油气长输管道定量风险评价

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1、油化长输管道定风险评价集团公司文件内部编码：（ TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-油气长输管道定量风险评价【摘要】管道风险评价普遍采用以Kent打分法为代表的定性方法，笔者 提出了一种新方法，即定量风险评价(QRA),采用基于管道失效历史数据库和巳 有成熟的数值模型，进行管道失效概率分析和失效后果分析，并以此方法在某 输气管道上进行了验证，最后得到管段的绝对风险和人口密集段的个人风险， 并进行了风险预剥。研究表明，QRA受人员主观判断影响较小，计算方法科学 合理，结果量化，对进行检测与维护维修资源的分配具有很好的指导意义。【关键词】管道；定量风险评价法(QRA)；个人风险；

2、失效历史数据库；完整 性管理0引言油气长输管道是国家经济的大动脉，直接服务沿线工业的生产和城市居民的普 通生活。但管道又属于危险源，一旦发生泄漏事故，易燃易爆的高压介质迅速 扩散，对沿线造成较大危害。如1999年美国华盛顿Beirut市一条成品油管道 发生泄漏起火事故，造成2人死亡，大量油品泄漏，环境严重污染；2000年美 国加州的Carlsbad市一条天然气管道泄漏并爆炸，造成12人死亡；2004年， 陕西榆林境内某输气管道发生泄漏，紧急疏散方圆10km内人员，造成恶劣影 响。管道完整性管理是一种主动预防的管道管理方法，是先进管道公司管理 经验的总结提炼，以被国际上众多管道公司所采用，如着名

3、的Enbridge管道公 司、加拿大彩虹管道公司等。目前，美国法规已经强制要求各管道公司必须对 管道实行完整性管理，而完整性管理的基础是管道的风险评价，其主要目的是 识别危害和管段风险排序，以完成对管道检测、维护维修资源的科学决策。所 以进行风险评价的研究，开发有效的风险评价实施方法，对保证管道完整性管 理的实施，保障油气管道的安全运行，具有重大的意义。1管道风险评价现状及定量风险评价(QRA)简介管道风险评价按照最后结果的量化程度，可以分为定性方法、定量方法两种。定性方法以W. KentMuhlbauer于1995年着的“管道风险管理手 册”为代表， 简称Kent打分法，至今已是第二版，仍在

4、世界上各管道公司广泛使用，定量 方法近儿年才出现，以QRA(QuantitativeRiskAnalysis)为典型代表，国外管道公司一般也以定性方 法为主，对复杂项目和重点管段才采用QRA。国内管道风险评价基本上还处于起步阶段，理论研究较多，油气场站评价较 多，简单方法采用较多，如故障树(FAT)的定性分析、作业条件危险性评价 (LEC)等。为突破传统的定性评价方法，也有一些研究结合了数学方法，如模 糊数学，以实现定量的评价，但基本还处于理论研究阶段，无工业应用。QRA是一种纯定量的方法，是目前管道风险评价的最新成果，其结果一般是具 体的数值，且有量纲。QRA主要基于管道历史失效数据库进行，

5、通过将实际管 道与失效数据库中的抽象管道对比，并通过一些经验模型进行公式推导，从而 得到相应结果，如绝对失效概率，管段年T米经济损失 等。QRA主要流程如图1所示。图1QRA流程图20RA的主要技术ORA的主要技术有管道失效概率分析，失效后果分析，以及最后风险值的计 算，这儿个过程与传统的Kent打分法不同的是，不需要管道专家进行主观的 定级判断，基本是基于历史数据库和数值模型推导。下面将一一介绍。2.1管道失效概率分析影响管道安全的因素大抵可分为以下儿类：1）腐蚀，包括内腐蚀、外腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）o2）管体缺陷，包括制管缺陷和施工期间造成的缺陷。3）第三方破坏。4）误操作。5）设备

6、缺陷。6）自然与地质灾害，包括滑坡、泥石流、崩塌、地表沉陷等。7）疲劳。有些管道应力腐蚀开裂和疲劳等问题并不存在或不严重，可不考虑。QRA中在计算管道失效概率时，将各类因素分别考虑，以下式来计算：式中，Fp 一一各原因引起管道失效的概率；Fg 一一通用失效概率。统计大量事故案例得到的管道平均失效概率；Ft 一一每种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 一一修正系数。其中，Fg和Ft是根据历史失效数据库得到的，Fa是 将管道 的实际情况与历史库中管道实际情况对比得到的修正系数。欧洲和北美很多国家的一些组织和协会早在30年前，就开始收集和统计工业 事故失效案例，并建立大型

7、的历史失效数据库，其中有名的管道失效数据库有 AGA, EGIG等，一些公司也建有自己的历史失效数据库。欧洲石油公司公布了 1971-1993年该公司输油管道失效概率，具体数据如下表所示。通用失效概军 表 由于积累了大量的管道失效案例，各个历史失效数据库的统计值相差不 大，一 般不会超过一个数量级。各失效原因引起的管道失效模式所占比例Ft是不一 样的，例如：腐蚀引起的绝大部分失效为小泄漏；而地质灾害则有一半为管道 破裂。美国联邦应急管理中心(FEMA) 1999年公布的统计数据表明，地震引起 的管道失效模式为：80%的管道破裂，20%的管道泄漏。历史失效数据库中统计得到的各失效概率是针对代表性

