（化工过程机械专业论文）长输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究.pdf

硕士学位论文 摘要 管道运输行业发展的这些年来，事故发生率较高，其中不乏恶性事故，后果 严重，包括经济损失以及人员伤亡，引起了社会的强烈反响。因此，管道系统的 后期管理，可靠性分析及风险评价也引起来自了各方面的重视。发展和完善这些 技术刻不容缓。 对管线失效事件类型和后果的分析强调出在如何有效的控制有关危险中，预 防是最重要的。管道的风险分析中最主要基本点是在对历史事故数据的分析基础 上进行不同管道系统的风险识别及确认。本文借鉴其它管道系统的事故原因，列 出了管道类型初步分类应考虑的条件和面临的主要风险。列管道类别应陔有区别 的划分：比如天然气管道和输送有危险液体介质的管道。因为不同类别的管道有 不同的性质和危险程度。同一管道系统，不同管段也应该有所划分，这样才能准 确了解各薄弱环节，分别轻重缓急，掌握减少风险工作的最佳时机，将风险因素 控制在管理者容许的范围之内。 故障树分析是适合用于大型复杂系统的可靠性和安全分析的一种技术。应用 故障树分析的原理建立了基于破裂和穿透两种失效形式的长输油气管线故障树， 对故障树进行定性分析，求出最小割集，识别了引起管道失效的主要影响因素。 故障树分析法从本质上讲还是一个容易进行定量计算的定性模型。因此，可以以 此模型进行管道定量风险分析。 长输管道系统中由于缺乏足够的现场数据及实验数据，因此利用模糊故障树 分析法对长输管线系统进行分析。以长输管线主要风险因素故障树为模型，采用 三角模糊数表示事件发生的概率，计算管道失效概率，并将模糊重要度分析的新 方法一中值法引入长输管线系统的故障树分析中来，给出了讨算方法及步骤，并 用模糊重要度法对故障树基本事件进行排序。为处理跃输管线故障树中的模糊问 题提供了一种研究思路。 运行中的油气管线是一个复杂的系统，这个系统中部分信息已知，部分信息 未知，因而可以将它看作是一个灰色系统。同样以长输管线主要风险因素故障树 氏输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 为模型，运用灰色系统理论中的灰关联分析进行故障树诊断的综合分析。通过进 行关联度计算及排序，对各种故障模式发生的可能性大小做出了判断，从而为处 理事故的轻重缓急、控制事故的发生、改进系统可靠性和安全性提供了理论依据。 得出结论，提出观点：应该首先借鉴国内外已有数据、经验，将管道分类分 段细化，建立每个管段的独立简化故障树。再进行定性定量分析，以找出薄弱管 段，危险因素，以及提高系统可靠性需要注意的基本事件危险程度大小和排序， 为管道的管理运行提供具体的数据理论基础。 关键词：管道；事故；风险；故障树；定量风险评价：模糊；灰色 i i 硕士学位论文 a b s t r a c t a c c i d e n t si n p i p e l i n e sh a v eo c c u r r e df r e q u e n t l yi n t h ep a s tp e r i o do fp i p e l i n e s t r a n s p o r t i n gd e v e j o p i n g t h ep i p e l j n ea c c i d e n t sw h i c hi n c l u d en o taf e wm a l i g n a n t a c c i d e n ti n v 0 1 v e ds e r j o u sc o n s e q u e n c e ss u c ha sc a s u a l i ya n de c o n o m j c1 0 s i n g p u b l i c t o l e r a n c ei sn o wd e c r e a s j n g t h e r e f o r e ，r i s kr e d u c t i o ni nh a z a r d o u sp i p e l i n e si sm o r e a n dm o r ei m p o r t a n t ，s u c ha s ：i m p r o v e m e n to fm a n a g e m e n ts y s t e m ，r e h a b i l i t ya 玎d “s k a n a l y s i s t h ea n a l y s i so fm a j o ra c c i d e n t sj nh a z a r d o u sp j p e l i n e su n d e r l i n e sh o wt h e s y s t e m a t j c c o 玎t r o 】o ft h eh a z a r d sj n v o l v e dj se s s e n t j a lf b rp r e v e n t j o np u r p o s e s 1 d e n t i f i c a t i o no fp i p e l i n eh a z a r d sa s s o c i a t e dw i t ht h ed