（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）海底管线关于锚泊作业的量化风险评估.pdf

中文摘要 近海石油工业的不断发展，使得海底管线在近海石油及天然气的大量开采 运营中得n t 广泛应用。为了避免海底管线事故的发生，将风险控制在管理者容 许的范围之内，很有必要对其进行风险评估方面的研究。 海底管线所遭受的碰撞破坏是管线破坏的主要原因之一。管线的碰撞主要 是由偶然性载荷造成的，其中由锚泊作业所引起的管线破坏是其中的一个重要方 面。 本文以概率论为基础，参考了“d n v - r p f 1 0 7 ”中对坠落物的风险评估方法， 结合工程的实际情况，描述了在不同锚泊作业下锚与锚链撞击海底管线的概率模 型以及撞击概率的计算过程。对撞击发生概率，主要采用概率统计方法；对于撞 击能量，采用基于统计数据和试验基础的“能量带”方法。在对相应风险后果进 行分析的前提下，运用风险矩阵的有关理论进行了最后的风险评估与管理。这些 都为海底管线的风险评估提供了有价值的参考，并在工程上具有实用性的价值。 关键词：海底管线风险评估锚泊碰撞风险矩阵 a b s t r a c t w i t ho i li n d u s t r yd e v e l o p i n gp e r s i s t e n t l y , o f f s h o r ep i p e l i n ei s w i d e l yb e i n g m a d eu s eo fi no c e a ne x p l o i t a t i o no fo i la n dn a t u r a lg a s i ti sn e c e s s a r yf o ra v o i d i n g a c c i d e n to c c u r r e n c ea n dc o n t r o l i n gr i s ki np e r m i s s i b l es c o p et om a k er e s e a r c h e so n t h ee v a l u a t i o no fo f f s h o r ep i p e l i n e i m p a c ti st h em a i nr e a s o no fd a m a g et h a to f f s h o r ep i p e l i n ei ss u f f e r e df r o m i t m a i n l yd u et od a m a g eo fa c c i d e n t a ll o a d s ，a n da n c h o r i n gi s a ni m p o r t a n tf a c t o ro f p i p e l i n ed a m a g e a c c o r d i n g t ot h ee v a l u a t i o nm e t h o do f f a l l i n go b j e c t s i n t r o d u c e d b y d n v r p f 1 0 7a n dt h eb a s a lt h e o r yo fp r o b a b i l i t y ，c o m b i n i n gw i t ht h ep r a c t i c a l c a s e ，t h ep r o b a b i l i t ym o d e lo fi m p a c t i n gp i p e l i n e sb yt h ea n c h o ra n da n c h o rc h a i ni n d i f f e r e n ta n c h o r i n go p e r a t i o na n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o m p u t a t i o n a lm e t h o da r ep u t f o r w a r di