中國(guó)石油大學(xué)(北京)《石油工程安全技術(shù)》第五章油氣集輸安全技術(shù)

1、石油安全技術(shù)石油安全技術(shù)Pirate Captain油氣集輸安全技術(shù)油氣集輸安全技術(shù)葉迎春目錄第一節(jié)第一節(jié) 石油集輸作業(yè)危險(xiǎn)分析石油集輸作業(yè)危險(xiǎn)分析第二節(jié)第二節(jié) 油田集輸系統(tǒng)安全技術(shù)油田集輸系統(tǒng)安全技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 油氣管道安全技術(shù)油氣管道安全技術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 油庫(kù)、站場(chǎng)安全技術(shù)油庫(kù)、站場(chǎng)安全技術(shù)第五節(jié)第五節(jié) SCADA第六節(jié)第六節(jié) 油氣集輸作業(yè)事故案例分析油氣集輸作業(yè)事故案例分析第三節(jié)第三節(jié) 油氣管道安全技術(shù)油氣管道安全技術(shù)（一）油氣管道安全技術(shù)（二）油氣管道安全設(shè)計(jì)與管理（三）管道泄漏監(jiān)測(cè)（四）油氣管道運(yùn)行安全（五）油氣管道的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)（六）油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)管理（七）油氣管道的完整性管理油

2、氣集輸安全技術(shù)-5（四）油氣管道運(yùn)行安全(1) 原油輸送管道凝管(2) 輸油管道水擊防護(hù)(3) 輸氣管道干燥與置換(4) 天然氣水合物油氣集輸安全技術(shù)-6(1) 凝管事故危害 造成全線停輸，影響整個(gè)油田、煉制企造成全線停輸，影響整個(gè)油田、煉制企業(yè)的正常生產(chǎn)；業(yè)的正常生產(chǎn)； 原油長(zhǎng)輸管道最為嚴(yán)重的事故之一。原油長(zhǎng)輸管道最為嚴(yán)重的事故之一。油氣集輸安全技術(shù)-7凝管事故原因 管道結(jié)蠟較厚 較低油溫（加熱爐故障、保溫效果差及熱能損失大等） 輸量達(dá)不到管道最低允許輸量（設(shè)計(jì)偏大、正反輸工藝不合理） 管道長(zhǎng)時(shí)間停輸（停輸或動(dòng)力設(shè)備故障） 長(zhǎng)期沒有進(jìn)行清管的管道油氣集輸安全技術(shù)-8凝管事故處理 初始凝管狀態(tài)

3、初始凝管狀態(tài)時(shí)，可采取升溫加壓的方法頂擠。方法是啟動(dòng)所有泵站的加壓設(shè)備和加熱設(shè)備，在管道技術(shù)條件允許的最高壓力和溫度下，用升溫加壓后的熱油頂擠和置換凝結(jié)的冷油。 管道在開孔泄流后，管道內(nèi)的外輸量仍繼續(xù)下降，管道將進(jìn)入凝結(jié)階段凝結(jié)階段。對(duì)于這種情況，可采用在沿線管道上開孔、分段強(qiáng)制擠壓的方法排除管道內(nèi)凝油。油氣集輸安全技術(shù)-9水擊現(xiàn)象及危害 在密閉的輸油管道上，當(dāng)油品突然停止流動(dòng)時(shí)，會(huì)將液體流動(dòng)的動(dòng)能迅即地轉(zhuǎn)化為壓能。例如，故障下閥門的突然關(guān)閉，會(huì)在該處引起壓力的急劇升高，這種動(dòng)能與壓能急劇轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象稱之為“水擊”。油氣集輸安全技術(shù)-10壓力波的傳遞水擊的危害 管道壓力升高或降低，導(dǎo)致管道喘振；

