基于RBI的頁巖氣集輸管道定量風險評價研究

劉映雪,喻著成,岳 明,蔡科濤,田亞申,滕燕濤

(1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司安全環保質量監督檢測研究院,四川廣漢 618300;2.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司,四川成都 610051;3.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司頁巖氣勘探開發項目經理部,四川成都 610056)

隨著頁巖氣集輸場站管道投用年限的增加,管道腐蝕穿孔現象頻發,影響頁巖氣區塊產能發揮。對此,多數場站開展了腐蝕專項檢測或定期檢驗,管道失效得到一定控制,但傳統的檢驗存在檢驗過度或者檢驗不足的問題,導致高風險管段管理不足而低風險管段管理過剩,造成檢維修成本的浪費。因此,采用基于風險的檢驗技術,量化評估檢驗前后的風險大小,對精準控制場站風險,助推頁巖氣生產提質、降本以及增效發展均具有重要意義。

油氣場站設備風險評價方法分為層次分析法、故障樹分析法和模糊綜合評價法等,將基于風險的檢驗技術(Risk-based inspection,簡稱RBI)完整地應用于頁巖氣集輸場站的案例較少。王洪波等[1]采用RBI技術對輸氣場站分離器開展了風險評價,改進了同類設備失效概率以及設備修正系數;李涌泉等[2]、侯成寶等[3]將RBI技術應用于對丁二烯、苯乙烯裝置,根據檢驗策略對其實施了風險檢驗;邢述等[4]對大型原油儲罐實施RBI技術,并通過在線聲發射檢測修正風險評估結果;元達惠等[5]將RBI技術應用于管道并進行了相關研究。文章針對頁巖氣集輸管道開展RBI應用研究,根據頁巖氣區塊風險可接受準則確定風險等級并制定檢驗策略,為頁巖氣集輸場站完整性管理提供技術支撐和指導意見。

1 基于RBI的定量風險評價技術研究

1.1 風險定量計算

風險為設備失效概率和失效后果的乘積。在RBI中,失效概率與設備損傷機理密切相關,計算公式如下:

Pf=gff·FMS·Df

(1)

式中,Pf為失效概率;gff為總設備通用失效頻率;Df為設備損傷因子;FMS為管理系統因子[6-7]。通用失效頻率gff來源于行業內具有代表性的失效數據統計,僅代表一般情況,因此引入管理系統因子FMS和損傷因子Df來修正數據偏差;管理系統因子僅作用于不同管理系統之間的比較;損傷因子是修正通用失效頻率的關鍵,集輸管道常見損傷機理有腐蝕減薄、應力腐蝕開裂等。

設備失效后果分為面積后果和經濟后果,失效面積后果CA和經濟后果FC計算如下:

CA=max[CAcmd,CAinj]

(3)

FC=FCcmd+FCaffa+FCprod+FCinj+FCenviron

(4)

式中,CAcmd為設備損壞總面積,m2;CAinj為人員傷害總面積,m2;FCcmd為設備檢修成本,元;FCaffa為失效影響區中其他設備破壞成本,元;FCprod為停工成本,元;FCinj為人員傷害成本,元;FCenviron為環境清理成本,元。除了面積后果和經濟后果,還可以定義集輸場站潛在死亡人數后果,即面積后果與人口密度的乘積,對后果進行評價。

1.2 基于風險的檢驗可接受準則

根據失效概率和失效后果定量計算,確定失效可能性和后果等級,見表1和表2。其中失效可能性等級劃分參考損傷因子Df或失效概率Pf;后果等級劃分可參考面積后果CA、經濟后果FC以及潛在死亡人數后果PLL,可根據場站具體情況選擇。

表1 設備失效可能性等級

表2 后果等級

2 基于風險的檢驗技術的應用研究

2.1 數據標準化采集

基于風險的檢驗流程中最為關鍵的一步便是大量基礎數據的采集工作,由于數據量龐大且數據來源各異,為了精準篩選出RBI評價所需要的關鍵數據和參數,同時使得數據采集表格通俗易懂,方便現場人員開展數據采集工作,編制了開展RBI評價的專用標準化數據采集表。以壓力管道為例,按照RBI評價要求獲取的壓力管道評價參數見表3。

2.2 定量風險計算

某場站于2001年建成投產,占地面積3 596 m2,設計輸氣量為100×104m3/d,站內管道材料均為20號碳鋼,年平均氣候為溫帶氣候,站場預算為800萬元,站內人口密度0.001 1人/m2。停運損失135萬元/d,設備成本按2 224元/m2計算。根據提供的介質參數資料可知,輸送的天然氣中含有少量的水,因此站內工藝管線和設備可能發生腐蝕,在有水、雜質積聚的部位可能發生較嚴重的局部腐蝕,損傷形式為內部腐蝕減薄。對此,應用基于風險的檢驗(RBI)技術,結合Synergi Plant RBI Onshore 5.6軟件對該場站37條輸氣管道進行定量風險計算,部分管道計算結果見表4。

表4 壓力管道定量風險計算結果

2.3 風險結果分析

對場站內的37條管道進行風險評估,結果顯示當前高風險設備項0項,中高風險設備項2項,中風險設備項6項,低風險項29項,總體風險分布示意圖見圖1。3年后風險評估結果顯示設備高風險項0項,中高風險2項,中風險設備項7項,低風險項28項,風險分布示意圖見圖2。若按RBI分析所建議的方法進行檢驗,3年后高風險設備項為0項,中高風險設備項0項,中風險設備項2項,低風險設備項5項,風險分布示意圖見圖3。

圖1 總體風險矩陣

圖2 未來風險矩陣

圖3 進行RBI檢驗后未來總體風險矩陣

如采用按RBI分析后所建議的方法進行檢驗,根據設定的可接受的風險準則,21.62%的管道可降低風險,78.38%無變化,設備風險可降低76.79%;如不進行RBI檢驗,站場中管道的總風險到下一次檢驗之前將增加到90.27元/天,見圖4。

圖4 風險影響示意圖

2.4 基于風險的檢驗策略

通過對場站內管道進行基于風險的檢驗后,可以得出各設備項的風險等級,根據劃分的風險等級制定檢驗策略,將有限的資源投入到高風險設備的管理上,減少不必要的例行檢驗,最大程度削減場站風險,實現事先隱患排查治理。部分設備項的檢驗策略制定見表5。

表5 部分管道檢驗策略

3 結 論

文章介紹了基于風險的檢驗(RBI)技術定量風險計算方法,編制了開展RBI評價的專用標準化數據采集表單,應用RBI技術對某頁巖氣集輸場站內37條壓力管道開展風險評估,并制定了相應的檢驗策略。

結果表明,該場站管道主要損傷機理為腐蝕減薄,當前評估狀態下高風險設備項0項,中高風險2項,中風險6項,低風險29項;3年后有4條管道項的失效可能性等級上升,如按RBI分析后所建議的檢驗策略進行檢驗,根據設定的可接受的風險檢驗準則,有21.62%的管道可降低風險,78.38%無變化,設備整體風險可降低76.79%。因此,基于風險的檢驗技術可實現頁巖氣集輸場站設備風險精準管控,找到設備可靠性與經濟性的最優平衡點,為靜設備完整性管理提供了技術支撐。