輸氣站場站設備風險概率探討

趙紅波 何沛璐 劉 軍（中石化西南油氣分公司，四川 德陽 618000）

輸氣站場站設備風險概率探討

趙紅波 何沛璐 劉 軍
（中石化西南油氣分公司，四川 德陽 618000）

摘 要：輸氣站運行過程中，面臨著各方面的風險因素，尤其是場站設備所面臨的風險，并且各個設備之間的風險是相互影響的，做好各個風險概率的評價工作，制定出有效的風險控制策略是非常必要的，本文就主要結(jié)合輸氣站場站設備的運行特點，對輸氣站場站設備的風險進行簡單探討。

關(guān)鍵詞：輸氣站；場站設備；風險概率

定量評價法與半定量評價法是輸氣站場設備風險評價過程中最為常用的兩種評價方法，有研究指出多米諾效應是導致重大安全事故的一個重要因素，因此本次研究中在對輸氣場站的設備風險進行評價時，引入多米諾效應，這有利于對輸氣場站設備的風險實施客觀實際的評價。

一、輸氣站場站設備的固有風險

在實際的輸氣場站設備的風險分析過程中，為了保證分析方法的科學合理性，將設備風險劃分為多米諾效應風險與固有風險兩種類型，其風險評價步驟主要表現(xiàn)為：先對設備的固有風險開展評價，然后再對設備的多米諾效應風險開展評價，然后能夠在此基礎(chǔ)上得到場站設備的總風險。

首先對輸氣站場站設備的固有風險進行簡單分析，在對設備的失效概率進行計算時，應用基于風險的檢測方法，應用設備的管理因子與損傷因子來對設備的失效頻率進行修正，從而得到設備的失效概率，其計算公式為：Pf=gff×Df×FMS，其中式中FMS表示的含義是企業(yè)的管理因子；Df表示的含義是：設備的損傷因子；gff表示的含義是：設備的通用失效頻率；Pf表示的含義是設備的失效頻率。

設備的危險指數(shù)反映了事故后果的嚴重程度，可以依據(jù)TNO所發(fā)布的《定量風險評價準則》中的危險系數(shù)模型來進行改進，其計算公式如下式所示：

上式中，MF表示的含義是：物質(zhì)系數(shù)，若場站中的氣體是天然氣，那么取其值為21；Glim表示的含義是：設備中的危險物質(zhì)的臨界流量，對于天然氣來說，其取值為884.62kg/s；O1表示的含義是：設備的工藝穩(wěn)定性因子；O2表示的含義是：設備的外屏蔽因子；O3表示的含義是：物質(zhì)泄漏相態(tài)因子；G表示的含義是：設備中的危險物質(zhì)的流量；C表示的含義是設備的危險指數(shù)。因此場站設備的固有風險可以用下式來進行計算：RI=Pf×C。

二、輸氣站場站設備的總風險

在輸氣站場站設備出現(xiàn)初始事故之后，其所產(chǎn)生的碎片、超壓及熱輻射等可能會導致附近的設備失效，導致出現(xiàn)多米諾效應事故，依據(jù)相關(guān)的研究，考慮到輸氣站場站自身的特點，應該對蒸汽云爆炸出現(xiàn)的沖擊波超壓所導致的設備失效情況予以綜合的考慮。首先對初始事件的概率計算進行簡單分析，若在輸氣站場站設備中出現(xiàn)了泄露，其發(fā)生蒸汽云爆炸的概率為0.04，那么其初始事件的概率值為：P0=0.04Pf，其中Pf表示的含義是設備的失效概率。

對多米諾效應概率進行簡單分析，一旦場站設備出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，天然氣泄露的速率與其工藝條件與物理性質(zhì)有著直接的關(guān)系，若氣體表現(xiàn)為音速流動：

那么天然氣的泄露速率就可以用下式來進行計算：

若氣體表現(xiàn)為亞音速流動：

那么在天然氣泄露速率的計算過程中，可以用下式來進行計算：

上式中，T表示的氣體溫度，R表示的含義是：氣體常數(shù)，其值為：8.314J/mol×K；k表示的含義是：絕熱指數(shù)，其中天然氣的絕熱指數(shù)值為1.3；M表示的含義是：分子量；Ps表示的含義是：大氣壓力； P表示的含義是：設備的運行壓力；A表示的含義是：孔口面積；Cd表示的含義是：泄露系數(shù)；qm表示的含義是：氣體的泄露速率。那么天然氣的泄露總量可以用下式來進行計算：W=qmt，式中t表示的含義是氣體的泄露時間；W表示的含義是：氣體的泄露總量。

對于蒸汽云爆炸所導致的沖擊波超壓值是依據(jù)TNT當量法來開展計算，可燃氣體的爆炸總能量表示為：E=1.8αWQ，其中Q表示的是：可燃氣體的燃燒熱；W表示的是：可燃氣體的質(zhì)量；α表示的是可燃氣體的蒸汽云當量系數(shù)；E表示的是：爆炸總量；1.8表示的是：地面爆炸系數(shù)。爆炸沖擊波正相最大超壓可以用下式來進行計算：

△p=p0exp（-0.9216-1.5058+ 0.166ln2r-0.0320ln3r）

r=D（ps/E）1/3

上式中，ps表示的含義是：大氣壓；D表示的含義是目標到蒸汽云中心的距離；r表示的含義是無量綱距離。應用基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的擴展函數(shù)模型來對沖擊波超壓所導致的目標設備損壞的可能性進行計算，其計算公式可以用下式來進行表示：

