淺談油氣系統(tǒng)安全技術基礎

淺談油氣系統(tǒng)安全技術基礎摘要油氣長輸管道是一個國家生命線工程的重要組成部分，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，油氣長輸管道的發(fā)展使得其安全可靠性問題日益突出。對油氣長輸管道系統(tǒng)進行風險性分析及風險評價進而實行風險管理，對于管道的安全運行具有十分重要的意義。１.本文論述了風險分析的基本原理，定義，以及事故因素的分類原則。依據(jù)“浴盆曲線”進行了在役長輸管道線路系統(tǒng)不同時期可靠性評價研究。在對國內(nèi)外輸油管道破壞形式的分析和事故統(tǒng)計的基礎上，得到了我國油氣長輸管道破壞的基本因素，建立了符合實際情況的油氣長輸管道風險故障樹模型，應用灰色關聯(lián)法確定工程實例中管道風險因素的權重，以提高權重分配的合理性。２.本文結合工程實例簡要介紹了目前油氣長輸管道風險評價工作中較為常用的指數(shù)法和其評分標準，并結合故障樹修正了基于權重的管道風險評價指數(shù)評分法中分值的設定。３.本文指出指數(shù)法的缺陷，由于沒有考慮誘發(fā)管道失效因素中的眾多模糊性因素的影響，因此其風險評估結果也不夠精確，個別時還會出現(xiàn)評估結果相互抵觸的現(xiàn)象。本文考慮模糊性因素對風險評估結果的影響，采用模糊數(shù)學理論與方法，將模糊綜合評價與指數(shù)法方法相結合，并將該方法定義為模糊指數(shù)綜合法，對長輸油氣管道進行風險評價，使評價結果更加客觀、精確。在本文的研究過程中，在以下幾個方面有所創(chuàng)新，或者提出了有新意的見解：1.結合國內(nèi)環(huán)境條件、運行狀況和管理技術水平等實際情況，建立油氣長輸管道故障樹，并用灰色關聯(lián)的方法確定風險因素的權重。2.結合故障樹修正了基于權重的管道指數(shù)評分法中評分體系與分值的設定。3.針對指數(shù)法自身的缺陷，結合模糊綜合評價的理論與方法，提出了模糊指數(shù)綜合法，并結合實例與指數(shù)法對比，說明其合理性與可行性。關鍵詞：油氣長輸管道；風險評價；風險管理目錄第11.1研究意義 1.2油氣管道分險評價方法綜述 第2章2.1風險分析及分析的含義 2.2管道風險分析 3第3章3.1指數(shù)法風險評價 3.2指數(shù)法評價的優(yōu)點及歩驟 第4章4.1本文的研究內(nèi)容 4.2本研究方向的展望 6參考文獻 7第1章緒論1.1研究意義隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對石油天然氣的需求日益增加，石油工業(yè)在整個國民經(jīng)濟中的地位日益重要。管道運輸是石油天然氣的主要運輸方式，在石油工業(yè)中占有舉足輕重的地位。目前，世界上長輸管道的總長度已經(jīng)超過2,000,000km，但我國已建成并投產(chǎn)的在役油氣輸送管道不足20,000km，占不到世界總長度的1%。而我國的原油儲量在世界上排第5位，原油產(chǎn)量在世界也排第5位[1]，因此管道的建設與我國經(jīng)濟發(fā)展相比，還相對落后，不能適應經(jīng)濟發(fā)展的要求。這就對我國石油管道運輸?shù)募夹g可靠性、安全性、風險性、經(jīng)濟性提出了更大的挑戰(zhàn)，要求我們要在修建新管道的同時，要切實保證在役管道安全可靠經(jīng)濟的運行。管道的管理、使用部門也越來越關注對管道事故的預測預防能力，在這種情況下，對油氣管道進行風險評價就應運而生了。1.2油氣管道分險評價方法綜述關于管道的風險分析國外已進行了近30年的研究，取得了一定的成績[23]已經(jīng)實現(xiàn)了由安全管理向風險管理的過渡，由定性風險分析向定量風險分析的轉(zhuǎn)化，風險分析已逐步規(guī)范化。如1985年美國BattelleColumbus研究院發(fā)表了《風險調(diào)查指南》，在管道風險分析方面運用了評分法；1992年，W.KentMuhlbauer撰寫的《管道風險管理手冊》[24-25]，詳細敘述了管道風險評估模型和各種評價方法，它是美國在前20年開展油氣管道風險評價技術研究工作的成果總結，為世界各國普通接受且作為開發(fā)風險評價軟件的唯一依據(jù)。該書在1996年再版時作者增加了約1/3篇幅介紹不同條件下的管道風險評價修正模型，并在風險管理部分補充了成本與風險關系的內(nèi)容，使該書更具實際指導意義。目前，它已成為世界各國開展油氣管道風險評價研究工作的指導性文獻。