nt h i sp a p e r w i t hr e g a r dt ot h ep r o b a b i l i t yo fi m p a c to c c u r r e n c e ，m a i n l yt h e m e t h o d so ft h ep r o b a b i l i t ya n ds t a t i s t i c sa r em a d eu s eo f ；a st oi m p a c te n e r g y ，i ti s b a s e du p o ns t a t i s t i c a ld a t aa n d “e n e r g yb e l t m e t h o db a s e do ne x p e r i m e n t s f o l l o w i n g a n a l y z i n gr i s kr e s u l t ，t h ec o r r e l a t i v et h e o r yo fr i s km a t r i xi sa p p l i e dt oh a v et h ef i n a l r i s ke v a l u a t i o na n dm a n a g e m e n t t h ea b o v ew i l lb eav a l u a b l er e f e r e n c ea tr i s k e v a l u a t i o no f o f f s h o r ep i p e l i n e ，a n do w n sp r a c t i c a lv a l u ea te n g i n e e r i n g k e yw o r d s ：o f f s h o r ep i p e l i n e ，r i s ke v a l u a t i o n 。a n c h o r i n g ，i m p a c t ，r i s km a t r i x 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：弦 签字日期： 阳口厂年 月z 护日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名脲 导师签名 b 咯戳。 签字日期：抬何年j月矽日签字日期：新? j 一年月7 己日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出1 第一章绪论 随着近海石油工业的发展，海底管线在近海石油及天然气的大量开采运营 中得到了广泛的应用。海底管线运输具有连续性、密闭性、高效性、安全性等优 点，但同时，又存在风险性较大，一次性投资较多，检查维护不方便，一旦出现 事故，修复困难的诸多缺点。这就对海底管线运输的技术可靠性、安全性、风险 性、经济性提出了更高的要求。海底管线不断扩建，如何科学地管理、检测、维 护在役输油管线系统，是目前管线管理、使用部门非常关注的问题。为了将事故 隐患消灭在萌芽状态，避免事故的发生，将风险控制在管理者容许的范围之内， 很有必要对其进行风险评估方面的研究。 根据美国地质勘察局( u s g s ) 的记载，管线事故的四大类别分别为：腐蚀破 坏、疲劳破坏、碰撞破坏、稳定性问题。可见，海底管线所遭受的碰撞破坏是管 线破坏的主要原因之一。管线的碰撞主要是由偶然性载荷造成的，偶然性载荷是 异常和意外情况下施加于海底管线系统上的载荷，主要包括船舶海事( 碰撞、沉 没、搁浅) 引起的冲击、坠落物的撞击及渔业活动、第三方建设、军事演练活动 等引发的破坏。其中由锚泊作业所引起的管线破坏是其中的一个重要方面。 风险包括失效概率和失效后果，是指人们从事某项活动中，在一定时间内 给人类带来的危害。这种危害不仅取决于事件发生的频率，而且与事件发生后造 成的后果大小有关。风险评估是一种基于数据资料、运行经验、直观认识的科学 方法。通过对有关风险因素进行量化，进而计算出系统的风险概率、风险后果和 风险值，判断该系统的风险是否可被接受，是否需要采取进一步的安全措施。