对管道进行风险评价时首先要摸清管道管道输送、环境保护等方面得以推广。经过30余发生事故的原因,设置适当的事故原因类别及其年的开发研究,风险评价技术已在许多国家投入因素,采用科学的评价方法,使评价结果能够真应用,并取得了巨大的经济效益和社会效益。我实、合理地反映被评价管道的相对风险大小。国在这方面的研究和应用起步较晚,但近几年发风险评价方法包括定性评价法、定量评价法展十分迅速。和半定量评价法。2.1定性风险评价法1风险评价的必要性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,它是利用事件风险评价是一种基于数据资料、运行经验的树和故障树的概率进行风险评估(PRA)的,失效科学方法,通过将风险量化,便于进行分析、比较,模式、影响和评价分析(FMECA)是其常用的方为风险管理的科学决策提供可靠的依据,以能够[2]法。它包括安全检查、初步危险分析、列表检合理运用有限的人力和物力等资源、采取最适当查、假设事故与后果分析、破坏模式与效果、临界的措施、达到最有效地减小风险为目的。状态分析、危险与危险性调节研究等多种危险识对于新建管道,选线时不仅要选省工时、省费别方法。用的线路,而且要考虑风险小的方案,通过综合考定性评价法可以根据专家的意见提供高、中、虑确定最优方案,这样不仅能节省投资,加快进低风险的相对等级,但危险性事故发生的频率和事度,方便运行管理,而且能减少管道的建设和运行故损失后果均不能量化。其特点是不需要建立精风险,得到较好的经济效益与社会效益。确的数学模型和计算方法。它是在有经验的现场对已建成的管道进行风险评价,可以摸清事故操作人员和专家意见的基础上进行打分评判的,评原因中可变因素与不可变因素的组成,通过对其分价的精确性取决于专家经验的全面性,划分影响因析,制定安全维护计划,从而将风险降至最低。素的细致性、层次性以及权值分配的合理性。2风险评价的方法2.2定量风险评价方法定量风险评价技术利用结构力学、有限元方风险评价是根据安全性和经济性原则进行法、断裂力学、可靠性与维修技术和各种强度理[3]的,其分析方法的基本目标是提出和确定不确定论,对管道的风险进行定量评价和决策。它预 第31卷第1期刘颖等:油气管道的风险评价方法·37·先给固定的、重大的和灾难性的事故的发生概率盖层厚度为2m,另1km的覆盖层厚度为0.8m,和事故损失后果都约定一个具有明确物理意义的那么该管段的覆盖层厚度就只能按0.8m考虑。量,所以其评价结果是最严密和最准确的。它与(4)加权定性风险分析技术的不同之处在于必须在大量设各评价项的加权,也就是它们最大可能的评分计、施工和运行资料的基础上,建立完善的数据库值,将反映出该项的相对重要性。此重要性表示该管理系统,并掌握裂纹缺陷的扩展规律和管材的评价项在导致风险或缓解风险方面所起的作用。腐蚀速率,由此运用确定性或不确定性方法来建3.2管道的分段原则立评估的数学模型,然后进行分析求解。其结果管道的风险评价与其它装置的风险评价不同的精确性取决于原始数据的完整性、数学模型的之处在于,整条管道的长度上没有相同的危险性精确性和分析方法的合理性。倾向,即一条管道通常不是所有部分都具有相同定量风险评价虽然最能反映出管道风险情的潜在危险性。对于管道来说,沿程各种条件的况,一些工业发达国家也制定出了实现这一目标多样性决定了整条管道各段的风险程度大小不的研究计划,但是由于定量风险评价所需要的管一。评价时,管段划分过多虽能提高每段的评价道信息数据量巨大,并且还需要大量的前期技术精度,但会造成在数据采集、处理和维护等方面的研究工作,所以它还不能在短期内实现。费用支出较高;管段划分过少又降低了评价精度。2.3半定量风险评价法若按随机方式分段,一旦分段不恰当,就会增大费半定量评价法以风险的数量指标为基础,分别用支出。所以管道分段的最好方法是利用有明显给事故损失后果和事故发生频率各分配一个指标,区别的点来分段。最恰当的管道分段原则是只要然后用加和除将两个对应事故概率和损失严重程出现不同情况的重要特征变化点,就应在那里插度的指标进行组合,从而形成一个相对风险指标。入分段点。所谓的不同情况包括管道的布局情半定量评价法所需原始数据较少,评价成本较低,况、载荷情况、环境情况和缺陷情况,然后根据各目前被公认是一种普遍实用的管道风险评价方法。段的具体情况进行风险评价。3.3风险评价模型3管道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[5]3.1风险评价模型的基本假设分法,即对于每个管段,按事故的通常起因和风险评价的目的是揭示管道所面临的风险,后果分为4个事故因子和1个泄漏影响系数,又并给出如何有效缓解这种风险的方法和措施。管称为“4+1”评价模式,其评价框图见图1。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,只有在图1管道风险评分法框图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3.3.1设计资料分析低。风险值越高则管道的安全性越高。实际上管在进行风险分析前需要收集相应管道的设道的绝对风险值是无法计算的。[4]计、施工、运行状态、涂层、土壤腐蚀性、维修规范(3)最坏情况和环境等资料。将整条管道根据人口密度、土壤一条管段的最坏情况决定该管段的评价分条件、地质情况、防腐层状况、管道服役年限、外部值。例如,有一条长30km的管道,其中29km覆 ·38·焊管2008年1月气候条件等划分为若干管段,每一管段的特性要保护、管道外涂层、土壤腐蚀性、其它金属埋设物、尽可能一致,并且可以当作独立单元处理。干扰电流、应力腐蚀等。