原油管线风险及灾害评价技术研究(编辑修改稿)

原油管线风险及灾害评价技术研究(编辑修改稿)内容摘要：

树分析研究 因为导致 原油 管线发生失效的因素 多种多样 ， 并且原油 管道 多 为埋地管线， 因此对原油管线进行 失效分析 就很困难。 采 用故障树分析 方法 是对 原油管线 进行可靠性与评价非常 有效 的 方法。 找出管线 主要失效形式与 薄弱环节， 从而制定管线 运行 与 维护 方面 相应的措施 以保证原油管线能够安全稳定的运行，延长使用寿命 [11]。 基本概念 故障树分析，是一种评价复杂系统可靠 性和安全性的方法。 采 用 故障树分析 方法对原油 管道进行危害 辨识 ，能够找出导致事故发生的初始因素，发现和查明系统内各种潜在的危险因素， 为 管理者制定预防措施提供依据 [12]。 一般情况下， 故障树分析 主 要 可分为以下 八 个步骤，如 图 21 所示。 图 21 故障树分析流程 陆上原油管线失效故 障树分析 由于导致管线发生失效的因素较多，加之陆上原油管线一般为埋地管线，因此对原油管线系统进行失效故障树分析，找出原油管线的主要失效形式、失效机理 就非常必要。 从 而 制定 相应的措施，以提高原油管线的可靠性和使用寿命 [13]。 确定系统 建立故障树 简化故障树 定性分析 确定顶事件 调查原因事件 熟悉系统 调 查事故 制定防范措施 原油管线风险及灾害评价技术研究 陆上原油管线失效故障树的建立 根据顶事件确定原则，故障树的顶事件为“原油管线失效”。 引起的最直接原因为穿孔与开裂，二者中只要有一个出现，就会引起原油管线失效的发生。 以此类推，逐渐向下分析， 建立原油管道失效故障树 [11， 14～ 17]。 如 图 22 所示，图中各符号所代表的意义见表 21。 . 图 22 原油管线失效故障树 西南石油大学硕士研究生学位论文 7 表 21 原油管线失效故障树中的符号与相应事件 符号 事件 符号 事件 P 管线失效 f13 土壤含盐量较高 A1 管线穿孔 f14 土壤 pH值低 A2 管线开裂 f15 土壤中含有 SRB B1 管线腐蚀严重 f16 土壤氧化还原电位高 B2 管线存在缺陷 f17 土壤含水率高 B3 管线承压能力低 f18 阴极保护失效 B4 管线腐蚀开裂 f19 防腐绝缘层老化 C1 管线外腐蚀 f20 原油中含有硫化氢 C2 管线内腐蚀 f21 原油中 含有 O2 C3 施工缺陷 f22 原油中含有 CO2 C4 初始缺陷 f23 原油中含水 C5 管线存在裂纹 f24 缓蚀剂失效 C6 管材力学性能差 f25 管道内涂层变薄 D1 管线内腐蚀环境 f26 管道衬里脱落 D2 管线应力腐蚀严重 f27 管线清管效果差 E1 第三方破坏严重 f28 管沟质量差 E2 土壤腐蚀 f29 管道焊接方法不当 E3 管线外防腐措施 f30 焊接材料不合格 E4 管线内防腐措施 f31 管段预处理质量差 E5 酸性物质 f32 管段焊缝表面有气孔 E6 管道焊接 f33 管段未焊透部分过大 E7 材质存在缺陷 f34 焊接区域渗碳严重 E8 管线承载大 f35 焊接区域存在过热组织 f1 结蜡严重憋压 f36 焊接区域存在显微裂纹 f2 管材抗腐蚀性能差 f37 焊缝表面有夹渣 f3 管线强度设计不够 f38 管段焊后未清渣 f4 违章建筑物 f39 管线安装质量差 f5 管道附近土层运移 f40 管材中含有杂质 f6 管线标志桩不明 f41 管材金相组织不均匀 f7 沿线压管严重 f42 管材晶粒粗大 f8 管道上方违章施工 f43 管材选择不当 f9 外界较大作用力 f44 管材加工质量差 f10 管线内应力较大 f45 管段存在残余应力 f11 土壤根茎穿透防腐层 f46 管段存在应力集中 f12 土壤中含有硫化物 f47 管材机械性能差 原油管线风险及灾害评价技术研究 陆上原油管线失效故障树的定性分析 原油管线失效故障树最小割集 利用下行法和事件逻辑运算法则求出 图 22 中原油管线失效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， 见式（ 21） ： (21) 由上式可知，原油管线失效故 障树 共 由 60 个各阶割集组成， 其中 一阶最小割集 29个，二阶最小割集 7 个，三阶最小割集 12 个，四阶最小割集 12 个。 