4、 破壞管道，導(dǎo)致輸送介質(zhì)泄漏，發(fā)生次生災(zāi)害； 損壞輸油設(shè)備； 影響正常輸送工藝；油氣集輸安全技術(shù)-11油氣集輸安全技術(shù)-12油氣集輸安全技術(shù)-13水擊防護(hù)(1) 在沿線進(jìn)站管道上安裝活塞式或膠囊式安全閥，當(dāng)進(jìn)站壓力超過預(yù)定值時(shí)，安全閥會(huì)自動(dòng)開啟向事故油罐泄壓；(2) 設(shè)計(jì)安裝氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，當(dāng)因突然停電等因素引起水擊時(shí)，調(diào)節(jié)閥可迅速開啟，使管道及時(shí)向事故油罐泄壓；(3) 攔截壓力波。即下游站由于事故突然停輸或關(guān)閉時(shí)，立即用通訊的方式通知上游站，使其在水擊壓力波傳到之前采取措施降低出站壓力。例如，關(guān)閉閥門、調(diào)節(jié)流量或停止部分輸油泵等，使管道內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓力波以攔截下游傳來的正壓力波，避免管道超壓

5、；(4) 高點(diǎn)保護(hù)。油氣集輸安全技術(shù)-14輸氣管道干燥與置換 新建成的天然氣管道應(yīng)經(jīng)過吹掃、試壓合格，設(shè)備、流程全線試運(yùn)。 天然氣管道在投運(yùn)前還必須經(jīng)過全線置換合格才能轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。 除水裝置油氣集輸安全技術(shù)-15水合物形成的原因天然氣中水的存在；高壓和低溫；結(jié)晶中心的存在；已形成管道：未脫水的天然氣、海底管道或低溫地區(qū)管道。油氣集輸安全技術(shù)-16水合物防止措施脫水；加熱輸送；降壓輸送；加抑制劑或防凝劑；油氣集輸安全技術(shù)-17(五) 油氣管道的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)油氣集輸安全技術(shù)-18腐蝕分類（機(jī)理） 物理腐蝕物理腐蝕單純的物理溶解Fe 在熔融Zn中的變薄 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕金屬與非電解質(zhì)的純化學(xué)作用A

6、l、Mg、Na在甲醇、CHCl3中 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕金屬與導(dǎo)電介質(zhì)的電化學(xué)作用Fe： Fe2+2e油氣集輸安全技術(shù)-19管道腐蝕防護(hù) 各種防腐管材各種防腐管材 防腐層防腐層 陰極保護(hù)系統(tǒng)陰極保護(hù)系統(tǒng) 緩蝕劑及殺菌劑緩蝕劑及殺菌劑 表面處理技術(shù)表面處理技術(shù)油氣集輸安全技術(shù)-20管道腐蝕檢測(cè) 壓力實(shí)驗(yàn)壓力實(shí)驗(yàn)建設(shè)年代較早管道 內(nèi)檢測(cè)內(nèi)檢測(cè)幾何形狀異常（凹陷、橢圓變形、位移等）測(cè)徑器金屬損失（腐蝕、劃傷）漏磁（MFL） 裂紋超聲波 外檢測(cè)外檢測(cè)外防腐層質(zhì)量局部開挖局部開挖：泄漏電阻測(cè)量法、絕緣電阻率測(cè)量法、破損點(diǎn)檢漏技術(shù)等不開挖不開挖：密間距電位測(cè)量法、交流電流衰減測(cè)量法、電位梯度法、Pears

7、on法、瞬變電磁法等 壁厚測(cè)量壁厚測(cè)量油氣集輸安全技術(shù)-21(六) 油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)管理1 風(fēng)險(xiǎn)管理理念2 世界各大管道公司風(fēng)險(xiǎn)管理介紹3 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)油氣集輸安全技術(shù)-22什么是風(fēng)險(xiǎn)管理 風(fēng)險(xiǎn)管理是完整性管理的重要內(nèi)容，主要是通過增加管線的可靠性，確保安全質(zhì)量為前提而采取的一項(xiàng)以效益最大化、花費(fèi)最小化為目的的一種最優(yōu)管理方式。 風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)可解決如下問題： 確定風(fēng)險(xiǎn)源 確定管道維修花費(fèi)的主要需求 幫助建立合理的操作規(guī)程 監(jiān)控管線狀況的改變 不斷改善降低管道風(fēng)險(xiǎn) 削弱風(fēng)險(xiǎn)源的影響，降低損失 消除誤操作油氣集輸安全技術(shù)-23管道風(fēng)險(xiǎn)管理產(chǎn)生的背景 二十世紀(jì)70年代，美國(guó)在二戰(zhàn)以后興建的大量油氣輸送管

