基于风险的油气长输管道完整性管理

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1、基于风险的油气长输基于风险的油气长输 管道完整性管理管道完整性管理中国石化集团公司安全工程研究院中国石化集团公司安全工程研究院目 录 第一部分：概述第一部分：概述第二部分：基于风险的管道完整性管理第二部分：基于风险的管道完整性管理第三部分：管道完整性管理实施案例第三部分：管道完整性管理实施案例第一部分第一部分概概 述述内容：内容：国内外油气长输管道分布及发展国内外油气长输管道分布及发展油气长输管道失效分析油气长输管道失效分析一、国内外油气长输管道分布及发展一、国内外油气长输管道分布及发展发展概况： 管道已成为油气运输的重要方式，在工业国家的社会运输中占有重要地位，已成为五大运输方式的重要组成；

2、 至2003年，全世界已建成原油、天然气和成品油干线管道 188104km，其中美国80.7104km，俄罗斯22.1104km。 欧美国家原油的大部分，天然气的全部是利用管道输送， 成品油管道运输基本取代了铁路运输； 管道运输技术已达到成熟，从设计、施工技术与装备、管 材与制管技术、主要的工艺设备、管道防腐、自动化与监控 等方面，均能适应任何复杂条件下大型管道建设需要。中东地区南 美北 美非 洲亚 洲欧 洲 独联体中 美数据取自A. Cosham “THE ASSESSMENT OF PIPELINE DEFECTS” 2003 （管道缺陷的评价）全球油气长输管道分布概况全球油气长输管道分布

3、概况发展趋向 天然气将成为21世纪全球能源可持续发展的主要选择； 未来天然气管道建设的重点地区是亚洲和太平洋地区； 管道建设技术向着长运距、大口径、高压力、网络化、逐 步形成大型供气系统方向发展。中国油气管道发展及未来中国油气管道发展及未来管道运输发展概况： 至2003年，油气管道累计长度45865km，其中原油管道 15915km，天然气管道21299 km，成品油管道6525 km，海 底管道2126 km； 大型管道工程达到了同期世界先进水平 设计计算机化和各种运行工况的预先模拟，应用卫星 遥感、数据成像技术，GIS系统、GPS系统结合工程物探进 行管道选线 管输工艺过程控制广泛采用SC

4、ADA系统 ，管道运行管 理由各线单独控制分散性管理，向集中控制管理方向发展存在的主要问题 天然气工业发展缺少战略性研究，没有建立起合理的运 价体系； 成品油管道建设严重滞后于油品运输需要； 高粘易凝原油管道输送理论不成熟、能耗高； 管道安全保障没有形成系统有效的控制能力； 计量仪器仪表精度低； 天然气储存基础设施和能力落后； 海底管道设计、施工、检修技术有待发展； 管道气液多相混输技术缺乏理论和方法。未来发展未来发展中国油气资源： 我国石油地质资源量940108t，其中陆上694108t，海域为246108t，最终石油可采资源量140108t，石油资源主要分布在东部、西部和海域地区； 我国天

5、然气总资源量为53万亿立方米； 与我国邻近的俄罗斯、中亚、中东和亚太地区是世界天然气主要产地和出口地，是我国可利用的境外资源。未来需求 到2020年国内石油需求量达到4.2108t4.5108t，天然气需求量达到2000108m3，占整个能源构成的10%，其中发电用气和城市燃气增长最快，约占总量的1/3； 据石油输出国组织提供的数据，在目前世界能源消费构成中，天然气大约占21%，到2025年，这一比例将上升到近30%； 2002年全球液化天然气需求量1.1亿吨，国际天然气协会预测2010年，需求量将达到2.3亿吨，届时，中国液化天然气消费量将达到2000万吨。二、油气长输管道失效分析二、油气长

