航油輸送管道風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)研究

劉洪志

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院綿陽(yáng)分院，四川 綿陽(yáng) 621000）

管道具有事故率高、安全隱患多的特點(diǎn)。一旦發(fā)生泄漏或斷裂，就會(huì)導(dǎo)致極其嚴(yán)重的火災(zāi)或爆炸事故，不僅會(huì)破壞周?chē)h(huán)境，還會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，降低管道事故率，提高管道安全性是管道完整性管理的重中之重[1]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)管道完整性管理進(jìn)行了深入的研究，管道完整性管理水平發(fā)展迅速[2-5]。美國(guó)利用經(jīng)濟(jì)學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)對(duì)管道進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可以有效降低事故發(fā)生的概率，提高管道的使用壽命，更好地分配管道的維護(hù)費(fèi)用；美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)提出了油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南，并發(fā)布了管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)。歐洲建立了完善的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了科學(xué)、智能化的管道評(píng)估系統(tǒng)。加拿大在管道完整性管理方面也取得了顯著進(jìn)展，建立了管道殘余強(qiáng)度、泄漏率和介質(zhì)腐蝕率的計(jì)算方法。

Faisal 等研究了基于風(fēng)險(xiǎn)的方法，應(yīng)用于管道不同完整性管理要素，總結(jié)了管道完整性管理的研究進(jìn)展[6]。Rafael 等建立了基于應(yīng)力破壞準(zhǔn)則的管道腐蝕退化模型，構(gòu)建了動(dòng)態(tài)分割策略[7]。Keonhee 等構(gòu)建了基于極限狀態(tài)函數(shù)和概率模型的地下管道管理系統(tǒng)，可以進(jìn)行有效的成本管理，并通過(guò)韓國(guó)工業(yè)園區(qū)的幾個(gè)案例驗(yàn)證了該模型的有效性[8]。Mihir等提出了一種基于可靠性的腐蝕損壞埋地管道全生命周期管理方法，可有效優(yōu)化維修計(jì)劃，降低全生命周期成本，并研究了不同風(fēng)險(xiǎn)策略下最優(yōu)維修計(jì)劃對(duì)故障概率的敏感性[9]。Pavanaditya 等采用模糊故障分析樹(shù)對(duì)管道的失效概率進(jìn)行分析，為燃?xì)夤艿拦芾聿块T(mén)的完整性管理決策提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)[10]。Edet 等提出了一種海底管道檢測(cè)方法，對(duì)海底管道壽命進(jìn)行評(píng)估，基于健康評(píng)估指標(biāo)和定量模型對(duì)管道完整性進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)具有成本效益的完整性管理模型進(jìn)行改進(jìn)[11]。Hassan 等從風(fēng)險(xiǎn)角度對(duì)基于完整性管理計(jì)劃有效性的安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并將該模型應(yīng)用于哥倫比亞多個(gè)油氣管道的完整性管理[12]。Grigorios 等深入分析了埋地天然氣管道安全評(píng)價(jià)的研究進(jìn)展，探討了地震瞬變地面變形下埋地天然氣管道評(píng)價(jià)方法的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[13]。Jayalakshmi 等設(shè)計(jì)了一種適用于小直徑管道的新型無(wú)粘結(jié)傳感器，對(duì)管道的漸進(jìn)腐蝕損傷進(jìn)行了無(wú)損評(píng)價(jià)，為管道腐蝕檢測(cè)和健康監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)[14]。

開(kāi)展完整性管理的關(guān)鍵是能夠有效識(shí)別引起管道失效的基本事件和重要度。因此，本文針對(duì)航油輸送管道的失效模式，確定引起管道的基本失效事件和結(jié)構(gòu)重要度，提出相應(yīng)的防護(hù)措施，為航油管道的完整性管理提供借鑒。

1 管道風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 確定頂端事件

基于事故樹(shù)分析法（FTA），根據(jù)頂上事件的確定原則，選擇 “管道失效”作為頂端事件。根據(jù)相關(guān)分析，航油輸送管道失效主要有兩種方式：管道發(fā)生泄漏、管道斷裂；然后又逐層分析了造成上述兩個(gè)方面問(wèn)題的各種原因，建立了航油輸送管道失效事故樹(shù)，如圖1 所示。符號(hào)說(shuō)明如表1 所示。

圖1 輸送管道失效事故樹(shù)

表1 航油輸送管道失效事故樹(shù)中各符號(hào)含義

2.2 事故樹(shù)分析

如表2 所示，事故樹(shù)的最小割集共有36 個(gè)，表示可能發(fā)生的管道失效事件有36 種。其中一階最小割集有28 個(gè)，四階最小割集8 個(gè)。