8、道逐步進(jìn)入老齡階段。 如何最大限度地減少油氣管道的事故發(fā)生頻率，如何使這些步入老齡期的油氣管道的使用壽命得以延長(zhǎng)，便成為各管道公司關(guān)注的技術(shù)焦點(diǎn)。 美國(guó)部分管道管理研究機(jī)構(gòu)便開始嘗試運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)來評(píng)價(jià)油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)性。 墨菲(Murphy)提出一個(gè)著名定律油氣集輸安全技術(shù)-24風(fēng)險(xiǎn)管理給人們的啟示 墨菲(Murphy)的一個(gè)著名定律是：順其自然，事物將永遠(yuǎn)由好向壞的方向發(fā)展。Left to themselves, things will always go from bad to worse. 該定律是熱力學(xué)第二定律所描述的一種普遍自然現(xiàn)象的形象比喻。油氣集輸安全技術(shù)-25管道面

9、臨的危險(xiǎn)性主要因素 管道設(shè)計(jì)施工缺陷主要由設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)引起 管道內(nèi)外腐蝕 腐蝕引起 管輸介質(zhì)超壓主要由操作運(yùn)行和設(shè)備故障引起 第三方破壞主要由管道沿線的居民和企業(yè)引起 自然災(zāi)害偶然性危險(xiǎn)事件油氣集輸安全技術(shù)-26普通事故率曲線（“浴盆”曲線）管道事故率與時(shí)間的關(guān)系曲線四川地區(qū)輸氣管道事故次數(shù)與管道運(yùn)行時(shí)間分布圖油氣集輸安全技術(shù)-27發(fā)生事故的條件 上圖所示表明：四川輸氣干線歷年管道事故統(tǒng)計(jì)曲線實(shí)際上就是一個(gè)近似的“浴盆”曲線，基本上符合由高事故率到穩(wěn)定事故率，再到磨損階段的一般工業(yè)裝置事故統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 歷史事故發(fā)生率在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中具有重要的定性判斷作用。 利用該“浴盆”曲線，管道評(píng)價(jià)人員只要將被

10、評(píng)價(jià)管道系統(tǒng)對(duì)應(yīng)到曲線的某一階段，即可判斷被評(píng)價(jià)管道系統(tǒng)可能發(fā)生哪些類型的事故。油氣集輸安全技術(shù)-28發(fā)生事故的后果 所有事故所造成的后果一般可從人身安全、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境影響和信譽(yù)損失等四個(gè)方面的損失來考慮。油氣集輸安全技術(shù)-29如何預(yù)防災(zāi)害損失 管理者對(duì)所經(jīng)營(yíng)管道的完好程度心中有數(shù)，合理地分配維護(hù)資金。 變管道的盲目維修為預(yù)知性維修是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)在預(yù)防災(zāi)害損失方面的重要貢獻(xiàn)。 最佳風(fēng)險(xiǎn)管理的思想。油氣集輸安全技術(shù)-30如何預(yù)防災(zāi)害損失風(fēng)險(xiǎn)投資理論成本優(yōu)化關(guān)系油氣集輸安全技術(shù)-31為什么要實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理(1) 提高管理者的決策水平(2) 減少突發(fā)性災(zāi)難事故的發(fā)生(3) 提高生產(chǎn)設(shè)備的使用效益(4

11、) 增強(qiáng)操作人員的安全信心(5) 減少環(huán)境污染(6) 提高綜合經(jīng)濟(jì)效益油氣集輸安全技術(shù)-322 世界各大管道公司風(fēng)險(xiǎn)管理介紹油氣集輸安全技術(shù)-33(1) 加拿大管道風(fēng)險(xiǎn)管理的發(fā)展歷程 在1993年召開的管道壽命專題研討會(huì)上與會(huì)人員達(dá)成了開展以下專題研究的共識(shí)： - 開發(fā)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則 - 開發(fā)管道數(shù)據(jù)庫(kù) - 建立可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平 - 開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工具包 - 有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的教育研究油氣集輸安全技術(shù)-34 加拿大管道風(fēng)險(xiǎn)管理的發(fā)展歷程 1994年在Banff召開的管道完整性管理專題研討會(huì)上又形成了如下兩項(xiàng)決議： - 成立監(jiān)督開發(fā)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的指導(dǎo)委員會(huì) - 支持風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)Banff