i f f e r e n tp i p e l i n e s y s t e m f u n c t i o n sj se s s e n t j a lf o rr i s ka n a l y s i sa n dh i s t o “c a ld a l aa r eo fg r e a ti m p o r t a n c e 1 nt h e “g h o fp i p e l i n ea c c j d e n t so c c u r r e dj nr u s s i a ，e u r o p ea n dt h eu s ，d u r i n g7 0 s - 刀e a r l y9 0 1 s ，a n a n a l y s j sh a sb e e nc a r i i e do u t ，w j t ht h ea j mo ff u l lu n d e r s t a n d i n gl h ea c c j d e n t sa n d a c c j d e n t a lc a u s e sa st op r o v j d ear e f e r e n t i a le x p e r i e n c ef o ri h ed a i l yo p e r a t i o ni nt h e l y p ee l e m e n t a r yd j v j s i o no fp i p e 】i n e d j s t i n c t i o ns h o u l db em a d eb e t w e e ns e v e r a l c a t e g o “e so fp i p e l i n e se g g a sa n dh a z a r d o u sl j q u i d sp i p e l i n e s ，s j n c et h ea s s o c i a t e d r i s k sa r eo fd i f f e r e n tn a i u r ea n d1 e v e l i ti sa l s oi m p o r t a n tt od i s t i n g u i s hb e t w e e nr i s k s a s s o c i a t e dw i t hd i f f e r e n tf u n c t i o n so fp i p e l i n es y s t e m s f t a ( f a u l tt r e ea n a l y s i s ) i sa ne f f e c t i v em e t h o dt oe v a i u a t et h er e l i a b i l i t ya n d s e c u r i t yo fl a r g ec o m p l e xs y s t e m u s j n gt h i sw a y ，t h ef a i l u r eo fo j ia n dg a sp i p e i i n es i s d i s c u s s e d t h ef a u l tt r e eo fo i la n dg a sp j p e l i n e si se s t a b l j s h e db yc o n s j d e r i n gt w o m a j o rf a i l u r em o d e so fp i p e n e s ：l e a k j n ga n dr u p t u r e a 1 1t h em i n i m a lc u t s e t sa r eg o t t h r o u 曲q u a l i t a t i v ea n a l y s i s t h eb a s i cr i s kf a c t o r sa r ei n v e s t j g a t e dt h a tc a u s ef a m i r e o fp i p e l i n e s f a u l tt r e ei sa l s oam o d e it h a tq u a n t i t a t i v ea n a l y s i si sb a s e du p o n 1 nt h ef a u l tt r e eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fo i la n dg a sp i p e l i n e s ，d u et o1 a c k i n go ft h e e n o u 曲t e s t - d a t aa n d “e l d - d a t a ，t h ef u z z ym a t h e m a t j c sa n a l y s i sm e t h o dj si n t m d u c c d t r i a n g u l a rf u z z y - n u m b e rd e s i g n a t e dp r o b a b i 】i t yo ft h eb a s i ce v e n t sj nf a