加拿大是從90年代初開始油氣管道風險評價和風險管理技術方面的研究工作[26]。1993年，在加召開的管道壽命專題研討會上，與會人員就“開發(fā)管道風險評價準則、開發(fā)管道數(shù)據(jù)庫、建立可接受的風險水平、開發(fā)風險評價工具包和開展風險評價教育”等研究課題達成共識。1994年，加拿大成立了能源管道風險評價指導委員會，并明確該指導委員會的工作目標是促進風險評價和風險管理技術應用于加拿大管道運輸工業(yè)的階段的實現(xiàn)。英國健康與安全委員會在管道風險管理項目研究中，研制出MISHAP軟件包，用于計算管道的失效風險，并取得了實際應用[27]。另外，英國煤氣公司為其管道系統(tǒng)風險評估開發(fā)出TR.&NSPIPE軟件包，在輸入運行數(shù)據(jù)后評估出該地區(qū)的個風險和公共風險等，并以FN曲線表示輸出。1984年，公司將運用此軟件包做出的評價報告提交給國家“健康與安全部”，有效地解決了英國工程學會制定的TD/I標準與“健康與安全部”所定標準之間的條款沖突。該軟件包代表了風險評估的當時水平，目前己在更新數(shù)據(jù)模式和擴大計算范圍方法得到進一步完善。國外在將風險分析應用到管道維修和管理過程中已取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。如美國Amoco管道公司從1987年采用風險評價技術管理所屬的油氣輸送管道和儲罐以來，已使年泄漏率由1987年工業(yè)平均數(shù)的2.5倍下降到1994年的1.5倍，從而使公司在1994年取得了接近創(chuàng)記錄的利潤水平。該公司的應用實踐表明，完善的風險管理手段可降低泄漏修理和環(huán)保措施的費用，對腐蝕管道采用合理使用原則可明顯降低維修費用。2001年11月，美國頒布了API標準1160“危險液體管道完整性管理系統(tǒng)“和ASMEB31.8標準”天氣管道完整性管理系統(tǒng)“兩項標準，它提供了改善管道安全的方法和手段，幫助經(jīng)營者通過適當?shù)念A防性檢測、評價，實施減輕風險的措施等來改善管道安全狀況，達到減少事故的目的。這兩個標準的生效表明美國的完整性管理已進入依法實施的階段。第2章油氣長輸管道的風險分析2.1風險分析及分析的含義風險存在的前提是有危險。危險可以定義為“可產(chǎn)生潛在損失的特征或一組特征”，而危險轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)實的概率的大小及損失嚴重程度的綜合稱為風險，簡單的說就是:風險=風險概率×損失程度風險分析可以理解為：對計算結果進行詳細地分析，為風險決策提供科學的依據(jù)。風險分析的一般步驟為：(1)可靠性資料的收集。這是風險分析中必須采取的第一步，其重要性不亞于風險分析本身。此時，我們要做的事情之一，就是要弄清楚未知數(shù)有多少。(2)確定研究的目標變量和關鍵變量。目標變量就是計算過程中的衡量標準，如：人的死亡概率、事故的發(fā)生頻率、損失度等。關鍵變量是影響目標變量的主要因素。(3)根據(jù)風險變量建立模型。模型包括風險模型、數(shù)學計算模型等，能否建立一個正確合理的模型對于計算結果的準確性、可靠性有很大的影響。(4)風險變量的定量化。能否找到一個合適的數(shù)學方法將風險變量定量化是科學地進行風險分析的基礎，是決策者決策的理論基礎和衡量標準。(5)風險失效概率的計算。根據(jù)建立的模型運用定量化的數(shù)學方法計算風險因素和子風險因素的失效概率。(6)風險后果的計算。根據(jù)不同性質(zhì)的風險影響后果建立不同的計算模型，找出合適的數(shù)學方法并將其定量化。(7)風險數(shù)的計算。根據(jù)公式：風險=風險概率×風險后果，計算出風險評估的風險數(shù)。風險分析。對計算結果進行詳細地分析，為風險決策提供科學的依據(jù)。2.2管道風險分析管道的風險評估是選用科學的風險分析方法對管道進行風險分析，為管道的風險控制進一步實現(xiàn)風險管理的進一步?jīng)Q策提供可靠的依據(jù)，以便對現(xiàn)有資源進行合理的調(diào)配和利用，在降低風險的同時獲取最大的經(jīng)濟和社會效益。對于已建管道進行風險分析，可以摸清事故原因中可變因素與不可變因素的組成，進行分析和制定安全維護計劃，采取減少風險的最佳對策。對于同一管道系統(tǒng)的不同管道的風險評估，可以明確薄弱環(huán)節(jié)，分清輕重緩急，掌握減少風險的最佳時機。