6、输管道失效分析油气长输管道事故统计： 欧洲输气管道事故数据组织（EGIG）：1970-2004年，管线平均失效概率以及每前五年的管线平均失效 概率总体上呈逐年下降趋势；管线失效频率从1970年的0.87次/1000km-yr逐年下降至2004年 的0.41次/1000km-yr；欧洲输气管道失效因素有：外部影响、施工和材料缺陷、腐蚀 、地层运动、带压维修失误及其它未知原因，分别占49.7%、16.7% 、15.1%、7.1%、4.6%、6.7%，外部影响是导致气体泄漏的主要原 因，其次为施工或材料缺陷。 前苏联：每1000公里年的失效频率由1981年的0.71次/1000km -yr逐年下降到

7、1990年的0.26次/1000km-yr ；腐蚀、焊接和管材缺陷、外部干扰是排在前三位的 失效原因，分别占总数的39.9%、16.9%、10.8%。美国运输部（DOT）： 各种失效原因分为五大类，分别是：外力、腐蚀、焊接和材 料缺陷、设备和操作及其它； 外力是第一位的，约占失效总数的43.6%；其次是腐蚀，占 22.2%；设备和操作居第三位，占15.3%；焊接和材料缺陷引起 的失效较少，约占8.5%。加拿大： 19751982年事故率为2次/1000公里年； 大部分为泄漏，断裂事故发生较少。油气管道的主要失效模式油气 管道 主要 失效 模式断裂过量变形表面损伤脆性断裂：低温脆断、应力腐蚀、氢

8、致开裂韧性断裂疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、腐蚀疲劳等腐蚀：内腐蚀（输送介质引起）、外腐蚀（外部环境引起）机械损伤：表面划伤、凹坑等过载引起的鼓胀、屈曲、伸长，外力引起的压扁、弯曲等典型失效案例典型失效案例 迄今为止，破裂裂缝最长的管道失效事故是1960年美国的 Trans-Western公司的一起输气管道脆性破裂事故，这条管道 管径30in，钢级X56，裂缝长度达13km； 损失最惨重的是1989年前苏联乌拉尔山隧道附近的输气管道 爆炸事故，烧毁两列列车，伤亡1024人（其中约800人死亡） ； 1965年美国路易斯安纳州发生一起严重的输气管道爆裂事故 ，当场炸死17人，钢管爆裂8m； 19

9、95年7月29日，加拿大TransCanada公司的一条干线输气管 道，在Manitoba附近发生爆炸，造成三条天然气管道输气中断，爆炸产生的火球在30英里以外都可看见。1994年美国新泽西州发生了天 然气管道破裂泄漏着火事故， 400500英尺高的火焰毁坏了 8幢建筑。破裂处曾发生过机 械损伤，壁厚减薄。1999年美国华盛顿发生一起汽油管 道破裂事故，25万加仑汽油流入河 中并着火燃烧，导致3人死亡。破裂 是从有机械损伤处开始的。内检测 曾检测出此缺陷，但未及时处理。事故前事故后2000年8月美国新墨西哥州发生天然气管道爆炸着火事故，造成 12人死亡。这段管线于1950年建造，在破裂处可以发

10、现明显的 内腐蚀缺陷。2004年7月30日，比利时布鲁塞尔以南40 公里处发生一起天然气管道爆炸着火事故 ，造成21人伤亡。管道钢级为X70，管径 36”,壁厚10mm。系第三方损伤引起。损伤尺寸为长280mm、深7mm，损伤处剩余壁 厚3mm。第二部分第二部分基于风险的管道完整性管理基于风险的管道完整性管理内容：内容：管道完整性管理的概念及其重要性管道完整性管理的概念及其重要性油气管道完整性管理的内容油气管道完整性管理的内容管道在物理及功能上始终处于安全可靠的工作状态； 管道公司通过对油气管道运营中面临的风险因素进行识别和技术评价，制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利因素，从而将管道

11、运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内。通过科学的设计、监测、检测、检验、检查等方式和各种技术的应用，获取与专业管理相结合的管道完整性信息，以可靠性为中心，对可能造成管道失效的危险因素进行管道的完整性评价，指导维修决策和维修。一、管道完整性管理的概念及其重要性一、管道完整性管理的概念及其重要性设计、建设和改进检测、测试、检查、检验维修、维护分析、评价管道数据信息持续改进持续改进管道完整性管理的要素循环油气长输管道完整性管理程序油气长输管道完整性管理程序管道潜在危险识别数据收集、检查和综合风险评价所有危险评价完整性评价完整性评价响应和减缓墨菲定律：任何事物如果听其自然的话，总是向更坏的方向发