u l tt r e e an e w m e t h o d - m e d i a nm e t h o df o ra n a l y z i n gf u z z ys i g n i f i c a n c ew a sp r o v i d e dt oo r d e rt h e b a s i ce v e n t si nf a u i it r e e t h ep r o c e s so fc a l c u i a t j o na n ds t e p sw e r ep r e s e n t e di nd e t a i l t h ef u z z yp r o b a b i l i t yo r d e ra n dc l a s s c a t i o na r ea l s of o u n d t h em e t h o dg i v e ni nt h i s a r t i c l ei san e ww a yt ot r e a tf u z z yf a i l u r ep t o b a b i l i t yo fe v e n t si no i la n dg a sp i p e l i n e s 0 i 1a n dg a sp i p e l j n e sc a nb er e g a r d e da sag r e ys y s t e mf o rj t sc h a r a c t e r i s l j ca n d g t e yt h e o r y ，g r e yc o i r e l a t i o na n a l y s i si sa p p 】i e di nt h em o d e li d e n t i f i c a t i o no ft h ef a u l t d j a g n o s i sa n df a u l l t r e e a n a l y s js t h ep o s s j b i l i t yo ff a u l tm o d e lc o u 】d b e i u d g e d c o r r e c n yi 几f h ef a u 】tt f e ea n a l y s j s ，w h i c hp r o v i d e sas c j e 力t j f i cb a s i sf o rf a u l ih a n d l i n g 长输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 i no r d e rt oj m p r o v i n gt h er e l i a b i l i t ya n ds e c u r i t yo fl h es y s t e m t h ep a p e ri sc o n c l u d e dw i t ht h ep o i n to fv i e w d e t a i l e dd i s t i n c t j o ns h o u l db em a d e b e t w e e np i p e l i n e s ；i h ed i f f e r e n tf a u l tt r e es h o u l db ee s t a b 】j s h e da c c o i d i 旦t od j f f e r e m p i p e i i n e sa n dd i f f c r e n tp a r to fp i p e i i n e ；a p p r o p r i a t eq u a n t j t a t i v ea n a l y s i sb a s e du p o n f a u l tt r e es h o u l db ea p p l i e d ；as c i e n t i f i ca n dd a d ab a s e ss h o u l db es e tu pf o r m a n a g e r k e yw o r d s ： p i p e l i n e ；r i s k ；q u a n t i t a t i v er i s ka s s e s s m e n t ；f a u l tt r e ea n a l y s j s ； f u z z y ；g r e y 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名 日期：彤年f 月习日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许l a 文被查阅和借 阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位沦文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：杨獭 导师签名：和荔 日期：劢年j 月刁目 日期：年月日 硕士学位论文 第1 章绪论 许多地区，有些具有危险的管道没有进行风险评估，或者没有被国家安全规 范考虑。