油氣長(zhǎng)輸管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1、 專業(yè)報(bào)告樣本 / Professional report sample 編號(hào)： 油氣長(zhǎng)輸管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)After reading or practice, get the feeling, and after reflection and summary，to guid the work or life.編 制：審 核：日 期：油氣長(zhǎng)輸管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)溫馨提示：本文是以實(shí)現(xiàn)工程、系統(tǒng)安全為目的,應(yīng)用安全系統(tǒng)工程原理和方法,對(duì)工程、系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)、有害因素進(jìn)行辨識(shí)與分析,判斷工程是否能開展的一種匯報(bào)。文檔下載完成后可以直接編輯，請(qǐng)根據(jù)自己的需求進(jìn)行修改后套用。【摘要】管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)普遍采用以

2、Kent打分法為代表的定性方法, 筆者提出了一種新方法, 即定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(QRA), 采用基于管道失效歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和巳有成熟的數(shù)值模型, 進(jìn)行管道失效概率分析和失效后果分析, 并以此方法在某輸氣管道上進(jìn)行了驗(yàn)證, 最后得到管段的絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和人口密集段的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn), 并進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)剝。研究表明, QRA受人員主觀判斷影響較小, 計(jì)算方法科學(xué)合理, 結(jié)果量化, 對(duì)進(jìn)行檢測(cè)與維護(hù)維修資源的分配具有很好的指導(dǎo)意義。 【關(guān)鍵詞】管道；定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法(QRA)；個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)；失效歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；完整性管理 0 引言 油氣長(zhǎng)輸管道是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈, 直接服務(wù)沿線工業(yè)的生產(chǎn)和城市居民的普通生活。但管道又屬于危險(xiǎn)源, 一旦

3、發(fā)生泄漏事故, 易燃易爆的高壓介質(zhì)迅速擴(kuò)散, 對(duì)沿線造成較大危害。如1999年美國(guó)華盛頓Beirut市一條成品油管道發(fā)生泄漏起火事故, 造成2人死亡, 大量油品泄漏, 環(huán)境嚴(yán)重污染；2000年美國(guó)加州的CarIsbad市一條天然氣管道泄漏并爆炸, 造成12人死亡；2004年, 陜西榆林境內(nèi)某輸氣管道發(fā)生泄漏, 緊急疏散方圓10km內(nèi)人員, 造成惡劣影響。 管道完整性管理是一種主動(dòng)預(yù)防的管道管理方法, 是先進(jìn)管道公司管理經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)提煉, 以被國(guó)際上眾多管道公司所采用, 如著名的Enbridge管道公司、加拿大彩虹管道公司等。目前, 美國(guó)法規(guī)已經(jīng)強(qiáng)制要求各管道公司必須對(duì)管道實(shí)行完整性管理, 而完整

4、性管理的基礎(chǔ)是管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià), 其主要目的是識(shí)別危害和管段風(fēng)險(xiǎn)排序, 以完成對(duì)管道檢測(cè)、維護(hù)維修資源的科學(xué)決策。所以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究, 開發(fā)有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)施方法, 對(duì)保證管道完整性管理的實(shí)施, 保障油氣管道的安全運(yùn)行, 具有重大的意義。 1 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)現(xiàn)狀及定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(QRA)簡(jiǎn)介 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)按照最后結(jié)果的量化程度, 可以分為定性方法、定量方法兩種。定性方法以W. Kent Muhlbauer于1995年著的“管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)”為代表, 簡(jiǎn)稱Kent打分法, 至今已是第二版, 仍在世界上各管道公司廣泛使用, 定量方法近幾年才出現(xiàn), 以QRA(Quantitative Risk Ana

5、lysis)為典型代表, 國(guó)外管道公司一般也以定性方法為主, 對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目和重點(diǎn)管段才采用QRA。 國(guó)內(nèi)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本上還處于起步階段, 理論研究較多, 油氣場(chǎng)站評(píng)價(jià)較多, 簡(jiǎn)單方法采用較多, 如故障樹(FAT)的定性分析、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(LEC)等。為突破傳統(tǒng)的定性評(píng)價(jià)方法, 也有一些研究結(jié)合了數(shù)學(xué)方法, 如模糊數(shù)學(xué), 以實(shí)現(xiàn)定量的評(píng)價(jià), 但基本還處于理論研究階段, 無工業(yè)應(yīng)用。 QRA是一種純定量的方法, 是目前管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最新成果, 其結(jié)果一般是具體的數(shù)值, 且有量綱。QRA主要基于管道歷史失效數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行, 通過將實(shí)際管道與失效數(shù)據(jù)庫(kù)中的抽象管道對(duì)比, 并通過一些經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行公式推