海 底管线的风险评估是采用科学的风险分析方法对海底管线系统进行评估，为管线 的风险控制，进一步实现风险管理的科学决策提供可靠的依据，以便对现有资源 的合理调配和利用，在达到减小风险的同时获得最大的利益。锚泊作业作为海底 管线遭受破环的一个重要因素，对其撞击海底管线的安全风险研究将成为防护管 线的一个重要方面。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 国内外研究历史与现状2 m 1 在过去相当长一段时间里，船舶与海洋工程结构的设计仅依赖于相关的规 范。自从1 9 8 0 年美国风险分析协会( t h es o c i e t yf o rr i s ka n a l y s i s ，s a ) 成立 开始，人们对风险才开始了真正意义上的认识与研究。输油工程安全风险分析是 生命线工程的组成部分。由于风险分析的复杂性和困难性，目前这一工作大多在 核工业、化工、航空、航天军工及海洋石油工程等领域的部分环节进行。如何将 风险分析( r i s ka n a l y s i s ) 、风险评估( r i s ka s s e s s m e n t ) 和风险管理( r i s k m a n a g e m e n t ) 引入到输油管线系统中来有大量的技术研究要做。 目前，国内在输油工程安全风险分析方面，既不系统也不深入，大都是经 验之类的评价。在管线风险分析方面，仅有路胜的管线风险评估的有效方法( 专 家打分法) ；潘家华的油气管线风险分析( 评分法) 。从这里可以看出风险分析在 我国刚刚起步，在工程项目中的风险分析多为一般性的评述，迫切需要深入研究。 在国外，已出现了由安全管理向风险管理的过渡，我国半定量风险评估研究较少， 大部分研究都停留在定性分析阶段。可以说，我国的风险评估方法研究由定性分 析向半定量发展，而国外风险评估正由半定量向定量化风险评估发展。 对于锚泊等偶然性载荷作用下的安全风险评估，近年来刚刚起步，主要体 现在挪威船级社( d n v ) 制定的管线保护的风险评估( d n v - r p f 1 0 7 ) 推荐实 施方法中。这一推荐方法从原则上描述了在锚泊等偶然性载荷作用下，海底管线 保护的风险评估方法，同时对管线受损程度、选择性保护措施、破损频率和结果 评估都提出了指导性建议，并给出了选择性的管线保护措施。 1 3 本文的研究思想和主要工作 本文依据d 1 w r p f 1 0 7 对海底管线的评估思想。从概率论的基本原理 出发，对锚泊等偶然性载荷作用下的海底管线进行了定量的风险评估。主要工作 如下： 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 1 ) 建立锚泊撞击管线问题的数学模型； ( 2 ) 利用概率的基本原理计算锚泊撞击管线的发生概率； ( 3 ) 利用凹痕与能量关系，以及基于统计数据和试验基础的“能量带”方 法，进行撞击能力计算； ( 4 ) 采用风险矩阵的方法进行最终的风险评估。 天津大学硕士学位论文 第二章锚泊作业风险评估方法与流程 第二章锚泊作业风险评估方法与流程 2 1 锚洎作业风险评信方法“” 锚泊作业过程中，当发生脱锚或者锚链断裂时，可能发展成为终端事件( 撞 击管线) ，一般来说，风险评估包括终端事件频率的评估和终端事件后果的评价， 发生频率在细节信息存在的情况下可通过计算得到，否则可通过工程判断和 操作者经验估算得到。 然后将发生频率分级从1 级( 即低频) 到5 级( 高频) 。相应的，计算或评 估的后果也分级从l 级( 即轻，可忽略后果) 到5 级( 即重，严重后果) 。 在这里，终端事件被分为三种损伤类型，即轻微( d 1 ) 、中等( d 2 ) 和严重 ( d 3 ) 损伤。以此为基础将后果分级为5 类。建立起与频率分级和结果分级相 关的损伤类型，从而给出每种损伤类型的风险。 最后通过绘制含有频率和后果的风险矩阵来评估风险。图2 - 1 对风险评估作 最后通过绘制含有频率和后果的风险矩阵来评估风险。图2 - 1 对风险评估作 了简要地描述。 