虽然在设计和铺设输送危险介质管线经过敏感的或者人口稠密地区时， 也参照了全面的设计验收规范执行。但在管道运行的这些年来，事故发生率还是 比较高，带来了非常严重的后果，包括经济损失以及人员伤亡，引起了社会的强 烈反映 “。因此管道系统的后期管理，可靠性分析及风险评价也越来越引起来自各 方面的关注和重视。 1 1 课题背景 我国的管道运输起步晚，且管道运行管理目前情况亦是如此，甚至还相对落 后。截止目前为止，世界上长输管道的总长度已经超过20 0 00 0 0 k m ，但我国已建 成并投产的在役油气输送管道不足20 0 0 k m ，占不到世界总长度的1 【引。而我国 的原油产量在世界上排第5 位，原油产量在世界也排第5 位，因此管道的建设与 我国经济发展相比，并不能适应经济发展的要求，还有很大的发展空间。因此， 在以后的发展阶段，管道系统的可靠性分析更应该引起足够的重视。我们要在修 建新管道的同时，要切实保证在役管道安全可靠经济的运行。这就对我国输送危 险介质的油气管道运输的技术可靠性、安全性、风险性、经济性提出了更大的挑 战。 油气泛指原油、成品油、液化烃、可燃液体化工品及可燃气体等，它们普遍 具有易燃易爆及有毒等特性。但它们却是人类社会不可缺少的能源和原料。为了 将这些重要的能源和原料运送到最需要的地方去，管道输送是最重要的手段。所 谓油( 气) 长输管道是指长距离输送原油( 成品油或油产品) 或天然气的管道， 一般其长度在2 5 k m 以上【3 】。 输送危险介质的油气管线失效可能造成严重的危害，可燃或有毒物质泄漏是 引起许多悲惨意外事故的开始事件。公众和社会对环境污染和意外事件的宽容度 现在_ l _ f 在减退，同时，意外事件发生之后，管理者所要承担的责任则越来越大。 尽管危险事件在全世界屡屡发生，但跟铁路，公路运输相比，管线输送仍然被认 长输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 为是输送大量危险物质的最安全模态之一。 1 2 现役油气长输管线运行现状 近几年，美国，俄罗斯、加拿大、英国、阿根廷、委内瑞拉等欧美国家发生 过多起油气管道爆裂、泄漏事故，损失惨重，给社会造成极大影响。当今，在全 球范围内，有超过一半的管道己经进入老龄阶段( 我国长输管道有8 2 的管龄已 经超过2 4 年，6 6 的超过2 5 年) 【4 1 ，更存在不少事故隐患。在2 0 世纪8 0 年代前 后，国外( 欧美及前苏联) 油气管道的事故率约在4 6 1 0 4 拥年曲。据美国管 道安全办公室统计，从1 9 8 6 年1 月到2 0 叭年1 2 月的1 6 年间，全美输气干线共 发生事故12 8 6 起，死亡达5 8 人，受伤2 1 7 人，财产损失2 8 4 亿美元【 。这些在 第二章中会有详细叙述。 我国石油天然气管道的生产和使用是随着石油工业的兴起而逐步发展起来 的。我国第一条长输管道是1 9 5 8 年建于克拉玛依一独山子炼油厂的双线输油管 道。随着石油天然气的开发，我国迎来一个长输管道快速发展的时期，从上个世 纪9 0 年代中期逐渐进入高潮，目前我国正处在长距离输送油f 气) 管道建设的高峰 期，在今后的几年里将形成东西南北相互贯通的管道网络。近几年来随着国家“西 部大开发”战略的实施，我国已经建成的或正在兴建中的管道有：西气东输天然 气管道、涩北西宁一兰州天然气管道、兰州一成都一重庆成品油管道、茂名至 昆明成品油管道、忠县至武汉天然气管道、宁波一上海一南京进口原油管道、环 珠江三角洲液化天然气管道、镇海至萧山成品油管道，以及平湖至上海的海底天 然气管道等。正准备兴建的管道还有中俄天然气管道、中俄原油管道，远景规划 可能还有吐库曼斯坦至中国的天然气管道、西西伯利亚至中国天然气管道，以及 苏里格气田的外输管道等【2 1 。2 0 0 2 年我国国内共有输油( 气) 管道2 6 1 0 4 k m ，这 些油气管线分布在全国2 4 个省，市，自治区，形成了东北，华北，华东，中原和 西北的地下大动脉 8 】。沮是长期以来，由于管理分散、法规不健全，技术水平落后 等原因，管道普遍缺陷严重，带“病”运行，每年因第三方破坏、腐蚀、误操作 等原因造成泄漏与爆炸事故也时有发生据不完全统计，仅输油管道在近3 0 年内共 发生大小事故上千次；天然气管道也发生事故几百起吲。 碗七学位论文 1 3 课题研究意义 对管线失效导致的意外事件的分析强调出在如何有效的控制有关危险中，预 防是最重要的。从过去的意外事件得到的教训中，我们明白必须落实相关的标准 和规范。因此，长输管线的安全可靠性和风险性评价是项非常重要的工作，发 展和完善这些技术刻不容缓f 9 。引。 我国在大型的管道工程建设、运行管理、日常维护、事故检测和故障排除等 方面缺乏经验和技术。为保证管道安全运行，必须从管道建设的每个环节入手， 借鉴国外建设和运营管理的经验，以防为主，杜绝事故隐患。为此，针对国外管 道建设大国如俄罗斯、欧洲以及美国管道事故进行了专项分析和比较，旨在了解 国外管道事故状况，分析其原因，以便得到可以借鉴的经验。以防患于未然【6 1 。 管道可靠性研究【1 4 】的主要任务是分析管线系统( 包括设备) 的故障模式及原 因，计算单元或系统的可靠性，研究单元或系统故障对管路输送的影响找出系统 的薄弱环节，提出改善和提高系统可靠性的具体而有效的措施，根据可靠性分析 的结果确定最优的设备备用系数、维修能力、物质计划和必要的油气事故储备量 i 1 5 】。