此外，借鑒其他管段系統(tǒng)的事故原因，通過采用數(shù)據(jù)庫查詢的方式，可以查明己建管道系統(tǒng)是否存在類似問題，以防患于未然。對于新建管段，選線時不僅要選擇省工時、省費用的線路，而且要考慮風險小的方案（這方面以前未給以充分重視），通過綜合考慮找出最優(yōu)方案。也就是說，當對多條備用線路互相比較時，要經(jīng)過仔細的計算和認真的評估，求得各條線路的工時、費用、相對風險等，并運用工程最優(yōu)化原理，確定最終線路。這不僅能節(jié)省建設投資，加快進度，方便運行管理，而且能減少管道的風險，從而獲得最大的收益。管道風險評估技術以誘發(fā)管道事故的各種因素為依據(jù)，以影響因素發(fā)展成危險的可能性為條件，以事故后果造成的綜合經(jīng)濟損失為評估指標，對在役油氣管道的安全程度進行綜合評價。通過風險分析，確定管道失效的主要危險性類型。對這種危險的管道失效概率和其后果的嚴重性進行量化。得到風險等級確定高風險管段性質(zhì)和部位，為管道完整性管理提供基礎依據(jù)。第3章油氣長輸管道指數(shù)風險評價3.1指數(shù)風險評價風險指數(shù)法（Riskindexmethod）是指在預警期內(nèi)通過對一系列指標的變動值進行標準化加權綜合處理，最大限度綜合各項指標的權重和貢獻大小，從而合理確定風險程度的方法。指數(shù)風險評價法的運用指數(shù)風險法在此方法下：1）應先將各指標按敏感程度分為先行、同步、滯后三類，優(yōu)先使用先行和同步指標，觀察和參考滯后指標；2）要科學合理地確定各指標的權重大小，這需要綜合考慮歷史經(jīng)驗值、行業(yè)特點、企業(yè)對風險的認識及承受能力等多種因素；3）要確定合理的風險限制或風險指數(shù)標準值，實際計算得出的指數(shù)超過限值時，即風險加大，低于限值時風險減小。3.2指數(shù)法風險評價的優(yōu)點及歩驟1.最為完整、最為系統(tǒng)的一種方法；2.容易掌握，便于推廣；3.由工程技術人員、管道管理人員及操作人員共同參與評分，可以得到各方面的綜合意見。指數(shù)法風險評價的步驟1.對引起管道事故的各種原因進行分類；2.根據(jù)歷史記錄和現(xiàn)場調(diào)查加以評分；3.對評分得數(shù)求和；4.根據(jù)輸送介質(zhì)的危險性和影響大小，綜合評定得出泄露沖擊指數(shù)；5.計算社會相對風險數(shù)和管道相對風險數(shù)；6.得出管道風險評估結論。第4章總結與展望4.1本文的研究內(nèi)容長輸油氣管道的風險評價的思想主要是將風險性評價的結果作為確定管道是否進行檢測、維修和更換的依據(jù)，使管道管理更加科學化。本文著重討論了油氣長輸管道系統(tǒng)的風險分析與風險評價方法，建立了長輸油氣管道的風險故障樹，基于灰色關聯(lián)法確定管道風險因素的權重，在前人研究的基礎之上，結合實例對油氣管道指數(shù)法風險評價體系進行修正，針對指數(shù)法的現(xiàn)有缺陷，結合模糊綜合評價的方法，提出了模糊指數(shù)綜合法，建立模糊指數(shù)綜合法的風險評價體系，并結合實例與指數(shù)法對比，說明了該方法的可用性和可靠性。總而言之，各種風險評價方法本身都存在著優(yōu)缺點，所以在油氣長輸管道項目的風險評價的過程中應從科學性、系統(tǒng)性、適用性以及經(jīng)濟性等方面綜合考慮，認真選擇評價方法，對各個方法的計算結果加以對比分析，并針對項目本身采取合適的風險應對措施和風險監(jiān)控計劃，以達到該項目評價目的要求。4.2本文的研究方向及展望目前，國外的油氣管道風險分析己經(jīng)逐步規(guī)范化，風險評價方法日趨完善。而在我國，有關的研究起步較晚，近年來管道的風險分析與管理研究逐步得到重視，但是從目前現(xiàn)狀來看還有許多研究工作要做，在整個管道領域中，有待進一部作研究的方面主要有：管道可靠性數(shù)據(jù)庫及其分析系統(tǒng)的建立；非埋地管道的研究；油田管網(wǎng)的研究；其它領域管道的研究。比如海底管道、成品油管道、化工管道。以及理論和方法上的進一步研究等等。在管道風險分析領域，為了提高現(xiàn)役輸氣管道風險評價結果的準確性和風險要素評分指標體系的通用性，在風險評估過程中，對有關風險要素的處理必須符合國家相關政策、法規(guī)或者標準的具體規(guī)定，這樣有利于該項技術在油氣管道風險評估應用中的推廣。作為我國油氣管道的主管部門應當聯(lián)合政府有關技術管理機構、科研院所