鼻车分 s 4 3 2 1 i 羹戮 i 嚣 235 t _ 兄硷矩阵 图2 - 1 风险评估的过程描述 瑶褂 军麓嚣受 上l 日，隆 可蓉蹙 事井 天津大学硕士学位论文第二章锚泊作业风险评估方法与流程 2 2 锚泊作业风险评估流程 基于2 1 节锚泊作业的风险评估方法，具体的风险评估流程如下 图2 2 风险评估流程 天津大学硕士学位论文 第三章锚泊作业撞击管线的概率计算 第三章锚泊作业撞击管线的概率计算 3 1 锚泊作业分类 根据不同锚泊作业的情况，其事故发生概率的计算方法也不同。因此应对 锚泊作业进行相关的分类。 对海底管线有影响的锚泊作业，有钻井平台的抛锚和各类船舶的抛锚，而 各类船舶又有沿航道航行和非航道航行的区别。因此对于锚泊作业可进行如下分 类“”： 1 ) 钻井作业：在海底管线上方或附近的钻井平台的锚泊作业。又分为两种情况： ( 1 ) 锚泊作业：当平台初期进入工地时，抛锚服务船可能由于操作失误而 发生脱锚事件； ( 2 ) 钻井作业和完工期间：锚链可能断裂。 2 ) 一般船运：包括三种类型的船： ( 1 ) 来往于平台的油轮： ( 2 ) 平台的供给船 ( 3 ) 商船。 3 2 撞击概率的计算 3 2 1 钻井作业撞击管线的概率计算 钻井作业分两种情况，即锚的掉落和锚链的断裂。当钻井平台初始进入工地， 进行锚泊作业时，抛锚的服务船可能由于操作失误而发生脱锚事件。在钻井和完 工期间，则可能发生锚链断裂事件。 ( 1 ) 锚泊作业：抛锚服务船由于操作失误等原因而发生脱锚事件，锚坠落撞 击海底管线的概率可由下式求出： 天津大学硕士学位论文 第三章锚泊作业撞击管线的概率计算 ，= m 只，- ， ( 3 1 ) 其中，p 删脱锚撞击海底管线的概率； n ，钻井台抛锚次数； p 1 ，由于误操作而脱锚的概率； p 2 i _ 一脱锚后，锚掉落在管线上( 裸露) 或管线上方( 填埋) 的概率； i 锚的编号。 p l 。的值则可采用统计资料或查阅相关文献。 p 2 ：可采用如下方法求解： 需要说明的是，此处考虑的锚是指抛锚时必须跨越管线的锚。 设管线直径为d ，抛锚点与钻井平台的距离为l ，抛锚点与钻井平台连线与 管线方向夹角为a ， 则可以认为锚脱落后砸到管线上面的概率为： 最，：) _ ( 3 2 ) l s i i l u 因此， 匕。= p o ( 3 3 ) 其中：肝跨越管线的锚的数量。 图3 1 脱锚示意图 天津大学硕士学位论文 第三章锚泊作业撞击管线的概率计算 ( 2 ) 钻井作业和完工期间：锚链可能在平台端发生断裂，也可能在锚端发 生断裂。 a 锚链在平台端发生断裂的情况： 锚链与管线的撞击概率可用下式求出： e c h o 。，= f f 2 ( 3 - 4 ) 其中：。，某锚链与管线撞击的概率； p ，每根锚链每年断裂的概率，若无该项数据，可取0 0 1 ( d n v ， 1 9 9 7 b ) ： p ：锚链断裂后撞击管线的概率； i 锚的编号。 对只：的计算： 任何物体在水中都存在不同程度的偏移，物体的偏移量完全取决于形状和重 量。假定锚链断裂后落入海底的可能区域为以锚为圆心，链长l 为半径的圆，锚 链的下落服从正态分布“”： i jl | | 一1 8 0 。1 8 d 。7 ( a ) ( ) 图3 2 正态分布 1ra 、2 只2 面1 e 制( 州) ( 3 - - 5 ) 式中a 随机变量，表示断裂后锚链偏离左右方向的角度 天津大学硕士学位论文 第三章锚泊作业撞击管线的概率计算 占。“的标准偏差， 配= 等； 6 漂移量，取锚链重心处的漂移量； h 海水深度； 卢锚链重心处的漂移角，可参考表2 选取 巧= h t g 3 。 ；! h 钐黝钐彭钐 6 图3 3 断裂锚链偏移量示意图 表3 - i 坠落物偏移角分类”1 编重量偏移角( d ) 描述 号 ( 吨) ( 度) 1 85 4 83 7箱形圆柱形 82 注：1 、下落前水面传播亦包括在内。 天津大学硕士学位论文第三章锚泊作业撞击管线的概率计算 裂点 图3 - 4 锚链在平台端断裂示意图( 1 ) 多。” 