对于同一管道系统的不同管段的可靠性分析，可以准确了解各薄弱环节，分 别轻重缓急，掌握减少风险工作的最佳时机，将事故隐患消灭在萌芽状态，避免 事故的发生，将风险因素控制在管理者容许的范围之内。本文在进行可靠性分析 时使用了故障树分析方法。 管道定量风险评价( q r a q u a n t i t a t j v er i s k a n a l y s j s ) 1 3 ，1 6 1 7 】作为管道风险管 理的基础，其目的是通过计算某段管道或整条管道系统的风险值对各个管段f 或各 条管道) 进行风险排序，以识别高风险的部位，确定那些最大可能导致管道事故和 有利于潜在事故预防的至关重要的因素、确定管段维护的优先次序，为维护活动 经济性的决策提供依据，最终使管道的运行管理更加科学化。定量评价法是管道 风险评价的高级阶段，是一种定量绝对事故频率的严密数学和统计学方法，是基 于失效概率和失效结果直接评价的基础上的。其预先给固定的、重大的和灾难性 的事故的发生概率和事故损失后果都约定一个具有明确物理意义的单位，所以其 评价结果是最严密和最准确的。通过综合考虑管道失效的单个事件，算出最终事 故的发生概率和事故损失后果。定量法给面临风险的管道经营者提供了最大的洞 k 输汕气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 察能力。定量法的评估结果还可以用于风险、成本、效益的分析之中，这是其它 定性评价怯( 0 u a l i t a t i v e 蹦s k a n a l y s i s ) 做不到的。然而目前大多数研究工作集中 于生命安全风险或经济风险。而液体管线失效的环境破坏风险还不能定量评估， 生命安全风险、环境破坏风险和经济风险的综合评价也尚未有合适的方法：另外， 定量风险评价需要建立在历史失效率的概率统计的基础之上，而公用数据库一般 没有特定管线的详细失效数据，公布的数据也不足以描述给定管线的失效概率。 虽然对管道风险评价已经引起了各方面越来越多的关注，也提出了各种评价 方法。但总的来院，定量风险评价在长输油气管道上的应用还是一个新领域，在 国内尤其如此。管道进行可靠性分析和进行定量风险评价则可以帮助其达到以下 这些目的【1 8 。2 0 】。 ( 1 ) 减少事故损失 众所周知，事故可能导致管道的破坏和停运、人员的伤亡、环境的破坏，而 这些最终都会给管道公司带来巨大的经济损失，这些损失少则几十万、多则上亿， 后果极为严重【1 8 】。因此，分析管道失效影响因素可以预测预防事故的发生，也就 减少了或避免了事故带来的经济损失。 ( 2 ) 节约维修维护费用 由于资金问题，使新管线铺设受到限制，继续使用老管线比更换新管线更具 吸引力，但必须对老龄管道的风险进行控制并进行及时的维护维修以确保其安全 运行。管道风险分析是风险管理的基础，是安全生产的需要，是对管道进行全面 和科学管理的重要方面。对在役油气管道，摸清事故原因中可变因素与不可变因 素的组成，进行分析、排队，以制定恰当安全维护计划，并应针对性的采取减小 风险的最佳对策，这些都避免了管道维护维修方面的资金和资源浪费。 ( 3 ) 带来实在经济效益 从另一个角度来说，由这类分析导致的一定的安全投入( 具体投入数量视具 体项目、工程定) ，会给管道运营带来更多的无限的实在经济效益。一方砸事故率 会大幅度减少，事故造成的直接损失和间接损失也就相应大幅度的减少；另一方 面由于管道长期没发生事故( 事故率很少) ，管道管理者没有心理的压力，可以全 身心地投入到工作中，从而使管道运营水平维持在一个较高的水平上。另外，投 入到风险管理中一部分经费被用作对管理人员岗位安全知识的培训，或被用来进 d 硕士学位论文 行经常性地安全检查，管道整体的安全管理水平得以提高、安全意以得到加强。 从生产力角度讲，作为影响生产力水平的重要因素一人力资源的素质得到提高， 那么生产力就会大大提高，这也会给管道的运营管理带来不可估量的经济效益。 从更深的角度讲，由于对管道安全的管理，事故减少，造成的坏境污染也小了， 这于管道公司、于国家以及于整个人类而言这都是一种效益，它大大节约了公司、 国家或人类用来治理环境的费用。 1 。4 本文的主要内容 ( 1 ) 对其他国家地区( 欧洲、美国、前苏联) 管道运输发展中管线所发生的 事故进行研究，尝试对收集来一些事故数据进行分析，研究它们所显示出来的特 性。 ( 2 ) 用故障树分析法对长输油气管线进行研究，建立故障树。定性分析，找 出主要的风险因素。 ( 3 ) 对长输管线主要风险因素故障树应用模糊理论和扶色理论分别进行定量 分析。 艮输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 第2 章管道的主要风险 输送危险介质的管线可以被定义为一个以输送( 从一个装置到另一个装置) 为前提和任务的一个系统。这个系统应该也包括输送中任何一个泵站和其他任何 完整的设备及站点阻2 “。管线系统按照其功能可以被分为传输，聚集和分配。传 输线路( 干线) 通常是越野的高压线，埋于地下或在水下。