造成管道失效的主要原因有第三方破坏、腐(3)设计蚀、设计和误操作,其中腐蚀和第三方破坏是造成原始设计与管道的风险状况密切相关,设计[6]管道失效的最主要原因。过程中产生的问题不仅会对管道结构产生功能影(1)第三方破坏响,而且还可能对其它风险因素的产生和发展起第三方指非管道公司职工。第三方破坏不是到加速作用。在最初设计时为了简化计算,设计指第三方对管道实施的故意破坏,而是第三方在人员会采用一些简化模型和假设来选取一些参从事其它活动过程中由于不了解管道在地下的准数,忽略了许多不确定性因素的存在,这与实际情确位置或无视输气管道的危险性所引起的管道损况就有差异,而这些差异将会直接影响管道的风坏。管道管理者必须采取措施减少第三方破坏管险状况。所以设计本身给管道留下的风险隐患是道设施的可能性。很难避免的。设计因素包括管道设计安全系数、管道遭受第三方破坏的可能性大小主要取决系统安全系数、管材选择、安全防御系统、不良地于管道周围可能的侵扰因素、侵扰方接近管道的质处理和外防腐材料选择等。难易程度以及地面活动的活跃程度。可能的侵扰(4)误操作因素包括各种挖掘设备、机动车道、地震作用、电误操作是风险的一个重要方面。根据美国统话线及电桩等。计,在所有灾害中,由于人的误操作造成的灾害占影响侵扰方接近管道的难易程度的因素有覆62%,而其余38%为自然灾害[6],可见误操作发盖层厚度、覆盖层的性质(泥土、石块、混凝土生事故的概率并不小,而且误操作带来的后果往等)、人为障碍(围栏、堤坝、沟渠等)、有无管道标往十分严重。所以在输气管道的风险评价中,误志、管道路况、巡线的频率等。操作是最重要的风险因素之一。误操作包括设计地面活动的活跃程度主要取决于人口密度、误操作、施工误操作、运行误操作和维护误操作。附近的建设活动、通讯情况、火车或机动车的通过管道主要风险评价评分标准见表1。量等。表1管道风险评价评分标准综上所述,可将第三方破坏的影响因素归纳主因素子因素为:管道最小埋深、地面活动程度、地面装置、公众名称评分标准/分名称评分标准/分教育水平、线路标志、巡线频率6个方面。总计分管道最小埋深0～20第地面活动程度0～20值在0～100分之间,分值越低说明出现第三方破三地面装置0～15方0～100破公众教育水平0～20坏的概率越高,反之,则说明出现第三方破坏的概坏线路标志0～15率越低。巡线频率0～10大气腐蚀0～20(2)腐蚀腐0～100内腐蚀0～35蚀腐蚀对管道的影响十分严重又十分复杂,是埋地金属腐蚀0～45管道设计安全系数0～20风险评价的重要考虑因素。在输气管道的运行寿系统安全系数0～12命期间,腐蚀是使管道从安全走向失效的重要因设钢管材料选择0～200～100安全防御系统0～8计素之一。系统水压试验0～20滑坡处理0～10管道的腐蚀大体分为大气腐蚀、内腐蚀和埋外防腐材料选择0～10地金属腐蚀,它们反映了管壁可能接触到的一般设计误操作0～20误施工误操作0～40环境类型。所以在腐蚀风险评价中主要考虑大气操0～100运行误操作作0～25腐蚀、内腐蚀和埋地金属腐蚀。内腐蚀的风险大维护误操作0～15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3.3.2泄漏影响系数属腐蚀是管道腐蚀破坏的主要因素,它包括阴极泄漏影响系数又叫风险系数(LIF),是用来 　第31卷第1期　　　　　　　　　　刘　颖等:油气管道的风险评价方法·39·衡量管输介质的易燃易爆性、有毒性、当时性危裸露在外的管道应立即进行修复;③注意控制管道害、燃烧性、反应性,以及管道发生事故、出现泄漏的压力波动幅度;④增大巡线频率,及时制止违章对沿线人口、生态环境等造成的急性、长期性危活动;⑤加强法制宣传活动,尽快清除违章建筑,增害,是对管道发生穿孔或爆管引起天然气外泄后强群众对管道的保护意识;⑥对较高风险和中等风所造成各种损失后果的评估。管输介质意外泄漏险的管段要重点监控,对存在的隐患要及时处理。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5　结　语的国际惯例,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风险评价技术是一门很有发展前景的管理技的。泄漏影响系数的评分越高,管道的泄漏风险术,它是风险管理的基础,是安全生产的需要,其越大,管道事故的损失后果也越严重。具体的评显著的社会效益和经济效益已经得到证实。管道分标准见表2。的风险评价结果可以最大限度地减少管道发生突表2　输气管道泄漏影响系数评分标准发性事故所造成的经济损失,提高管道的安全性。因素子因素名称子因素评分标准/分同时管道风险分析过程中得出的一些有用的结论管输燃烧性(Nf)0～4还可以为新管道的设计提供依据。我国油气管道介质当时性危害反应性(Nr)0～4危害有毒性(Nh)0～4风险评价的研究工作起步较晚,只是在近年才开性长期性危害0～12始引起重视,因此在评价项目的设置和评分准则扩散管输介质泄漏率3～6系数人口密度1～4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,根据以上风险评价标准分值,通过专家对各风险评价技术会得到不断的完善,将在我国的管分段管道的评价打分,得到每一段各个指标的得道工业中发挥更大的作用。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,参考文献:整个管道系统可绘制出一条风险评价曲线。风险指标总和[1]张鹏,段永红.长输管线风险技术的研究[J].天然气相对风险分值=,工业,1998,18(5):72-76.