、 ，7 ，7 r 、旺厂 、 海底管道 图3 - 5 锚链在平台端断裂示意图( 2 ) 计算时，连接锚与断裂点的直线段，以此直线为坐标轴，即a = o 的位置 以锚为圆心，以链长l 为半径画圈，将圆分为n 个小扇形( 如图3 4 ) 。 求出落入每一个扇形的单位面积概率： 尸( a ， a 兰a 。) = r ( a “o ) 一r ( as a ，) = f 。去膨2 叫i 击2 d a 。6 天津大学硕士学位论文 第三章锚泊作业撞击管线的概率计算 则兰鲁即为所求。 孔c 求管线在小扇形区内的长度，则撞击概率为： e h l t t 玎n p 了i - 。t ( 3 7 ) 式中：卜管径； ，扇区内管线长度。 这里每段管线长度t 分为两个部分求的，假设锚链与管线的夹角a 是锐角， 如上图所示，两边每个管段的长度求法如下式： 1 = 日忙增( a + 卢一占) 一c t g ( a + 卢) ) ( 3 - 8 ) 上2 = h ( c t g ( a y ) 一c t g ( t x y + 占) ) ( 3 - 9 ) 其中：6 是指每次减小的角度，这里只考虑卢，y 范围内的撞击概率。 则总的撞击频率为： = 喜等叫( 3 - - 1 0 )，o j 求所有锚链的只。，即 只i f - 匕。 ( 3 1 1 险。 b 当锚链在锚端断裂时，钻井平台可能漂移，就有被牵引锚链撞击的风 一，= e ，足， 其中：b ，每年钻井台漂移概率，取6 4 1 0 3 ( d n v b ，被牵引锚链撞击的概率，p 2 ， 2 0 ，将其分别代入式( 4 - 5 ) 可得到内管各个破损程度的 吸收能量，即内管产生5 、1 0 、1 5 、2 0 ， 2 0 凹痕情况下的防撞能力。 也就是在该撞击能量下，内管将产生5 、1 0 、1 5 、2 0 ， 2 0 的凹痕。 天津大学硕士学位论文第四章锚泊作业撞击管线的能量计算 4 3 2 各种保护措施n 1 ( 1 ) 混凝土防护层 混凝土防护层使管线免受潜在的撞击损伤”1 ，防护层中的能量吸收是由灌入 体积和水泥碎裂强度y 的乘积的函数。碎裂强度是普通密度水泥单位强度的3 至5 倍，轻质水泥单位强度的5 至7 倍。单位强度从3 5 4 5 m p a 因类型而异。 e = y - b h x 。 ( 4 6 ) b ：y b 昙瓜i ( 4 _ 7 ) j 动能的吸收分两种形式在公式( 4 - 6 ) 和公式( 4 7 ) 中给出。其中，x 。表示 灌入深度，b 是撞击物体宽度，h 是凹陷长度，d 是管线直径。 对于直径较大的管，公式( 4 7 ) 给出了并不保守的估算，还应考虑到更像 公式( 4 6 ) 中的凹陷形状。 若无其他信息可供参考，4 0 于焦的能量吸收要对4 5 毫米常密度水泥层产生 3 0 毫米宽的凹陷。 扯 圃冒 图4 - 2 混凝土防护层的撞击 ( 2 ) 聚合物防护层 聚合物层可用于防护潜在的损伤。聚合物层通常由几层不同厚度和材质的化 合物组成，必须通过测试以便确定其潜在的能量吸收能力。 若无其它信息可供参考，可参考表4 3 所示的能量吸收能力。 天津大学硕士学位论文 第四章锚泊作业撞击管线的能量计算 表4 3 聚合物防护层中的能量吸收 保护层类型能量吸收 防腐保护层最大厚度3 6 毫米 0 k j 6 - 1 5 毫米 5 k j 更厚的多层防护层 1 5 0 0 毫米1 0 k j ( 典型不同厚度的隔离层) 4 0 毫米 1 5 k j 机械防护系统( 如r r a d u c t ) 5 1 0 k j 如果防护层用于保护特定设计荷载，防护效果要单独论证。 ( 3 ) 管中管抵抗撞击能量计算： 对于管中管，其抵抗撞击能量计算公式与4 3 1 节所介绍的内管能量吸收公 式相同，需要说明的是，这里保守地认为外管破损凹陷直径大于2 0 的管线直 径时，才可能导致对内管的撞击，因此，在用公式( 4 5 ) 计算夕 管吸收能量e 。 的时候，公式中旦d = 。2 。 ( 4 ) 其他防护措施 表4 4 简要描述了其它防护措施，并且假定了撞击承受能力的下限。 天津大学硕士学位论文 第四章锚泊作业撞击管线的能量计算 表4 - 4 其它保护措施1 撞击 措施描述 承受能力 混凝土护板适用于低能量的撞击( 如：锚链、 拖网板撞击) 。