29 个一阶最小割集（即 f1~f10， f19， f28~f44， f47）直接影响着系统的可靠性，是原油管线系统中的薄弱环节，要提高管线的可靠性与使用寿命，应首先从这 29 个一阶最小割集着手。 主要影响因素与改善措施 通过原油管线故障树定性分析我们找出了影响系统可靠性的薄弱环节。 经过整理和总结主要有以下几个方面： （ 1）第三方破坏。 包括、管线上方人 口密度、地质灾害、穿河管线水流对管道的冲刷、管道路由桩和标识牌残缺、管道上方的违章施工、违章建筑物等等。 还应包括线频率、员工责任心等 ； （ 2）管线外腐蚀。 对于埋地管道主要是由土壤腐蚀、防腐绝缘层失效引起。 土壤中的含盐量、 PH 值、含水率与电阻率造成防腐层的破坏，特别是存在其它麦迪金属电流、交流干扰的情况下更为严重。 应加强阴极保护系统的检查 ； （ 3）管材初始缺陷。 包括管材在制造加工、运输不当造成缺陷。 如管道厚薄不均、椭圆度大、防腐绝缘涂层质量差、存在外部损伤等。 管材出事缺陷将降低管线整体强度，为管线失效提供条件。    17 1144 2810 1 184719 lji flffffjfiP     4645109232220 fffffnf n   27242220232 fqfpff p 西南石油大学硕士研究生学位论文 9 第 3 章 输油管线 相对 失效 风险 计算方法研究 管道 风险评分法概述 管道 风险评分法的基本模型 管道相对失效风险包括 四 大风险指数，分别是 ：第三方破坏、腐蚀、设计因素和误操作。 每项 100 分，共 400 分。 每方面风险指数又包含了若干风险因素。 通过对以上四方面因素的分别评分，求得其指数和，即可得到管道的相对失效 风险 分值 [18]。 管道相对 失效 后果由 泄漏后果指数 来表征，主要 影响 因素有两个 ：介质危害 和扩散系数。 通过相对失效 风险 和相对失效后果即可得到管道的相对风险 分值。 图 31 为管道风险 评分法框图。 图 31 管道风险评分法框图 管线分段 管道风险评价之前需要对整条管线进行分段，主要依据以下四点原则，依其重要程度分别是 [19]： （ 1）沿线人口密度（ DOT 地区人口等级分类法 ）； （ 2）土壤腐蚀性； （ 3）包覆层状况； （ 4）管道使用年限。 介质危害 扩散系数 泄漏 后果指数 误操作指 数 设计指 数 腐蚀指 数 第三方破坏指 数 指数和 相对风险 评估值 从 记录 、 与 操作人员访谈中搜集 数据 确定相对失效风险 确定相对失效后果 原油管线风险及灾害评价技术研究 输油 管线相对失效 风险 的计算 第三方破坏指数评分 所谓“第三方破坏”，主要是指由于非管道工作人员的行为而造成的所有的管道意外破坏。 影响第三方破坏风险的因素主 要有一下几方面 [20]： （ 1）管道覆盖层最小厚度„„„„„„„„„„„„ „ „„„„„ 0~20 分 20% （ 2）活动程度„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„„„ 0~25 分 25% （ 3）管道地面设施„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„„„„ 0~10 分 10% （ 4）直呼系统„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„„„ 0~10 分 10% （ 5）公众教育„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„„„ 0~10 分 10% （ 6）管道用地标志„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„„„ 0~ 5 分 5% （ 7）巡线频率„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„„„ 0~15 分 15% （ 8）自然灾害（人为导致） „„„„„„„„„„„„ „ „„„„ 0~ 5 分 5% 管道覆盖层最小厚度的评定（不可变因素， 20%） 管道覆盖层 风险采用其 最小覆盖层厚度 做 为评定标准。 评分 可由以下公式计算得出： 管道最小埋深（英寸）247。 3 = 分数值 （ 31） 覆盖层的作用 是保护管线免遭第三方破坏。 