8、的管道的，如统计标 明，应力腐蚀开裂引起的管道失效概率为3X10-5，其针对的代表性管道的属性 如下：管道年龄：20年；管径：914mm：压力：6. 895MPa;是否易于形成局部腐蚀环境：一般；管体对应力腐蚀开 裂的 敏感性：一般；壁厚：9. 14mm:SMYS： 448MPa。如果被评价管道与上述属性有较大差异，则通过Fa来修正。2. 2管道失效后果的计算 管道泄漏后果大小影响因素众多，有泄漏介质属性、泄漏量大小及泄漏点环境 等，泄漏之后的事态发展可用事件树来进行分析，图2所示的事件树以天然气 管道为例。图2天然气管道泄漏事件树如图2所示，天然气管道泄漏后，有4种后果模 式。各种后果模式所

9、导致的后果大小是不一样的，以VCE+VC模式为最。各后 果模式所占比例也是变化的，主要与管道失效模式及管道周围的土地用途有 关，风向及风速也有一定影响。最后的比例也是可以根据历史数据统计得到 的。各后果模式最后的影响可以分为人员伤亡和经济损失，危险液体管道还需要考 虑环境破坏影响，每种后果模式造成的各类影响需要分别估算，并在最后都可 以折算为经济损失大小（单位为元或美元）o例如：计算人员伤亡影响，首先要考虑泄漏量。天然气的泄漏量与泄漏速率、流速、截断阀位置和紧急响应时间有关。已有一些经验公式可以采用。然后根据图2中事件相对的4种后果模式分别作用于人体产生的影响，主要是火灾、爆炸、热辐射、中毒和

10、窒息等对人体的影响，结合各影响因素作用于人体导致 死亡的下限值，计算得到最后的人员伤亡情况。2. 3风险的计算 由于管道各属性沿管道一直是变化的，如壁厚、压力、高程、土地用途等，所 以需要将管道分为多个管段，各相邻的两个管段必有一个属性不同。根据上面 的计算，可以得到每个管段的失效概率和失效后果，最后用下式进行综合，可 以得到管段的风险值。式中，R风险；F-失效概率：C失效后果：J一一各管段；K 一一失效模式（21为小泄漏，22为大泄漏，k二3为破裂）：L 一一失效原因（内腐蚀、外腐蚀、第三方破坏等，L为总数）；M-一后果类别（人员伤亡、经济损失、环境影响等）。风险值的单位为元/km a （元

11、每千米每年），表示管道每年每千米可能的经济 损失大小。由于管道泄漏造成的人员伤亡所产生的影响最为恶劣。对于单点的 风险绝对风险计算，QRA还专门提供表征人员伤亡影响大小的指标一一个人风 险值（IndividualRisk）,表示人员在管道周围某一点死亡的概率。在英国、 荷兰等国家还制定了个人风险值的可接受标准，这 样就可以很方便地衡量管道 的安全性，管道管理者也可以确定是否需要采取措施来降低风险。3QRA实例对某天然气长输管道中一段进行QRA分析，此段管道长210km,运行压力6.4MPa，管径711mm,前期收集管道属性77个，涉及管道本体、运行、环境和维 护措施等多个方面。每个属性整理为随

12、着管道里程而变化的格式，根据管道各 个属性将此段管道最后分成241个管段。计算得到各管段的风险值后，以管道 中间的两个站场处为分隔点，将241个管段算术平均，合并为3个管段。以站 场所在点为分隔是因为站场处有收发球筒，方便下一步完整性评价工作（内检 测、压力试验等）的进行。合并后，对管段排序，如图3所示。图3管段风险排序图各管段风险值的意义为每年每公里可能的经济损失大小， 可与历史状况 对比，也可与其他管道对比。管道检测与评价工作应先在高风险 段实 施，所以建议将来安排检测与完整性评价工作时，优先顺序应分别是管 段1、管段2,然后才是管段3。个人风险值是指个人的年死亡概率，常被用来衡量风险的绝

13、对大小。对 管道人 口最密集处计算个人风险值，以衡量管道的安全性，如图4所 从图4可以看到，在管道正上方，风险最大，具体值为9.8X10-8/a，参照国外 风险可接受标准，最严格的为英国安全卫生部规定的lXlO-6/a,所以此天然气 管道的风险应是可以接受的。此外，QRA提供的社会风险值(FNCurve)也可作为 衡量风险是否可以接受的第二指标。定量风险的最大好处之一是可以进行风险预测，结合情景分析(What-If分 析)，实现合理的制定风险控制计划。对此天然气管道风险预测如图5所示，从 图中可明显看出风险随着时间变化的增长过程。图4个人风险图图5多情景风险预测从图5可以看出，此管道在6年内风险增长迅速，此后较为平稳。通过仔细分 析，发现这是因为这6年是管道上次检测的受益期，所以建议此管道在6年后 开始实施下一次检测。另外，情景分析考虑量化后的经济投入，可以为多方案进行经济性比较，在保障管道安全的前提下，做到最大的投入产出。4结论QRA是一种管道风险评价的最新方法，通过笔者的分析和应用，有以下儿点主 要结论：1) QRA计算推导过程充分借鉴了之前的管道失效历史数据，和已有成熟的经验 模型，相比一些定性打分法，更显科学合理。2) 分析过程主要是定量的数值计算，受评价人员的主观判断影响较小，结果 统一性好。