12、會(huì)議還制訂了近五年的重要活動(dòng)進(jìn)程計(jì)劃。油氣集輸安全技術(shù)-353 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)油氣集輸安全技術(shù)-36(1) 起源于美國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)管理 美國(guó)從本世紀(jì)七十年代開始進(jìn)行油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析方面的研究工作，并很快在許多管道公司進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，到九十年代初期美國(guó)的許多油氣輸送管道都采用了風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)來指導(dǎo)線路維護(hù)工作。 管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè), W. . Muhlbauer， 海灣出版公司1992年第一版， 1996年第二版 到目前為止，該書所介紹的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型仍是世界各國(guó)普遍采用的唯一模型。油氣集輸安全技術(shù)-37(2) 風(fēng)險(xiǎn)的定義 定義表達(dá)式風(fēng)險(xiǎn)值 = 發(fā)生事故的概率 事故損失后果 整體風(fēng)險(xiǎn)的定義整體風(fēng)險(xiǎn)值 = （發(fā)

13、生單個(gè)事故的概率 事故損失后果） 油氣集輸安全技術(shù)-38(3) 管道分段細(xì)化管理原則 最恰當(dāng)?shù)墓艿婪侄卧瓌t是，只要出現(xiàn)重要的變化，就應(yīng)在那里插入分段點(diǎn)。 評(píng)價(jià)人員必須根據(jù)其變化的重要性和變化頻率來區(qū)別評(píng)價(jià)項(xiàng)的重要性等級(jí)。 管道的狀態(tài)重要性等級(jí)可按如下劃分：人口密度泥土條件涂層狀況管道使用年齡油氣集輸安全技術(shù)-39管道分段示意圖 下圖表示一條按人口密度和和泥土狀況來劃分管段的管道，此分段法可供我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用時(shí)借鑒參考。油氣集輸安全技術(shù)-40(4) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法定性油氣集輸安全技術(shù)-41定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)率=（評(píng)分指標(biāo)總和）（泄漏影響系數(shù)） 評(píng)分指標(biāo)總和=（第三方破壞評(píng)分指標(biāo)）+（腐蝕評(píng)分指標(biāo)

14、）+（設(shè)計(jì)評(píng)分指標(biāo)）+（誤操作評(píng)分指標(biāo)） 泄漏影響系數(shù)油氣集輸安全技術(shù)-42定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定量油氣集輸安全技術(shù)-43(5) 失效概率估算模型建立油氣集輸安全技術(shù)-44 Kylinsoft, 2010失效概率估算模型建立油氣集輸安全技術(shù)-45結(jié)構(gòu)可靠性模型思路油氣集輸安全技術(shù)-46(6) 失效后果估計(jì)模型建立油氣集輸安全技術(shù)-47災(zāi)害模型油氣集輸安全技術(shù)-48災(zāi)害發(fā)生模型輸氣管線：輸油管線：油氣集輸安全技術(shù)-49急性災(zāi)害特征模型油氣集輸安全技術(shù)-50長(zhǎng)期災(zāi)害特征模型油氣集輸安全技術(shù)-51(7) 風(fēng)險(xiǎn)矩陣 將評(píng)價(jià)管段按風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行分類，用戶可以方便地根據(jù)評(píng)價(jià)值所處矩陣單元的位置來判斷哪部分管段需進(jìn)行