因此，采用预防机械性破坏管道的措施相当于增加覆盖层的等效厚度： 2in 厚的混凝土防 护层 = 增加 8in 厚土质覆盖层 4in 厚的混凝土防护层 = 增加 12in 厚土质覆盖层 混凝土板（加强的） = 增加 24in厚的覆盖层 管线套管 = 增加 24in厚的覆盖层 警告标志带 = 增加 6in厚的土质覆盖层 活动程度（不可变因素， 25%） 管线周边地区活动程度频繁必然会增加管线风险。 对于管道所经过的地区，美国运输部（ DOT： Department of Transportation）按人口密度等因素将地区分为 IV 类。 具体分类办法 见 泄漏后果指数中 人口分值的评定一节。 在活动程度风险因素的评分当中人口密度也是非常重要的一项内容。 活动程度风险因素评分细则如下 ： （ 1） 高活动程度地区 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„ 0 分 西南石油大学硕士研究生学位论文 11 这类地区具有以下一个或几个特性： ① DOT 规定的 III 类人口密度地区 ② 高人口密度 ③ 建设活动频繁 ④ 大量的直呼或巡线报告（每周大于两次） ⑤ 铁路及公路交通造成威胁 ⑥ 附近有许多其它地下敷设的公用设施 ⑦ 来自野生动物的频繁破坏 ⑧ 正常的近海抛锚区域 ⑨ 常见的邻近海底管线的 挖掘活动 （ 2） 中等活动地区 „„„„„„„„„ „ „„„„„„„„„„„„„„„ 8 分 这类地区具有以下一个或几个特性： ① DOT 规定的 II 类地区人口密度 ② 附近人口密度较低 ③ 没有可能造成威胁的常规建筑活动 ④ 很少量的直呼或巡线报告（每月小于 5 次） ⑤ 附近地下敷设的公用设施很少 ⑥ 野生动物偶尔的破坏 （ 3） 低活动程度地区 „„„„ „ „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 分 这类地区具有以下一个或几个特性： ① DOT 规定的 I 类地 区人口密度 ② 乡村，人口密度很低 ③ 实际上几乎没有活动报告（每年小于 10 次） ④ 该地区无日常的有害活动（凡机械不能挖深至管线覆盖层 1ft（ ）以内的农业活动可视为是无害的。 ） （ 4） 本地区无任何活动 „„ „ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 25 分 管道地面设施（不可变因素， 10%） 这个参数一般被视为不可变因素。 地面上某些设施常常是难以改变的，因此 需 要采取保护措施以减少风险。 具体评分情况如下： 没有地面设施 „„ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„„„ 10 分 拥有 地面设施 „„ „ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ „„ 0 分 加上下列所有适宜的分数值（总分不得超过 10 分） 设施距离交通车辆大于 200ft（ ） „„„„„„„„„„„ „„ „„ 5 分 道路与设施之间有 12in（ ）粗的树木、墙， 原油管线风险及灾害评价技术研究 或其它一些坚固的构造物等 „„„ „„„„„„„„„„„ 4 分 防护栏杆（直径 4in（ ）的钢管或是更强的 „„„„ „ „ „„„„„ 3 分 道路与设施之间设有沟渠 （其深及宽不低于 4ft（ ）） „„„ „„„„ „„ „„„ „„„„„„ 3 分 该区域周围环绕 6ft（ ）高的栅栏 „„„„ „„ „„„„„„„„„ 2 分 标志（警告：请勿入内，危险。 等等） „„ „ „„ „„ „„„„„„„„„ 1 分 直呼系统（可变因素， 10%） 直呼系统 是指 在收到 在某区域内 将要进行挖掘活动的通知后，通知可能会影响到的地下设施的拥有者。 该系统对于 减少 管线事故有着明显的效果。 其评分细则如下： 立法 „„„„„„„„„„„„„„ „„ „„„„„„„„„„„„„„„ 4 分 已经证实的有效性和可靠性记录 „„„ „„ „„„„„„„„„„„„„„ 2 分 广泛宣传为社会所了解 „„„„„„„ „„ „„„„„„„„„„„„„„ 2 分 满足最低的 ULCCA（美国联邦公共设施协调委员会）标准 „„ „„ „„„ 2 分 最低标准为： （ 1）操。