其中陆地管线是现有管 网的主要组成部分。本文所讨论的管线系统也指陆地长输管线 这一章主要对陆地长输管线所发生的事故进行研究，尝试对收集来一些事故 数据【1 ，5 ，6 ，2 1 ，2 3 】( 也就是有关失效频率和主要后果的一些数据) 进行分析，研究 它们所显示出来的特性。 2 1 管道风险 风险是指人们从事某项活动时，在一定时间内可能发生的危害【1 0 】。这种可能 危害来自两个方面：一是风险事件发生的可能，即其风险概率，二是风险事件发生 后的严重后果，即风险后果。一般定义为事故单位时间内发生的概率与该事故的 后果( 生命与财产损失或损伤及其他损失) 的乘积。若以p ( p r o b a b i l i t y ) 代表风 险概率，c ( c o n s e q u e n c e ) 代表风险后果，则风险r ( r i s k ) 可简单表示为：r = p c 。 据此，油气管道风脸可以定义为油气管道失效后果的数学期望，失效后果可用失 效损失来度量【”。 风险本身就是既具随机性，又具模糊性。风险不是危险，它是发生灾害( 损 害) 潜在可能性的一种量度。危险是风险存在的前提，危险可以定义为“可生产 潜在损失的特征或一组特征”。危险转变为现实的概率的大小及损失严重的程度的 综合称为风险。危险是无法改变的，而风险却在很大程度上随人们的意志而改变， 即按照人们的意志可以改变事故发生的概率和( 或) 一旦出现事故后，由于改进防范 措施从而改变损失的程度。 2 1 1 管线系统功能 对于一项完全的风险分析，将危害辨识与管线系统中的不同的输运功能类型 联系起来是必不可少的，即管道所输送的介质类型，相关设备等。在几类常见管 一h 碗： ：学位沦文 线系统( 如天然气管线系统，原油管线系统等) 中，除了管道的主体之外，还包 括【1 l ： 接收端，中间段和储备端； 泵，压缩机； 分离排放； 处理： 集配站，计量站和其它的测站，如阀站、供给站。 危险因素被识别之后，管道潜在的安全性可以提高，而且可能的话，危险源 出会减少。因此，应该识别每个管线系统中的每个功能部分中的危险源。 危险源在管线系统的寿命期间，可能与若干活动行为有关，包括设计，路线选择， 材料，焊接，腐蚀保护和构造，操作，压力控制，检测和更换。然而，目前有效的 事故数据并没有都提及有关的系统功能部分，因此，这样的风险分析不能得到足 够的历史数据支持。我们只能尝试对现有数据进行分析，希望能对以后的设计、 运行、管理提出促进性建议。 2 1 2 事故原因 已经被油气储运行业识别的几种事故原因【1 ，5 6 ，2 4 1 类型通常被分为以下六种： 外部的干扰( 主要指第三方破坏) ； 腐蚀； 构造缺陷和机械或材料失效； 基础移动或自然灾害； 误操作； 其他的或未知的因素。 前三类原因能在大多数的官方报告中找到。通过对事故数据的更进一步分析， 可能得到更为详细的失效原因，比如疲劳裂痕，熔接缺点，内部的和外部的腐蚀， 应力腐蚀，误操作，违规，等等。以上的这些分类是我们从对过去事故的分析中 得到的最多的教i | | 。然而，值得注意的是任何一个一般的机械失效都不会有个 明确的潜在原因，系统失效和人为过失也是如此。 外部干扰，多指使用机械并与干扰有关的第三方活动。这已经在油气工业管 长输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 道里被认为是主要的故障机理。在保证管道的精确埋深记录及时提供给任何一个 地区的承包商的前提下。外部干扰已被管道工业清楚鉴定为事故因素，事件的触 发与操作者或建造者的活动并不不相关。除此之外所有的其他类型的事件都与操 作者是否遵循安全管理规范有某种联系。 腐蚀，包括所有形式的腐蚀。腐蚀成为另一主要事故因素的原因是管线的老 化，由结构和材料缺陷( 在加工或制造期间引起) ，并时常与关联的设备有关系。 腐蚀己被广泛地研究，是很多文章的主题。针对腐蚀，许多管道缺陷检测方法现 在被普遍应用，相信在个完整的维护程序的框架内，相关的方法和工具被使用 时，可能防止事故发生。然而，管网巨大和老化仍旧是个难以解决的问题。 2 1 3 从重要事故中得到的结果和教训 下面首先引述三个例子【2 5 1 ： 1 9 7 7 年在溪宾夕凡尼亚州，丙烷油管破裂并起火，2 人伤亡，损坏巨大。 1 9 8 9 年在加州，汽油蒸气爆炸，引起列车脱轨，并带来许多意外事件 和财产损失。 1 9 9 3 年在委内瑞拉，天然气管线爆炸，卷入在高速公路上行驶的一辆 大巴和9 辆轿车，引起超过5 0 个意外事件。 管道事故能造成非常严重的后果，这会被经常重复强调。 由许多事故得到的典型教训包括对外界干扰的控制，强烈腐蚀的检查，安全 操作和养护程序的准备和应急计划。但似乎在某些情况下，纯粹的机会，例如事 故中事件发生的精确时间，在事故的发展中起重要作用。举例来说，在委内瑞拉 事故中，结果由于爆炸在交通堵塞时并接近于一条高速公路发生，结果酿成巨大 的悲剧。 另外管道工业还面临长期未被发现但可能会造成严重后果的泄漏隐患。其中， 起未被发现的长时间气体泄露是在1 9 8 9 年在前苏联发生，并且以结果造成6 0 0 人死亡和5 6 8 人受伤成为管道历史上最严重的事故。泄露长时间未被发现还会造 成水和土壤的污染。