油氣站場內(nèi)管道風(fēng)險評價方法研究

林現(xiàn)喜 張克政(中海石油氣電集團，北京 100028)

0 引言

油氣站場內(nèi)管道種類繁多，系統(tǒng)管路復(fù)雜，很多工藝管道經(jīng)常伴有介質(zhì)的化學(xué)環(huán)境和熱學(xué)環(huán)境，在復(fù)雜的工藝條件下運行，設(shè)計、制造、安裝、檢測、操作、維修的任何失誤，都有可能導(dǎo)致管道的過早失效或發(fā)生事故。且由于承受高壓，加上輸送介質(zhì)的易燃、易爆、有毒，一旦發(fā)生事故，后果十分嚴重。對油氣站場內(nèi)工藝管道進行風(fēng)險評價，找出風(fēng)險較大的管段，從而制定出有效的風(fēng)險控制措施，確保安全平穩(wěn)運營。

1 站場內(nèi)管道風(fēng)險評價流程

油氣站場內(nèi)管道風(fēng)險評價主要包括風(fēng)險識別、管段劃分、管道失效概率和后果計算、風(fēng)險數(shù)據(jù)歸一化處理和風(fēng)險管控措施制定和實施等，主要流程如圖1 所示。

2 風(fēng)險識別

站場工藝管道的失效原因有很多，常見的有材料缺陷、腐蝕、機械損傷、焊縫缺陷等。可分為三類：(1)與時間有關(guān)：外腐蝕、內(nèi)腐蝕、應(yīng)力腐蝕。(2)與時間無關(guān)：誤操作、天氣或外力。(3)固有因素：制造缺陷、設(shè)備因素、施工缺陷。

除上述主要原因外，隨同管道的伴熱管，其加重了管道的腐蝕，以及伴熱管在管道上的焊接部位，都可能導(dǎo)致管道發(fā)生泄漏，由于防腐層相隔、其失效不易發(fā)覺。埋地管道固定墩位置，隨著時間推移，固定墩可以發(fā)生位移導(dǎo)致管道發(fā)生斷裂破壞。如果與固定墩直接接觸的管道發(fā)生腐蝕破裂，更加不易察覺。站場內(nèi)工藝管道由于上述主要的失效原因，可能會導(dǎo)致“跑、冒、滴、漏”，極有可能導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。

3 管段劃分

油氣站場內(nèi)管道應(yīng)該被劃分成具有相似性質(zhì)和功能的管段進行分析，并且要依據(jù)一些主要標(biāo)準(zhǔn)對其進行分段，以下面標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該被考慮到管道分段中：(1)地上和地下管道要分開考慮。(2)管道分段可以根據(jù)相似的性質(zhì)考慮，如相似的操作條件，如溫度、壓力、流速；和相似的工作條件，如產(chǎn)品類型、管道使用年限、管道條件、檢測歷史。(3)管道分段還可以根據(jù)相似的失效結(jié)果(如輸送介質(zhì)、影響范圍等)。

圖1 站場內(nèi)管道風(fēng)險評價流程

4 管道失效概率計算

4.1 埋地工藝管道失效概率

埋地管道失效概率主要考慮內(nèi)外腐蝕的破壞機制、外力、材料問題、操作或設(shè)備故障、以及其他原因。對于埋地管道的基礎(chǔ)失效概率，用戶可根據(jù)歷年數(shù)據(jù)得出，也可使用文獻或者其他數(shù)據(jù)庫推薦的基礎(chǔ)失效概率(例如EGIG)，根據(jù)API Publ 353 推薦的工藝管道基礎(chǔ)失效概率為：Pbf=1.5×10-5次/每百米每年。

則埋地管段失效概率確定：

式中：Pbf為基礎(chǔ)失效概率；MFar/t為腐蝕修正系數(shù)；MFsoil-to-air為管段土壤空氣接觸面修正系數(shù)；MFRoadCross為管段穿越道路修正系數(shù)；MFPipe-loc為管道位置修正系數(shù)；#of 100m Section 為計算的管段長度相對于100m 的倍數(shù)。

