《海底管道第三方破坏失效原因分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海底管道第三方破坏失效原因分析（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、海底管道第三方破坏失效原因分析王茜王学超王志成赵建平 南京工业大学机械与动力工程学院摘要：腐蚀、波流冲刷、第三方破坏、海床运动是海底管道失效的主要原因。随着社会的发 展，人类生活空间的外延，第三方破坏事故逐年增加。因此，第三方破坏已经成为人们现在 非常关心的问题。本文着重分析第三方破坏致使海底管道失效的各种原因。 关键词：海底管 道第三方破坏失效原因Cause Analysis for the Thirdparty Damage of SubmarinePipelineWang Qian Wang Xueehao Wang Zhicheng Zhao JianpingCollege of Me
2、chanical and Power Engineering，Nanjing University ofTechnologyABSTRACT Submarine pipeline often loses its function primary because of corrosion，scour， mechanical damageAlong with societyS developing and peopleS life space extension，the accidents of the third-party damage are increasingTherefore，the
3、third-party damage is the problem which isconcerned by peopleSome kinds of failure causes of the third-party damage are analyzed in thePaper KEY WoRDS Submarine pipeline Third巾a啊damageFailure causes1引言海底管道作为一种输送流体的工具，具有连续、快捷、输送量大等诸多优点，自从1954 年Brown&Root公司在美国墨西哥湾铺设第一条海底管道以来，在近半个世纪里，世界各国 铺设的海底管道总长度已达十
4、几万千米，世界上的海上大型油气田，如伊朗的沙山油田、挪 威海域的埃菲斯克油田和英国海域的福蒂斯油田等均采用海底管道进行原油集输。阿尔及利 亚的穿越地中海到西西里岛的三条输气管线，管长2600公里，水深560米，并穿越Meena海 峡，最深处达603米【11。在海底管道应用迅猛发展的过程中，海底管道的安全问题始终为人们所关注。海底管道 失效不仅会造成海上油气田停产、原油污染海洋环境，而且还会影响油气被供应方的正常生 产和生活。同陆上管道相比，海底管道运行风险更大，失效概率更高，这主要与其工作环境 条件恶劣密切相关。Arnold对美国密西西比河三角洲19581965年间海底管道失效事故进行了统计f
5、2】发现海203床运动和波流冲刷是海底管道失效的主要原因。它们所引起的海底管道失效占总失效的362，这与该海域水深较浅以及海底地质松软有关。腐蚀和第三方破坏是海底管道失效的次要 原因。第三方破坏包括锚和其它不明物体造成的海底管道破坏，它们分别占总失效的292 和266，其它原因引起的海底管道失效占8。Demars等对USGC(USGeological Survey) 记录的19671975年间墨西哥湾海底管道事故进行分析发现腐蚀、波流冲刷、第三方活动和海床运动是引起海底管道失效的主要原斟引。由以上相关资料可以看出，第三方活动虽然不是造 成海底管道失效的主要原因，但是其对海底管道的失效也会产生一