15、詳細(xì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，哪些管段無(wú)需作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。等級(jí)等級(jí)失效頻率失效頻率后果后果5 50-0.50-0.5年發(fā)年發(fā)生一次生一次MMMMMMH HH H4 40.5-30.5-3年發(fā)年發(fā)生一次生一次L LMMMMMMH H3 33-153-15年發(fā)生年發(fā)生一次一次L LL LMMMMMM2 215-5015-50年發(fā)年發(fā)生一次生一次L LL LL LMMMM1 1大于大于5050年發(fā)年發(fā)生一次生一次L LL LL LL LMM失效后果失效后果無(wú)影響無(wú)影響輕微輕微影響影響局部局部影響影響較大較大影響影響重大重大影響影響后果等級(jí)后果等級(jí)A AB BC CD DE E油氣集輸安全技術(shù)-52(七) 油氣管道的完整

16、性管理概念對(duì)比 RBI ( Risk Based Inspection) 基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè) RCM ( Reliability Centered Maintenance)以可靠性為中心的維護(hù) SIL(Safety Integrity Level)安全完整性等級(jí)評(píng)估 MI ( Mechanical Integrity )設(shè)備完整性 PIM(Pipeline Integrity Manager)管道完整性油氣集輸安全技術(shù)-53油氣集輸安全技術(shù)-54管道完整性管理的理念 為了保障日益膨脹的油氣管道系統(tǒng)的安全性，經(jīng)過近幾十年的實(shí)踐，形成了管道完整性管理技術(shù)。 始于20世紀(jì)70年代的美國(guó)： 剩余強(qiáng)度與剩余

17、壽命 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 內(nèi)檢測(cè) 至今取得豐碩成果，成為保障油氣管道安全性的重要舉措。油氣集輸安全技術(shù)-55管道完整性管理的理念 “完整性”定義一種未受損壞的條件 管道完整性的定義 管道在物理上和功能上是完整的管道處于安全可靠的工作狀態(tài)管道始終處于受控狀態(tài) 管道完整性管理PIM對(duì)所有影響管道完整性的因素進(jìn)行綜合的、一體化的管理油氣集輸安全技術(shù)-56管道完整性管理的理念 管道完整性管理原則在設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行新管道系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)融入管道完整性管理的理念和做法明確管道完整性管理的職責(zé)、建立管理流程、配備必要的手段 對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行分析整合結(jié)合管道的特點(diǎn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的完整性管理 采用各種新技術(shù) 油氣集輸安全技術(shù)-57

18、管道完整性管理的理念要點(diǎn)識(shí)別和分析實(shí)際的和潛在的能夠?qū)е鹿艿朗鹿实囊蛩胤治龉艿朗鹿实目赡苄约拔：Τ潭忍岢鼍C合的、完整的分析和降低風(fēng)險(xiǎn)措施的方案 提出建設(shè)性的、易于交流的選擇和執(zhí)行降低管道風(fēng)險(xiǎn)的方法 以提高管道運(yùn)行安全性為目標(biāo)，建立和跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行情況危險(xiǎn)辯識(shí)資料收集、分析和整合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估所有因素評(píng)估完整性檢測(cè)與評(píng)價(jià)對(duì)策未完成已完成油氣集輸安全技術(shù)-58與傳統(tǒng)管道安全管理的區(qū)別以前的做法以前的做法應(yīng)對(duì)應(yīng)對(duì)從事故到事故從事故到事故事故事故管道安全管道安全（完好性）（完好性）檢查檢查改進(jìn)或改進(jìn)或制訂計(jì)制訂計(jì)劃劃沒有沒有事故事故不更新不更新計(jì)劃計(jì)劃事故事故新方法新方法預(yù)防預(yù)防無(wú)事故無(wú)事故無(wú)事故無(wú)事故管道完整性管管道完整性管理系統(tǒng)理系統(tǒng)管道完管道完整性審整性審查查計(jì)劃計(jì)劃無(wú)事故無(wú)事故油氣集輸安全技術(shù)-59完整性管理 為了維持管道的完整性，必須進(jìn)行一系列的管理活動(dòng)：壽命設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)預(yù)防性維護(hù)運(yùn)行維護(hù)規(guī)劃質(zhì)量控制與保證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)泄漏檢測(cè)油氣集輸安全技術(shù)-60完整性評(píng)價(jià)方法 壓力試驗(yàn)新建管道與時(shí)間有關(guān)的因素有：外腐蝕、內(nèi)腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂以及和其