泄漏影响系数[2]MUHLBAUERWK.AProactiveApproachtoPipeline其中:指标总和=第三方破坏指标+腐蚀指标+RiskAssessment[J].PipeLineInd,1992,75(7):37-设计指标+误操作指标;39.[3]MUHLBAUERWK.RIPSIdentifiesPipelineRisk[J].泄漏影响系数=管输介质危害性÷扩散系数;PipeLineInd,1990,73(3):35-38.管输介质危害性=当时性危害+长期性危害;[4]潘家华.油气管道的风险分析[J].油气储运,1995,14(3):11-15.当时性危害=燃烧性(Nf)+反应性(Nr)+[5]MUHLBAUERWK.PipelineRiskManagementManual有毒性(Nh);[M].NewYork:GulfPublishingCompany,1992:197-扩散系数=管输介质泄漏率÷人口密度。246.[6]王玉梅,郭书平.国外天然气管道事故分析[J].油气对于管道来说,相对风险值越大,表示管段越储运,2000,19(7):15-19.安全。作者简介:刘颖(1983-),女,四川仁寿人,在读硕士研究4　缓解风险的措施生,主要从事天然气储运研究。收稿日期:2007-08-02常用缓解风险的措施主要有:①定期清管,以修改稿收稿日期:2007-09-03保证管道能安全供气;②对被破坏的管道覆盖层和编辑:谢淑霞标准分享网www.bzfxw.com免费下载 ·98·焊管2008年1月Testing&ResearchofWeldingWireUsedforCoilTubingBIZong2yue,ZHANGJin2gangAbstractID:100123938(2008)01200262EAAbstract:Coiltubingisakindofspecialtubularusedforworkoveroperation,well2logginganddrillinginoil2gasfield,throughanalysesandresearchofrawmaterialandweldingjoint,thisarticleproposescompositionrangeofweldingwireusedforcoiltubingincombiningwithweldingprocessandusageproperty,andweldingwireusedforcoiltubingwhichmeetpropertyrequirementshavebeentrialproducedbymeansoflabtesting.Keywords:coiltubing;highstrengthlow2alloysteel(HSLA);weldingwire;weld;anti2corrosionStudyonWeldingProcessof00Cr22Ni5Mo3NDuplexStainlessSteelZHAOHai2hong,QILi2chunAbstractID:100123938(2008)01200292EAAbstract:Toughness2plasticityandcorrosionresistanceofweldseamandheataffectzone(HAZ)isprimaryconsiderationsinwelding00Cr22Ni5Mo3Nduplexstainlesssteel.Thisarticleanalyzesandresearchesphaseproportionandcorrosionresistanceofweldjointundertheweld2ingprocessofgastungsten2arcwelding(GTAW),andprovidesguidancetofieldweldingof00Cr22Ni5Mo3N.Keywords:duplexstainlesssteel;gastungsten2arcwelding(GTAW);phaseproportionFractureAnalysisonWeldSeamofSSAWPipeofCertainOilPipelineWANGLi2xia,HUYan2peng,ZHANGYan2qiu,YINCheng2xianAbstractID:100123938(2008)01200332EAAbstract:AimingatSSAWpipeofcertainoilpipeline,stressanalysisandcalculationofcrackpropagationrateandlimited2loadingabilityofweldseamarecarriedout,andallresultsprovethatweldingdefeatoriginatedfromnon2fusionzoneiscongenitaldefectduringoiltransmission,duetogradualfatiguecrackgrowthwilloccurwithvariationoftransmittingpressure,thepipelinewouldfracturealongweldseamwithreductionofresidualwall2thicknessonweldseamwhileoperatingpressurereachlimitpressure.Keywords:oiltransmissionpipeline;spiralweldedpipe;weldingdefect;crackRiskAssessmentofOil2gasPipelineLIUYing,LIUChang2ling,ZHOUWeiAbstractID:100123938(2008