6、定的影响。因此，对第三 方破坏引起的海底管道失效的研究还是有必要的。2第三方破坏失效原因分析第三方破坏是指由于第三方的海上活动导致海底管道发生的破坏。当海底管道位于渔业 活动区、航道区或海上工程施工范围区内时，若埋设不深或由于波流冲刷而裸露出海底时， 很容易受到渔网拖挂、航锚和船上落物撞击作用。另外位于海上工程施工范围内的管道以及 平台附近的管道部分受施工和平台上落物撞击作用的危险性也比较大。这些作用都将使管道 受到一定程度的损伤，严重时会造成管道断裂。此外，地震对海底管道的影响也很严重，在 海上地震会引起海啸。地震发生时，海底管线的地基土壤及覆盖层土壤，均要发生变形，因 而使海底管线遭受破坏
7、。下面分别描述第三方破坏的各个失效原因：21渔业活动 渔业活动是海洋活动中不可避免的一种活动，如果海底管道穿越渔业繁忙区域，那么在海底管道沿线附近捕鱼、撒网、收网、抛锚、收拖锚等渔业活动都可能对海底管线产生很大 的威胁。这些影响因素包括：211锚击 所谓锚击是指海上船舶抛锚时，锚撞击到海底管线上所引起的损伤。包括：抛锚、收锚、拖锚。在港口和海湾等保护区内，风、波浪、潮流等环境的影响相对小一些，于是锚击造成 对近岸海底管线的影响，就成为管线失效的主要原因。锚击对海底管线造成的损伤，主要表 现为：a管线外部混凝土配重层损坏； b管线局部因撞击而被压扁： c管线受撞击局部破损开裂； d撞击超过管线允
8、许强度而断裂。(1)抛锚 抛锚是海底管线事故的重要原因。这主要是由于船锚无意中抛跨海底管线。在一些紧急情况下，也会出现临时抛锚。抛锚对海管的危害主要决定于锚的尺寸、锚的重量、锚入土深度、管线掩埋广保护状况。抛锚对海底管线的危害分为：水泥保护层的破坏、凹痕、刺破和撕 裂等几种情况。(2)拖锚 拖锚就是在船舶抛锚之后，锚在水底被拖动的一段距离。一般来说，拖锚的距离在五十到一百米之间，具体长度还要看船只和锚的大小以及船只拖锚时的速度。如果在锚拖动的路 径上有海底管线，那么管线的外壁会受到破坏，一种情况是管线局部会被扣住并且凹进或者 由于弯曲而内部超压(当锚的力量足够使管线发生侧向移动时)。另外一种情
9、况是被拖的锚可 能先勾在管道上，当收锚时破坏管线。(3)收锚一抛锚时锚爪力大于管道承载力，或者是管道由于海流的冲刷致使管道埋深不足，使得锚 勾到管道上，收锚时就会对管道造成破坏，严重时会导致管道泄漏，造成海洋污染和经济损 失。212渔网 撒网和收网也会对海底管道造成破坏。拖网船是对海底管线的最大危险，拖网板、拖网梁、捞网、编网、铰链等捕鱼设备的损害影响可以分为缠绕，冲撞，托拽过程。冲撞主要是 破坏管线的防护层。(1)撒网 撒网对海底管道的破坏与抛锚有一些类似。在海底管道沿线附近撒网，有可能会缠绕到管道，另外如果海底管道埋深不足，撒网时渔网上的铰链撞击管道，同样会使之破坏。 (2)收网如果在撒网
10、时已经对海底管道产生了一定的破坏，那么收网时的拖拽力过大就会对管道 产生更大的破坏。严重时会导致管道泄漏。213沉船 在海底管道路由区域内，渔船出现事故下沉，虽然这种情况发生的概率比较低，不过一旦发生，管道承受过大的载荷，会使海管破坏。因此，沉船这种情况也应该考虑在内。22航道作业 在海底管道路由区域内有船只行驶也会造成管道破坏。造成管道破坏有以下几种原因： (1)锚击：(2)沉船、搁浅； (3)管道与未交叉航道的最小水平距离小： (4)管道与航道交叉位置处的管道埋深小； (5)船舶通过管道路由区域的频率高。205由以上这些原因可以看出，航道作业引起的海底管道破坏与渔业活动引起的破坏大致相 同
11、。23坠落物体 在海底管道沿线附近过往的船只或者作业船只掉下的落物同样会造成海底管线的破损。例如，对海底电缆的维护、建设新的海底管线、修建新的海港的有关船只都会有落物的可能， 而且落物的种类主要是建筑管材、各种容器以及建设维护设备。如果海底管道埋深不足、承 载能力不够、或者管道本身就存在缺陷，那么坠落物体就会造成管道的破坏，严重时会导致 管道泄漏，造成严重的经济后果。24地震 虽然地震发生的概率比较低，但是一旦发生地震，也会造成海底管道破坏。海底管道震害的实际结果表明f4】，管道的破坏主要源于地震时的地表变形和地面运动。前者包括断层错动、土地液化、河岸滑坡等，在发生地表变形处，管道震害率明显升