12、展!全球（包括中国）二百多万公里油气管道中有20%-40%达到了 设计寿命，需要进“延寿”管理。当前安全生产的严峻形式，对管道行业的管理提出新的挑战 和思考。管道完整性管理是国外油气管道工业中的一个迅速发展的重 要领域。管道完整性管理的重要性管道完整性管理的重要性 二、完整性管理的内容 时效性风险因素外腐蚀内腐蚀应力腐蚀开裂 风险因素识别（风险因素识别（9 9大类因素）大类因素） 与时间无关的风险因素第三方/机械破坏误操作气候和外力因素 稳定风险因素与制管有关的缺陷与焊接/组装有关的缺陷设备 风险排序及高风险区域的确定风险排序及高风险区域的确定潜在影响区域R=(0.69)pd2 数据收集、检查

13、和整合数据收集、检查和整合 完整性管理的数据构成 数据收集、检查和分析 数据的整合A.特性数据B.施工C.运行D.检测 形成数据库 风险评价风险评价主要目的：主要目的：是对完整性管理工作进行优先级排序、分级，确定可 接受的风险水平。作 用：1. 风险评价提供了对不同类型事故的潜在影响和 事故发生的可能性进行评估的方法; 2. 利用风险评价的结果，可确定需进行完整性评 价和减缓活动的位置。 风险定义为失效（或危险）后果（用C表示）和失 效可能性（用F表示）的乘积。对一种情况的风险： Risks=Cs Fs失效可能性指失效的概率； 失效后果主要有：经济损失、人员伤亡、环境破坏 风险值的单位是死亡人

14、数/年或损失资金/年 风险评价也称风险排序，包括识别风险（潜在隐患）的 来源，评价各种失效的可能性和失效后果的严重度。 风险评价的方法分为定性、定量两种，二者之间的称为 半定量方法。 各国比较通用的作法是将失效可能性和失效后果的严重性列入44的风险矩阵中 (下图) ，按高风险、中等风险和低风险来分级。 失效后果严重性划分为、级。级 灾难的：有人员死亡，引起公众不能食用的污染事件，大面积环境公害， 设备损坏导致停工90天以上。级 严重的：致伤人员丧失工作能力，给公众造成伤害，设备损坏导致10 90天停工，区域性损失。级 轻度的：人员受到不丧失工作能力的伤害，环境污染小，停工110天。级 轻微的：

15、无人员伤害，设备损坏轻微 失效可能性划分为A、B、C、D级A 频繁发生：风险评价前10年发生1次或1次以上事故，概率P10-1次/aB 很可能发生：210-2/a概率P10-1次/aC 有时可能发生：210-3/a概率P210-2次/aD 不大可能发生：概率P210-3次/a 定性风险评价定性风险评价 定量风险评价定量风险评价定量风险评价也称概率风险评价(PRA)，是将失效概率FS和失效后果值CS代入下式，求出整个系统的总风险值。这种计算往往是一个相当复杂的、耗资巨大的过程，同时需要有价值的数据库作为支撑。Risksystem=Risks= (CsFs) 半定量风险评价半定量风险评价美国几家公

16、司联合开发的IAP(Integrity Assessment Program)风险评价程序和软件，采用的是一种半定量的或称为 相对的，以风险指数为基础的风险评价方法，得到较广泛的应 用。IAP将管道的失效类型分为：(1)外部腐蚀（EC）；(2) 内部腐 蚀(IC)；(3) 外来( 第3者)机械损伤(TP)；(4) 设计/材料错 误(DM)；(5) 地层运动(GM)；(6) 操作或工艺问题( OP)，(7) 应力腐蚀开裂(SCC)IAP将失效后果分为：(1)对居民的影响；(2) 对环境的影响； (3)对运营的影响。评价结果将指出高风险的区域、高失效的概率区域和高失效后 果区域。对每一种失效类型和失效后果的影响因素(变量)均