)01200362EAAbstract:Riskassessmenttechnologyofpipelineisakindofmanagementtechnologywithhigheconomicvalue.Riskofpipelinecanbeevaluatedbymeansofriskassessment,andeffectiveapproachtoreduceriskofpipelineandcostofpipelinecanbefound.Thisarticlebrieflyintroducescon2tentandmethodofriskassessment,andemphasizeW.K.Muhlbauerriskassessmentscoringsystemofpipeline,andalsodescribesindetailmodelingchartofriskassessmentand4factortocauseaccident,aswellasputforwardclassificationstandofriskgradeandgiveproposaltoreduceriskofpipeline.Keywords:oil2gaspipeline;riskassessment;scoringsystem;modelingchart;factorCurrentInspectionSituation&ResearchProgressofGirthWeldingSeamofOil&GasTransmissionPipelineLUOHua2quan,JUXi2ming,LUZheng,WANGShu2renAbstractID:100123938(2008)01200402EAAbstract:Radiographandultrasonicarecommonlyusedforinspectinggirthweldingseamofoil&gaspipeline.Thisarticleintroducescurrentsitua2tionanddevelopmenttrendofradiographicandultrasonicinspectionindomesticandabroad,analyzeadvantageanddisadvantageofthetwoinspec2tionmethods,namely,radiographinspectioniseffectivetodetectvolumetrictypedefect(porosity,slag),andultrasonicinspectionmainlydetectpla2narandthree2dimensionaltypedefect,andsensitivityofultrasonicinspectionishigherthanthatofradiographinspection.Italsoputsforwardsugges2tionsaboutthedomesticdevelopmentofgirthweldingseamofoilandgaspipeline.Keywords:oil&gastransmissionpipeline;circumferentialweldseam;ultrasonicinspection;radiographicinspectionDeveloping&ApplicationofCentralAirPurificationSystemofWeldedPipeMillTANGJun,ZHANGKai2bin,LIBin,ZHANGYa2pingAbstractID:100123938(2008)01200452EAAbstract:Aimingatactualconditionthatweldedpipemillhavegreaterpollutionresource,complexandseriouspollutioncausedbymetalweldingandcutting,akindofnewcentralairpurificationsystemisdeveloped,andallusageresultsprovesthatthenewsystemhavehighworkefficiency,obviousde2dusteffect,andstableworkcondition.Keywords:weldedpipe;de2dust;airpurificationsystemResearchonCorrosionEvaluationTechnologyofPetroleumPipelineXUHai2junAbstractID:100123938(2008)01200472EAAbstract:Itispossibleforanyanti2corrosionactiontobecomeinvalid,corrosioncannotbeavoided.Inordertofindearlyandexactlytheareas,timeanddamageconditionofpipelineoccurringcorrosion,thisarticleprovidestheorybasistopipelineoperation,maintenance,replacingscheme,andalsogivesguidancetoanti2corrosionactionthroughtheoretictechnologyofcorrosionevaluationtechnologyofpipelineandengineeringinstances.