12、高。后者主要指地震波在土 壤中的传播过程，后者主要指地震波在土壤中的传播过程。在地震作用下，海底管道的破坏形式，主意有三种基本类型： (1)管道接口破坏：(2)管体的纵向或环向裂缝，通过断层的管体或小口径管，锈蚀严重管的折断；(3)在三通、弯头、阀门以及管道地下构筑物连接处的破坏。 在这三种类型的破坏中，以管道接口破坏最为常见和普遍。3 海底管道第三方破坏失效故障树分析上述这些因素，对第三方破坏的影响是不完全等同的，即各因素对第三方破坏来说其重 要度是不同的，对各因素的重要度分析通常采用故障树分析法(FTA法)。故障树分析是一种对复杂系统进行可靠性预测的方法，是研究系统或装备发生故障这一 事件
13、的各种直接和间接原因(事件)，并在这些事件之间建立逻辑关系，从而确定系统故障原 因的各种可能组合方式或发生概率的一种可靠性、安全性分析和风险评价的方法。31故障树建立 根据顶事件确定原则，故障树的顶事件为“第三方破坏严重”。海底第三方破坏严重主要包括： 航道作业造成破坏、渔业活动造成破坏、坠落物体造成破坏以及地震造成破坏。同样，以这 四个原因作为次顶上事件，进行至上而下分析，建立海底管道第三方破坏失效事故树，其结 构如图1所示。206匦避轻鹭餐镁煅臀挈5恹 拣_【匝图1中各符号的含义在表1中分别列出。表l故障树图中符号定义事件编号 事件名称 事件编号 事件名称A航道作业造成破坏 X波流冲刷严重
14、3B渔场作业造成破坏 X惯性力过大tC坠落物体造成破坏 X与管道水平距离过小sD地震造成破坏 X 6 施工缺陷E沉船 X， 初始缺陷F锚击x 管材抗腐蚀性差G撒网X管线强度设计不合格9H收网Io锚爪力I承载能力不够 Xll 锚入土深度J管线埋深 X12 拖拽力大K抛锚X13 惯性力过大L拖锚 14拖拽力大M收锚X15 惯性力大 Xl 设计有缺陷 X16 地震烈度高X2自埋效果差 X17 地震范围与管线水平 距离过小32FTA定性分析 由Semanderes算法运算，该故障树的最小割集为：T=XLXkx sx、七x Lx kx￥x1七x LxX sx七x、x、x，xj七Xx、x、x 6七xtX、
15、x￥x1七XXlx￥X七xtx、x￥x q+X3XX sX 6+x3XX sxl+XjXx sX s+X3XX sX 9 +xllo+x2Xlo+X3xlo托七x、X 6X、，七X、X1X、s七X、x譬X、s七xLX9XLsx 2x 6Xs+x 2X1X Ls+X2XXIs七X2X 9x Ls+X 3X 6X Ls七X 3X1Xs+X3XXs+X 3X 9X Ls+XIX 6X16X L，+X LXlxl6X1+XIX8X16X11+X LX9X L6X11 七xtx_x uIxn七xtXlx恬x1七xtx分Xu6xn七Xtx qx幅Xn+X 3X 6X-X、1+X 3X1x悔X1+X3X各X
16、u6Xn+xjx 9X掩Xn(、11各基本事件的结构重要度如表2。208表2结果重要度计算结果事件编号 事件名称 结构重要度 事件编号 事件名称 结构重要 度Xl 设计有缺陷 01493 lo锚爪力 01406X2自埋效果差 01496 Xll 锚入土深度 0X3波流冲刷严重 01496 X12 拖拽力大 OX 惯性力过大 00129 x13 惯性力过大 O0178X s与管道水平距离过小01050 X14 拖拽力大 00178x l施工缺陷 O0155 X15 惯性力大 O。1174X， 初始缺陷 00155 X16 地震烈度高 00391X8管材抗腐蚀性差 O0152 地震范围与 X 9管线强度设计不合格00155 X17 管线水平距 0039l离过小4结论由以上海底管道第三方破坏结果重要度结果可以看出，自埋效果差、波流冲刷严重是第 三方破坏致使海底管道失效的主意原因。其次是管线设计有缺陷以及锚爪力。地震虽然对海 底管道的破坏也
