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1、天然气管道的运行可靠性评价技术可靠性问题之所以受到重视，是因为系统、装置 （ 机械或设 备） 或零件所承担的工作要求越来越高， 结构更加复杂化。 因此， 彼 此相关的任何一部分失效而导致整个系统发生故障的机会有 所增加， 而 整个系统的失效或故障将会使生产受到威胁， 造成经 济损失，甚至人的 安全受到危害。近年来， 随着国民经济的迅速发展， 人们对天然气的需求量 不断 增大。对天然气管道而言，可靠性工程的应用更有其特殊、 重要的意 义。 天然气管输工艺流程虽不太复杂， 但各种控制仪表 和自动化装置 的使用，机械设备运行的限制，新材料、新技术、 新工艺的应用，以及 易燃、易爆介质等，无论从生产系
2、统或单元 设备来衡量，都对可靠性问 题提出了较高的要求。 一旦发生事故， 很可能是灾难性的，不仅经济损 失、环境污染，而且还会造成人 员伤亡。因此，天然气管道的可靠性关 系到我国的经济发展速度。二、天然气管网可靠性评价原理的内容与方法 天然气管道是一个复 杂的系统， 在对其进行可靠性分析之前 首先要把它划分成若干个子系 统， 划分的原则是保证对管道系统 可靠性分析的完整性。 各国所用的 方法及评价深度大不一样， 有 的是对管道线路部分或压气站单体组件 （ 如管子、阀门、仪表及 动力设备 ） 进行分析及预测，比较深入的 是对整个管道系统的可 靠性进行分析。 在各种可靠性分析和计算中，建立管道系统
3、的可 靠性模型方法主要有以下三种：(1) 涉及到断裂力学和材料力学基础理论的分析研究方法。(2) 利用一般的事故数据的可靠性综合方法。(3) 全尺寸的模型试验和对类似事物的历史事故数据的统计 分析 法。根据天然气管网的自身特点， 将天然气管网运行分为三个阶 段并 对各个不同阶段分别采用不同的方法进行计算。三、管网失效原因及评价指标 天然气管网敷设方式复杂，主要有埋 地、架空、穿跨越和地 沟敷设等方式。 管道失效形式也多种多样， 可 分为以下三种情况：(1) 管道自身破坏，如内外腐蚀、超压破坏、疲劳破坏及材 料缺 陷等。(2) 环境破坏，如风灾、水灾、雪灾及地震等。(3) 第三方破坏，如人为破坏
4、、误操作及施工缺陷等。 由于天然气管道敷设隐蔽， 每天不间断供气， 在不断规划建 设的 同时，人为的破坏行为也不断，因此，第三方破坏势必是天 然气管网失 效的一个主要原因之一。天然气管网作为一个系统， 就其运行而言， 其可靠性指标为 平均 无故障运行时间(MTBF)、平均维修时间(MTTR)、故障率入 和可靠度 R(t) 。四、管网运行可靠性分析管道在建成初期 ( 半年至两年 ) 故障较多，并且随时间的增加 而 迅速下降，中期 (15-20 年) 故障稳定，末期也就是管道寿命的结束 期，这段时期管道故障率迅速上升 (见图1) 。根据管道运行 的这一特 点，分别采用不同的方法进行可靠性分析。图1
5、 管道故障率的盆浴曲线首先对管网进行分段， 虽然天然气管网连接方式复杂， 但对 于管 网系统而言， 任何一处的管道失效都有可能造成很大的人员 伤亡和财产 损失。因此，鉴于此特殊性，发生在管网中任何一处 的管道失效， 都可 认为是管网系统的失效， 也即可将天然气管网 看作一个串联系统。 这 样，可以脱离管路系统而按照个体用户来 分类，原则如下：(1) 一个生产单位为一个单元。(2) 一个便于供气管理的生活小区为一个单元。(3) 关键的供气汇管为一个单元。(4) 重要的穿跨越为一个单元。(5) 重要的防火地区为一个单元。所以，系统的可靠度等于各单元的可靠度的乘积，即：式中 R(t) 系统的可靠度；