4.2 地上工藝管道失效概率

地上工藝管道失效概率主要考慮的因素包括：內(nèi)外部腐蝕破壞機制、外力、材料問題、操作或設(shè)備故障、以及地上管道泄漏混雜的原因。地上管道的基本泄漏頻率是API Publ 353 推薦為8.1×10-6次/年*百米。

當(dāng)腐蝕率已知時，可以假設(shè)腐蝕機制已導(dǎo)致變薄或腐蝕的平均速率超過了基本定義的時間。失效可能性通過測試腐蝕率比預(yù)期的高來評價。發(fā)現(xiàn)這些高頻率的可能性要通過已經(jīng)進行的檢測的數(shù)量和類型確定。檢測的越徹底，數(shù)量越多，腐蝕率的約定越準(zhǔn)確，失效概率越符合實際。

則地上工藝管道失效概率確定：

式中：Pabove-base為基礎(chǔ)失效概率；MFar/t為地上管道腐蝕修正系數(shù)；#_of_100m_section為計算的管段長度相對于100m 的倍數(shù)。

5 管道失效后果計算

失效的后果可分為三個方面：(1)環(huán)境影響后果(ECOF)：包括周圍的環(huán)境及其生態(tài)環(huán)境。(2)公眾影響后果(PCOF)：包括人員健康、安全和消防沖擊設(shè)備和周邊社區(qū)。(3)商業(yè)影響后果(BCOF)：包括公司的經(jīng)濟和企業(yè)影響。

失效后果可能包括以上后果中的一種，例如ECOF，或者所有三種后果。如果三種后果都分析了，可以結(jié)合使用各種不同的權(quán)重因子提供一個總失效后果數(shù)。如果要研究僅僅其中的一個方面，或者如果想應(yīng)用結(jié)果的最高價值，那么可以把剩余的加權(quán)因子設(shè)置為0。當(dāng)結(jié)合之后權(quán)重因素被分配給三個方面，他們權(quán)重之和為100%。

6 風(fēng)險歸一化處理

通過計算出來的工藝管道失效概率和失效后果，應(yīng)進行風(fēng)險歸一化處理，并將失效后果值和失效概率值標(biāo)在風(fēng)險矩陣上，可以更加直觀的看出管段的風(fēng)險情況，利于管理者做出決策，風(fēng)險矩陣如圖2 所示。

圖2 風(fēng)險矩陣

7 風(fēng)險控制措施

對站場內(nèi)工藝管道進行檢測，且提高檢測的等級和次數(shù)，并且根據(jù)檢測和評價結(jié)果維護維修管道。建議為站場內(nèi)管道安裝區(qū)域陰極保護系統(tǒng)，減緩管道的腐蝕速率。加強站場內(nèi)管道土壤-空氣接觸面的防護和檢測，防止其發(fā)生失效。 加強站場內(nèi)工藝管道風(fēng)險控制和管理。

8 結(jié)語

建立適用于工藝管道完整性管理的定量風(fēng)險評價模型。結(jié)合風(fēng)險矩陣和風(fēng)險評價模型，提出將風(fēng)險歸一化處理的方法，方便管理者觀察工藝管道風(fēng)險分布情況。應(yīng)用風(fēng)險評價模型進行風(fēng)險評價，發(fā)現(xiàn)站場內(nèi)工藝管道的薄弱環(huán)節(jié)，為下一步有針對性的進行完整性檢測、評價和管理做準(zhǔn)備。站場內(nèi)埋地管道的失效概率比較大，失效后果較低，降低風(fēng)險的主要措施是采取手段降低失效可能性，通過檢測的結(jié)論進行維護維修工作可降低失效概率，從而達到控制風(fēng)險的目的。