1 9 9 0 年的一个典型的事件就能说明这个问题的严重性，原油 泄露二十年未被发现，最终漏失量达5 70 0 0 m 3 ，导致亚马逊1 00 0 0 k m 2 的一个雨 林被污染。 硕士学位论文 尽管在这些 下面两个例子：1 年3 0 00 0 0 m 3 的 造成了严重的环 费。 据得 建议 防政 2 2 年采用了更加先进的检测方法，但大的泄露事件仍有发生。比如 9 9 1 年在美国明尼阿波利斯市5 78 0 0 m3 的原油泄露，前苏联1 9 9 4 原油泄露。欧洲的国家也已遭受多次的泄露事件( 主要为原油) ， 境污染。如此的泄露虽很少有致命的后果，但会是巨大的资源浪 纵览管道事故带来的长期危害或短期危害，应该将由广为人知的事件公布数 到的统计趋势特征和个别的特殊事件进行比较研究。虽然跟随事故后评估的 通常是针对具体类型事故的，但是，由某特性的事件可以认识到，事故预 策中应采取不同的尺度。 事故数据来源 2 2 1 数据收集 事故分析中，最基本的是收集较长期间内的大量数据样本，这也是为了获得 代表性的频率数据并且衡量事故引起因素的权重。数据应该从包括管道( 例如气 体，油) 和管网以及可能失效的管道附属设备的全部类型的大范围来收集。 经过参词了大量相关文献资料【1 ，5 ，6 ，2 1 ，2 5 。2 7 1 后，本文引用了许多西方( 包括欧 洲、美国、前苏联) 已有事故报告数据。并重新整合，进行相关分析。西方的管 道运输行业已有多年历史，七十到九十年代是欧洲美国以及原苏联长输管道建设 迅猛发展时期，并且数据资料相对国内规范全面。我们可以通过借鉴这些已有资 源，对未来一段时期我国油气储运行业发展及管道建设过程中可能遇到的问题得 出有意义的建议和结论。 收集到数据的主要部分是油气管线的事件( 燃气、原油和油产品) ，适用于氨 水，氯和其他危险的液体和气体的数据很有限。采用美国运输部( d o t ) 的使用的分 类可以把这些数据分为两个主要方面： 天然气管道事件 危险的液态油管事件( 主要是原油和油产品) 国际上认为事件数据库为不同目的而收集建立，因此以数据库呈现的数据收 集和分类明显不同。事件的内容局限于他们的个体报告收集标准，并且这些标准 也会随从中收集事件资料的系统改变而改变，例如1 9 8 4 年的u sd o t ( 美国运输 【受输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 部) 标准和c o n c a w e ( 石油公司；欧洲的组织) 在1 9 9 5 年的油管报告制度 r c o n c a w e ，1 9 9 6 ) 。考虑到上述限制条件，在分析数据前检查报告来源采用的标 准是必要的，标准被使用的时间和事件来源结果须一致。( 参阅第3 3 部分) 2 2 2 事故数据来源 本文引用的管道事件数据主要是来自下列数据源的数据： ( 1 ) 欧洲气体事故组织( e u r o p e a ng a si n c i d e n tg m u p ) 。e g i g 收集了的所 有的1 9 7 0 以后的天然气管道输送事故。八个e g i g 机构分别设在英国、丹麦、西 班牙、法国、荷兰、德国、比利时和意大利。 ( 2 ) 美国运输部门油管安全办公室( u s d e p a r t m e n to f t f a n s p o r t a t i o n o f f i c eo f p i d e l i n es a f e t v ) 。u sd o t 的管道安全办公室经政府要求收集了1 9 7 0 年后美国所 有气体和有害液体管道公司的陆上及海底输运事件数据。 ( 3 )c o n c a w e ，欧洲环境、卫生安全石油组织。c o n c a w e 从1 9 7 0 年 起每年对西欧的管线进行数据统计，分析，总结。 ( 4 ) v n i i g a s ，所有的俄国关于天然气技术的科学( 研究) 院( 协会) 。 v n l i g a s 在前苏联进行在天然气管道方面的研究。 这些研究包括1 9 8 1 到1 9 9 0 年的管道失效记录。 ( 5 )f a c t s t n o 。f a c t s 是一个收集来自报告和公开文献数据的独立数 据库 数据分析的主要目的是从过去的事故中得出教训，提供给以后的管理和控制。 并用于尺寸设计和管道操作。 本文中直径小于5 m m ，压力小于1 5 b a r 的管道事故不予考虑。 2 2 3 事故数据来源报告标准 上述所有来源中的事故有不同的标准【“。有些时候，收集报告标准没被确定或 者没有明确公布。我们假定数据的可靠性不能是有保证的，除非取自与指定标准 一致的来源，或者在在报告内有共同协定，并且这些协定标准是多年被一贯使用 的。 2 2 3 1 天然气 对于在e g i g 数据库中被记录的一个事件，它应该包括气体的非故意的释放， 埘十掌位论文 并有大于1 5b a r 的设计压力，而且超过了安全防护装置，这也包括除了管道本身以 外的阀门或者其他部分。 美国运输部门油管安全办公室( 0 p s ) d o t 采用的报告标准已经在1 9 8 4 年被 重新校订以减少收集数据量。