6、Ri(t) 单元的可靠度；n -系统中的单元个数。1、初期故障阶段根据管网运行初期的特点， 这一阶段的计算主要是要利用好 各种设 计资料、 施工资料， 以及当地的各种环境资料和人文资料 等，对各故 障概率进行评估。同时，也要重点考虑人为可能造成 的破坏性。 例如， 人们对天然气管道的认识不足和操作人员对工 艺的生疏等。2、中期故障阶段在这一阶段 天然气管网的运行进入了一个稳定时期， 该阶 段管 网的故障发生率较低， 近似为一个常数。 发生的故障主要是 由一些偶 然因素引发的。 此时， 可依据完整的管道运行资料和现 有的统计资料 对可靠度进行分析。 管道的事故时间间隔服从参数 为 V 的指数分布
7、， 事故次数服从泊松分布，其失效概率为：式中 F(t) 系统的失效率；n -单元数；入单元失效率。管网在这一阶段运行时， 其失效的原因往往是潜在的， 对此 应加 强事故预测及维修，以延长管道的安全使用期。3、末期故障阶段在这个阶段，管道的故障率迅速上升， 最终导致系统的报废。 由于 天然气管网运行在密集人群地段， 因此应加强管网在这一阶 段可靠度的 预测，系统的风险评估应建立在更科学、更精确、更 系统的基础上。末 期管道故障主要有管材的老化、腐蚀和疲劳。 在此阶段， 管网的风险评 价应建立相应的模型， 这也是目前需要 进一步努力的方向。现在可采用 的一些实用方法如下：(1) 管道取样进行室内试
8、验， 通过评价软件进行评价 ( 采用相 应的力学、化学原理及各种分析方法 ) 。(2) 对智能检测器检测的管道数据进行评价。(3) 对管道试样进行全尺寸压力试验。五、提高天然气管网系统安全可靠性的措施 提高天然气管网系统安 全可靠性的措施如下：(1) 设计阶段应尽量采用可靠度高的设计方案，充分考虑不 同的 特点。(2) 管道以埋地敷设为主， 尽量减少管道在空中敷设的长度； 架 空管道采用可靠度高的支、吊架设计方案。(3) 管材的到货质量应符合设计和规范的要求。(4) 严格保证施工质量，特别是管道的运输、组装和防腐等 安装 工序。(5) 收集并保管好完整的设计和施工资料。(6) 制定安全的管网运
9、行管理规章制度，并严格执行。(7) 各种运行参数的记录应真实、详尽，各种故障应有详细 的描 述。(8) 根据不同时期的管网运行特点及各种动态的记录数据， 制定 重点的管理目标，实现系统的动态管理。(9) 保证天然气的质量。(10) 做好事故应急方案的准备工作， 特别是应急气量的调节 方 案。(11) 建立一套完整的管道维修体系和规章制度， 提高系统的 维修 水平。(12) 做好输气管道和天然气安全知识的宣传教育工作。(13) 采用先进的管道检测技术及有效的分析软件。(14) 加强操作人员的技术培训， 提高业务素质， 特别是提高 预 判故障的能力。(15) 实现自动化管理， 提高处理事故的效率，
10、 减少事故的损 失。天然气管网的安全运行是一个系统工程， 不仅包括管道的运 行，还 包括机泵、阀件及各种附件的可靠运行。对计算出的系统 可靠度应与期 望值比较， 当可靠度降低到允许值以下时， 就应提 出适当的维修策 略， 以恢复其可靠度。 根据天然气管网不同时期 运行的不同特点，应 采用相应的方式对其进行评估。这样，管道 管理才有针对性。同时，加 强管网运行期间的可靠性管理，可最 大限度地利用管道，以取得最佳的 经济效益。六、结束语 管道可靠性评价技术内容是将风险评估的结果作为确定 管 道是否进行检测、 维修和更换的依据， 管网的可靠性评价结果还 应 包括制定优化的管网停修计划、 必要的天然气事故储备量和突 发事故的 应急方案，以使管理更加科学化。