上式中，Y表示的含義是：目標設備損壞的概率的概率單位值；f表示的含義是：目標設備發(fā)生損壞的可能性。場站設備的多米諾效應風險可以用下式來進行表示：

為了對上文中的輸氣站場站設備風險概率的計算有一個具體的分析，將東岳輸站的組合式分離器作為實例，應用上文中的風險評價方法來對其場站設備的風險概率計算進行分析，為了計算方便，只對一層的多米諾效應進行計算，對于場站設備的二次事故的多米諾效應不予考慮。首先簡單了解該分輸站的概況，該輸氣站的天然氣處理量為1000000m3/d，其運行溫度值為10℃～30℃，運行壓力值為0.6MPa～2.2MPa，從其場站的基本概況可以看出，該輸氣站場站的設備風險要遠遠高于工藝管道風險，本次研究中所分析的場站設備風險主要是對輸氣站中的主要設備風險進行那個分析，包括：調(diào)壓撬、計量撬、組合式分離器、清管器收發(fā)球筒等，該輸氣場站中的所有設備都是露天布置。

對該分輸站中的分離器的風險進行分析，該分離器為重力式過濾分離器，其容積為7.35m3，材質(zhì)為16MnR，壁厚為35mm，設計溫度為-20℃～80℃，運行壓力值為3.5MPa，設計壓力值為4MPa，其執(zhí)行標準為：GB150-1998，對該輸氣站的歷史檢測數(shù)據(jù)進行分析，得到其外腐蝕速率值為0.014mm/a，在該分離器的筒體內(nèi)壁上存在有局部的腐蝕情況，并且其蝕坑形成為直徑6mm的圓形分布，其局部的腐蝕速率為0.11mm/a，總體上來講，其應力腐蝕程度是比較低的，在當前工況條件下，該分離器中的天然氣的燃燒熱為5100kJ/kg，天然氣的溫度為20℃。

首先對分離器的固有風險進行分析，通過該分離器的歷史檢測數(shù)據(jù)及運行條件，能夠得到設備各項的損傷因子與設備的總損傷因子，對該輸氣場站的管理系統(tǒng)實施評價，得到其總的得分為720分，并且能夠通過計算得到其管理修正因子為0.363，通過查詢同類型設備的失效頻率數(shù)據(jù)庫，能夠得到該分離器的通用失效頻率值為1.0×10-4，通過計算得到其分離器的失效概率值為3.32× 10-4，對該分離器的危險指數(shù)進行分析，由于所有設備都是在露天進行布置，所以并沒有防護堤等設施，并且其泄露相態(tài)都是氣相，O1、O2、O3的取值分別我1、1、10，從而計算得到各個設備的危險指數(shù)。由此可以計算出其固有風險的值為7.54×10-3。

對該分離器的多米諾效應風險進行分析，其發(fā)生蒸汽云爆炸的概率值為1.33×10-5，結(jié)合該分離器的局部復式尺寸以及其泄露氣體為音速流動，能夠進行其天然氣泄露速率、泄露總量及多米諾事件概率的計算，最終得到該分離器多米諾效應風險值為：3.54×10-3，結(jié)合上文中所計算的分離器固有風險，能夠得到該分離器的總風險為：1.108×10-2。

通過對本次研究中所選的輸氣站場站設備風險分析實例進行分析發(fā)現(xiàn)，在場站設備的風險分析過程中，若將多米諾風險考慮在內(nèi)，那么該分離器的總的風險值要遠遠高于固有風險，這一分析結(jié)果與輸氣站場站運行條件的特殊性能夠保持一致，通常情況下，天然氣輸氣場站具有易燃易爆、高壓等特點，一旦發(fā)生多米諾事故，將會導致嚴重的安全事故，沖擊波超壓會對分離器造成損壞，同時場站中的其他設備也會出現(xiàn)不同程度的損壞，因此，在實際的輸氣站場站設備風險分析工作中，應該對多米諾風險予以足夠的重視。另外一個值得注意的問題是，一旦輸氣站場站中的各個設備之間的間距發(fā)生了變化，也會對設備的多米諾風險產(chǎn)生較大的影響，由此可見，在輸氣站場站分析工作中，將多米諾風險考慮在內(nèi)的情況，即便是各個設備的運行狀態(tài)保持一致，也有可能出現(xiàn)各種不同的風險排序，在開展風險分析的過程中，應該對各種因素予以綜合的考慮，以便于所計算的輸氣站場站設備風險概率的準確性。

結(jié)語

輸氣站場站由于具有易燃易爆、高壓的特點，屬于高危場所，其運行過程中面臨著較大的風險，加大其設備風險分析，有效降低設備的運行風險，保證場站的安全運行是非常必要的，本文就主要結(jié)合相關(guān)實例，對輸氣站場站設備的各種風險概率進行了簡單分析，對于實際的輸氣站場站設備的風險預防工作具有一定的參考價值。

參考文獻

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上式中Ci表示的含義是：第i個設備的危險指數(shù)。因此，設備的總風險可以通過下式來進行計算：

R=RI+RD

三、相關(guān)實例分析

中圖分類號：TE88

文獻標識碼：A