自从1 9 8 4 年7 月以后，无论管道经营管理者的大小， 集输管线事故须报告给油管安全办公室，当它： 包括一个管道的气体或者l n g 释放，或者l n g 设施的气体释放； 带来死亡或必须入院治疗的人员伤害，或 估计的财产损失，包含运行中泄露的气体或者其他，或者两者兼有，大 于$ 5 0 0 0 0 。 导致l n g 设施紧急关闭； 在操作的判定中是值得重视的，即使它未达到标准。 好像只有主要事故需要在美国联邦规章要求下报告，这与欧洲的报告标准有 很大不同。e g i g 记录的事件主要局限于管身，因此与设备及站点操作有关系的 操纵失误引起的伤亡和气体起火经常不被在e g i g 记录，因为所有的结构，压缩 机，调节器的检测站，清管操作，等等都没有包括。前苏联没有针对大直径的高压 的气体总管的v n i i g a s 具体收集标准。 2 2 3 2 危险液体 c o n c a w e 为了研究需要，将条连接两地穿越20 0 0 k m 的陆地管道定义为 值得报告的管线。这包括中间泵站、阀站、清管设备和任何的连接了的贮藏装置。 管线的起点泵站是否包括在内取决于它与起始地点的关系。c o n c a w e 记录的 1 9 9 5 年事故中，网络操作的工作人员也被添加了进去，从而改变了事故源的系统 叁数。 在美国，危险的液体管道操作者，包括跨州和州内操作者，被要求根据1 9 8 5 年修正的标准进行报告。但是一次值得报告的事故不会因为修正被影响，即泄露 或者： 爆炸或火灾，不是操作昔故意引起的： 有超过5 0 桶的产品损失； 每天进入大气超过5 桶的挥发性液体： & 输油气管道故障树分析的定龄风险评价方法研究 造成死亡或人身伤害，或估计财产损害超过$ 50 0 0 。 应该提到，u sd o t 保存的油气管线的事件记录中包括集中于结果的数据，尽 管当时e g i g 和c o n c a w e 的主要记录是事件的直接原因。 2 2 4 管网的发展和特点 e g i g ，c o n c a w e 和u sd o t 所管理的系统管网的发展及特点如下： 2 2 4 1 天然气 e g i g 有1 7 7 x 1 0 6k m 长的数年陆上管道输运经验，这表现在1 9 7 0 19 9 5 年间 e g i g 所管理的网络的累计纳入率上，到1 9 9 5 年参与管理网络的管道总长度大约 是9 97 0 0k m ，今天欧洲的传输网总长度约计是1 8 00 0 0k m 。纳入管理系统的管 道几乎5 0 直径在5 。1 6 ”的范围，2 0 直径大于3 0 c m ( 见图2 4 ，2 5 ) 。大多 数的油管( 7 0 ) 是在】9 6 4 和1 9 8 3 年期间建造的。欧洲然气管网的快速发展由图 2 1 ( e g i g 系统的主要贡献) 可以看出。直径和压力在图2 2 和图2 3 中列出。 图21e g i g 天然气管道系统1 9 6 “19 9 5 年间长度、纳入量和吞吐量的发展 f i g 2 1d e v e i o p m e n to fl e n g t h ，e x p o s u r ea n dt h r o u g h p u i1 9 6 4 _ 1 9 9 5 g a sl r a n s m i s s i o ns y s t e mo fam a j o r e g i gc o n t r i b u t o r 硕士学位论文 直径，英寸 图2 219 9 5 年纳入e g i g 天然气管道系统的管径分配 f 培2 2e 。p o s u r eo fg a st r a n s m i s s i o ns y s t e mb yd i a m e t e ro fam a j o re o i gc o n t r i b u c o ri n1 9 9 5 2 5 0 2 0 0 15 0 1o o 5 0 o 16 2 52 6 3 53 6 4 54 6 - 5 55 6 6 56 6 - 7 5 7 5 压力，b a r 图2 3 19 9 5 年纳入e g ig 天然气管道系统的压力分配 f i g 2 3e x p o s u r eo fg a st f a n s m i s s i o ns y s f e mb yp r e s s u r eo fam a j o re g i gc o n t r i b u t o ri n1 9 9 5 可以看到当生产能力有迅速发展时，e g i g 的系统长度随时问呈线性增大，较 小直径管道占系统大部份，但运行压力却在狭窄的压力范围内波动 美国报告的陆上集输管道长度从1 9 8 4 到1 9 9 0 年间保持稳定。整个网络总长 达5 0 00 0 0 k m ，9 0 的主要部分是带涂层管道。气体管道自从1 9 3 0 以后就已经开 始安装，但是管网是在六十和七十年代才有迅速发展的。在1 9 7 0 到19 7 5 年间， 管网的长度没有精确统计，但是约比1 9 8 4 年的短。大约5 0 的系统管道直径在 4 2 0 ”这个范围，约2 0 直径大于2 8 ”。 乏输油气管道故障树分析的定量风险评价方法研究 u sd o t 和e g i g 的集输管道系统长度和直径关系中使用了基本有效的数据， 列于图2 4 和2 5 。u