表2 航油輸送管道失效事件

符號(hào)事件P14={F27}管道表面缺陷導(dǎo)致制造缺陷，引起管道泄漏或斷裂P15={F28}管道橢圓度不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致制造缺陷，引起管道泄漏或斷裂P16={F29}圓管壁厚不均勻?qū)е轮圃烊毕荩鸸艿佬孤┗驍嗔裀17={F30}人員失誤導(dǎo)致運(yùn)行錯(cuò)誤，引起管道泄漏或斷裂P18={F31}通信、控制失誤導(dǎo)致運(yùn)行錯(cuò)誤，引起管道泄漏或斷裂P19={F32}操作不當(dāng)導(dǎo)致維護(hù)不及時(shí)，引起管道泄漏或斷裂P20={F33}未按要求檢測(cè)導(dǎo)致維護(hù)不及時(shí)，引起管道泄漏或斷裂P21={F34}未按規(guī)定巡線導(dǎo)致維護(hù)不及時(shí)，引起管道泄漏或斷裂P22={F35}管道處違章施工，引起管道泄漏或斷裂P23={F36}打孔盜氣，引起管道泄漏或斷裂P24={F37}沿線壓管?chē)?yán)重，引起管道泄漏或斷裂P25={F38}管道附近滑塌方等，引起管道泄漏或斷裂P26={F39}地震引起管道斷裂P27={F40}洪水引起管道斷裂P28={F41}低溫引起管道斷裂P29={F1F2F3F5} 清管效果差，含CO2和H2O 導(dǎo)致的內(nèi)腐蝕引起管道泄漏P30={F1F2F4F5} 清管效果中差，含有O2導(dǎo)致的內(nèi)腐蝕引起管道泄漏P31={F2F3F8F42} 含CO2和H2O、管道應(yīng)力集中位置的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引起管道斷裂P32={F2F3F8F43} 含CO2和H2O、管道存在殘余應(yīng)力引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引起管道斷裂P33={F2F3F8F44} 含CO2和H2O、管道內(nèi)應(yīng)力較大位置的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引起管道斷裂P34={F2F4F8F42} 管材耐蝕性差，含H2O 和O2、應(yīng)力集中位置的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引起管道斷裂P35={F2F4F8F43} 管材耐蝕性差，含H2O 和O2、殘余應(yīng)力引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引起管道斷裂P36={F2F4F8F44} 管材耐蝕性差，含H2O 和O2、內(nèi)應(yīng)力較大位置的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂引起管道斷裂

2.3 結(jié)構(gòu)重要度

本文從事故樹(shù)樹(shù)形結(jié)構(gòu)方面分析，各基本事件所處理位置和分布的割集（或徑集）的情況來(lái)判定各基本事件的重要程度稱(chēng)結(jié)構(gòu)重要度。結(jié)構(gòu)重要度大小取決于基本事件在各割集中出現(xiàn)次數(shù)和割集中事件的數(shù)量多少。通過(guò)事故樹(shù)結(jié)構(gòu)重要度計(jì)算方法得出以下結(jié)構(gòu)重要度順序：

一階最小割集中的基本事件結(jié)構(gòu)重要度最大；F2 基本事件結(jié)構(gòu)重要度其次；F3、F4 基本事件結(jié)構(gòu)重要度相等是第三；F1、F5、F42、F43、F44 基本事件結(jié)構(gòu)重要度相等是第四。

結(jié)構(gòu)重要度大的說(shuō)明最重要，但是從基本事件可以看出，一階割集中的基本事件，其中基本事件的結(jié)構(gòu)重要度相對(duì)其它基本原因事件較大，對(duì)管道失效的影響最大，應(yīng)首先給予控制。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)重要度較大的基本事件，如防腐層質(zhì)量、施工質(zhì)量、巡線、第三方破壞等方面采取針對(duì)性措施。另外若在施工、設(shè)計(jì)中把好關(guān)，在將來(lái)的運(yùn)行管理中，不斷加強(qiáng)人員素質(zhì)培訓(xùn)，依靠先進(jìn)科技，就可以使管道失效的概率大大降低。

3 結(jié) 論

本文針對(duì)航油輸送管道可能發(fā)生的泄漏和斷裂失效模型，基于事故樹(shù)分析法列舉了44 類(lèi)基本事件，通過(guò)計(jì)算最小割集確定了可能引起航油輸送管道26 類(lèi)失效時(shí)間的基本事件組合，并確定了不同事件的結(jié)構(gòu)重要度，進(jìn)而應(yīng)該從第三方破壞、管線防腐、本質(zhì)安全、標(biāo)準(zhǔn)化操作四個(gè)方面提出相關(guān)的防控措施。尤其是應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的選型和質(zhì)量監(jiān)控以及日常維護(hù)，確保設(shè)備安全運(yùn)行；建立健全嚴(yán)格的規(guī)章制度，提高操作人員的安全意識(shí)和業(yè)務(wù)水平，嚴(yán)格遵守工藝紀(jì)律，避免誤操作。