6、導(dǎo), 從而得到相應(yīng)結(jié)果, 如絕對(duì)失效概率, 管段年千米經(jīng)濟(jì)損失等。QRA主要流程如圖1所示。 圖1 QRA流程圖 2 ORA的主要技術(shù) ORA的主要技術(shù)有管道失效概率分析, 失效后果分析, 以及最后風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算, 這幾個(gè)過程與傳統(tǒng)的Kent打分法不同的是, 不需要管道專家進(jìn)行主觀的定級(jí)判斷, 基本是基于歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)值模型推導(dǎo)。下面將一一介紹。 2.1 管道失效概率分析 影響管道安全的因素大抵可分為以下幾類： 1)腐蝕, 包括內(nèi)腐蝕、外腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)。 2)管體缺陷, 包括制管缺陷和施工期間造成的缺陷。 3)第三方破壞。 4)誤操作。 5)設(shè)備缺陷。 6)自然與地質(zhì)災(zāi)害, 包括滑

7、坡、泥石流、崩塌、地表沉陷等。 7)疲勞。 有些管道應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞等問題并不存在或不嚴(yán)重, 可不考慮。QRA中在計(jì)算管道失效概率時(shí), 將各類因素分別考慮, 以下式來計(jì)算： 式中, Fp各原因引起管道失效的概率； Fg通用失效概率。統(tǒng)計(jì)大量事故案例得到的管道平均失效概率； Ft每種失效模式所占的比例, 各失效模式有管道小泄漏、大泄漏和破裂； Fa修正系數(shù)。其中, Fg和Ft是根據(jù)歷史失效數(shù)據(jù)庫(kù)得到的, Fa是將管道的實(shí)際情況與歷史庫(kù)中管道實(shí)際情況對(duì)比得到的修正系數(shù)。 歐洲和北美很多國(guó)家的一些組織和協(xié)會(huì)早在30年前, 就開始收集和統(tǒng)計(jì)工業(yè)事故失效案例, 并建立大型的歷史失效數(shù)據(jù)庫(kù), 其中有名的

8、管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)有AGA, EGIG等, 一些公司也建有自己的歷史失效數(shù)據(jù)庫(kù)。歐洲石油公司公布了1971-1993年該公司輸油管道失效概率, 具體數(shù)據(jù)如下表所示。通用失效概軍表 由于積累了大量的管道失效案例, 各個(gè)歷史失效數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)值相差不大, 一般不會(huì)超過一個(gè)數(shù)量級(jí)。 各失效原因引起的管道失效模式所占比例Ft是不一樣的, 例如：腐蝕引起的絕大部分失效為小泄漏；而地質(zhì)災(zāi)害則有一半為管道破裂。美國(guó)聯(lián)邦應(yīng)急管理中心(FEMA)1999年公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明, 地震引起的管道失效模式為：80%的管道破裂, 20%的管道泄漏。 歷史失效數(shù)據(jù)庫(kù)中統(tǒng)計(jì)得到的各失效概率是針對(duì)代表性的管道的, 如統(tǒng)計(jì)標(biāo)明, 應(yīng)

9、力腐蝕開裂引起的管道失效概率為310-5, 其針對(duì)的代表性管道的屬性如下：管道年齡：20年；管徑：914mm：壓力：6.895MPa；是否易于形成局部腐蝕環(huán)境：一般；管體對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性：一般；壁厚：9.14mm；SMYS：448MPa。 如果被評(píng)價(jià)管道與上述屬性有較大差異, 則通過Fa來修正。 2.2 管道失效后果的計(jì)算 管道泄漏后果大小影響因素眾多, 有泄漏介質(zhì)屬性、泄漏量大小及泄漏點(diǎn)環(huán)境等, 泄漏之后的事態(tài)發(fā)展可用事件樹來進(jìn)行分析, 圖2所示的事件樹以天然氣管道為例。 圖2 天然氣管道泄漏事件樹 如圖2所示, 天然氣管道泄漏后, 有4種后果模式。各種后果模式所導(dǎo)致的后果大小是不一樣

10、的, 以VCE+VC模式為最。各后果模式所占比例也是變化的, 主要與管道失效模式及管道周圍的土地用途有關(guān), 風(fēng)向及風(fēng)速也有一定影響。最后的比例也是可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的。 各后果模式最后的影響可以分為人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失, 危險(xiǎn)液體管道還需要考慮環(huán)境破壞影響, 每種后果模式造成的各類影響需要分別估算, 并在最后都可以折算為經(jīng)濟(jì)損失大小(單位為元或美元)。 例如：計(jì)算人員傷亡影響, 首先要考慮泄漏量。天然氣的泄漏量與泄漏速率、流速、截?cái)嚅y位置和緊急響應(yīng)時(shí)間有關(guān)。已有一些經(jīng)驗(yàn)公式可以采用。然后根據(jù)圖2中事件相對(duì)的4種后果模式分別作用于人體產(chǎn)生的影響, 主要是火災(zāi)、爆炸、熱輻射、中毒和窒息等對(duì)人體

11、的影響, 結(jié)合各影響因素作用于人體導(dǎo)致死亡的下限值, 計(jì)算得到最后的人員傷亡情況。 2.3 風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算 由于管道各屬性沿管道一直是變化的, 如壁厚、壓力、高程、土地用途等, 所以需要將管道分為多個(gè)管段, 各相鄰的兩個(gè)管段必有一個(gè)屬性不同。根據(jù)上面的計(jì)算, 可以得到每個(gè)管段的失效概率和失效后果, 最后用下式進(jìn)行綜合, 可以得到管段的風(fēng)險(xiǎn)值。 式中, R風(fēng)險(xiǎn)； F失效概率： C失效后果； J各管段； K失效模式(k=1為小泄漏, k=2為大泄漏, k=3為破裂)： L失效原因(內(nèi)腐蝕、外腐蝕、第三方破壞等, L為總數(shù))； M后果類別(人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境影響等)。 風(fēng)險(xiǎn)值的單位為元/kma(元

12、每千米每年), 表示管道每年每千米可能的經(jīng)濟(jì)損失大小。由于管道泄漏造成的人員傷亡所產(chǎn)生的影響最為惡劣。對(duì)于單點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算, QRA還專門提供表征人員傷亡影響大小的指標(biāo)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值(Individual Risk), 表示人員在管道周圍某一點(diǎn)死亡的概率。在英國(guó)、荷蘭等國(guó)家還制定了個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值的可接受標(biāo)準(zhǔn), 這樣就可以很方便地衡量管道的安全性, 管道管理者也可以確定是否需要采取措施來降低風(fēng)險(xiǎn)。 3 QRA實(shí)例 對(duì)某天然氣長(zhǎng)輸管道中一段進(jìn)行QRA分析, 此段管道長(zhǎng)210km, 運(yùn)行壓力6.4MPa, 管徑711mm, 前期收集管道屬性77個(gè), 涉及管道本體、運(yùn)行、環(huán)境和維護(hù)措施等多個(gè)方面。每個(gè)屬

13、性整理為隨著管道里程而變化的格式, 根據(jù)管道各個(gè)屬性將此段管道最后分成241個(gè)管段。計(jì)算得到各管段的風(fēng)險(xiǎn)值后, 以管道中間的兩個(gè)站場(chǎng)處為分隔點(diǎn), 將241個(gè)管段算術(shù)平均, 合并為3個(gè)管段。以站場(chǎng)所在點(diǎn)為分隔是因?yàn)檎緢?chǎng)處有收發(fā)球筒, 方便下一步完整性評(píng)價(jià)工作(內(nèi)檢測(cè)、壓力試驗(yàn)等)的進(jìn)行。合并后, 對(duì)管段排序, 如圖3所示。 圖3 管段風(fēng)險(xiǎn)排序圖 各管段風(fēng)險(xiǎn)值的意義為每年每公里可能的經(jīng)濟(jì)損失大小, 可與歷史狀況對(duì)比, 也可與其他管道對(duì)比。管道檢測(cè)與評(píng)價(jià)工作應(yīng)先在高風(fēng)險(xiǎn)段實(shí)施, 所以建議將來安排檢測(cè)與完整性評(píng)價(jià)工作時(shí), 優(yōu)先順序應(yīng)分別是管段1、管段2, 然后才是管段3。 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值是指?jìng)€(gè)人的年死亡概

14、率, 常被用來衡量風(fēng)險(xiǎn)的絕對(duì)大小。對(duì)管道人口最密集處計(jì)算個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值, 以衡量管道的安全性, 如圖4所示。 從圖4可以看到, 在管道正上方, 風(fēng)險(xiǎn)最大, 具體值為9.810-8/a, 參照國(guó)外風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn), 最嚴(yán)格的為英國(guó)安全衛(wèi)生部規(guī)定的110-6/a, 所以此天然氣管道的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)是可以接受的。此外, QRA提供的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)值(FN Curve)也可作為衡量風(fēng)險(xiǎn)是否可以接受的第二指標(biāo)。 定量風(fēng)險(xiǎn)的最大好處之一是可以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè), 結(jié)合情景分析(What-If分析), 實(shí)現(xiàn)合理的制定風(fēng)險(xiǎn)控制計(jì)劃。對(duì)此天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)如圖5所示, 從圖中可明顯看出風(fēng)險(xiǎn)隨著時(shí)間變化的增長(zhǎng)過程。 圖4 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)圖 圖5 多情景風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè) 從圖5可以看出, 此管道在6年內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)增長(zhǎng)迅速, 此后較為平穩(wěn)。通過仔細(xì)分析, 發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)檫@6年是管道上次檢測(cè)的受益期, 所以建議此管道在6年后開始實(shí)施下一次檢測(cè)。 另外, 情景分析考慮量化后的經(jīng)濟(jì)投入, 可以為多方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較, 在保障管道安全的前提下, 做到最大的投入產(chǎn)出。 4 結(jié)論 QRA是一種管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最新方法, 通過筆者的分析和應(yīng)用, 有以下幾