一般来说，单个的混凝土锥 s 2 0 千 混凝土护板体只有有限的抗撞击能力( 约3 千焦) ，然 隹 而在一次撞击时可能有几个锥体共同作用。 应注意的是这种板的稳定性应进行验证。 砾石覆盖“”是对管线最常见的保护措旋。 一般来说，对管线的掩埋可有效地防止抛锚 时的拉扯，所需深度要视经过的船体锚的尺 砾石覆盖和自 寸和当地土质而定，即锚会刺入多深。自然 n a 然回填 回填沙子的能量吸收远小于砾石。自然回填 的沙子很松散，沙中撞击阻力可以被认为是 在砾石中阻力的2 1 0 。 5 1 0 千 沙袋通常用于构造人工支座，也可用于保 沙袋 隹 护。 ( 假定) 捆扎对撞击荷载可进行有效的保护，能量吸 收可按裸露钢管计算，然而要更改能量分根据方 捆扎 级，唯一严重失效是泄漏，特别注意牵引头 程( 3 ) 和间歇隔板。 无限制， 引入隧道结构以便不限制管线运动。它可由 保护结构通常至 几种几何形状和材质构成，因此可以获得各 附近的隧道结构少5 0 千 种承受能力等级。 崔 天津大学硕士学位论文 第四章锚泊作业撞击管线的能量计算 接上表 不回填开槽是一种防坠落物的积极但效果 有限的方法。这种方法可以有效的降低击中 开槽 n a 管线的可能性，但它依赖于开槽宽度和撞击 物体的尺寸( 即只有直接撞击需要考虑) 4 3 3 管线总的抵抗撞击能量计算： 根据以上两节所介绍的方法，可分别得到内管在凹痕直径比为5 、1 0 、 1 5 、2 0 情况下的抵抗撞击能量，以及混凝土防护层，聚合物涂层，管中管等 各种防护措施对管线提供的抵抗撞击的能量，将两者相加，则可得到管线在凹痕 直径比为5 、1 0 、1 5 、2 0 情况下的总的抵抗撞击能量。即在该能量下，管 线将产生5 、1 0 、1 5 、2 0 的凹痕。 在高流速撞击下或者局部几何形状为小而尖情况时的撞击下，管线一般会发 生穿孔失效形式，此类失效形式将导致泄露。当发生概率随撞击能量的增加而增 加时，应将泄露与全部破损概率当作累积条件概率。 根据管线的破损程度级别以及每种破损程度下管线的吸收能量和发生的条 件概率，d n v r p f 1 0 7 给出了裸露管线的破损分级建议。如表4 5 所示： 表4 5 裸露钢管的撞击承受能力和破损分级 凹陷直径条件概率 撞击能量破损描述 ( )d ld 2d 3r or lr 2 2 0公式( 4 5 )断裂0o 1o 9o 10 20 7 天津大学硕士学位论文第四章锚泊作业撞击管线的能量计算 结合表4 5 与4 3 2 节所介绍各种保护措施，可得出管线以及防护设施总的 承受能力与破损分级，见表4 6 。 表4 - 6 管线及其保护的条件撞击能力 凹吸收能量条件概率 陷 尺 只含含有保护的 破损描述 d ld 2d 3r 0r 1 r 2 寸钢管钢管( 总的) ( ) e 0 5 + 5 2 0e 2 0 +爆裂o0 10 9o 1o 20 7 + e 口删删 注释 1 由于能量水平可能会相当大，因此应该仔细估计大破损( 如1 5 2 0 ) 时 的能量限制。 2 破损种类 天津大学硕士学位论文 第四章锚泊作业撞击管线的能量计算 较小破损( d i ) ：不需要进行维修，也不会导致任何碳氢化合物泄漏的 破损。 在钢管管壁上的小的凹痕，例如小于管直径5 的通常不会马上给管线的运 营带来影响，但是如果注意到管线发生了破损，那么需要做进一步地检查和技术 评估，来确定管线的完整性。 对于混凝土加重层或者是阳极来说，局部破损也不需要进行维修。 中等破损( d 2 ) ：需要进行维修，但是不会导致碳氢化合物泄漏的破损。 已经影响了内部检查的凹坑( 超过钢管直径的5 ) 通常需要进行维修。有 水进入管线中会导致腐蚀破损。但是只要可以确保结构的完整性，维修就可以延 迟一段时间，而且管线还可以使用。 在需要经常进行清管的地方，应该加以特别考虑。对于这样的管线，大的凹 痕会限制清管的进行，会导致停产。即使没有发生泄漏，这一破损也被认为属于 较大破损( 即d 3 ) ，而不是中等破损( d 2 ) 。 较大破损( d 3 ) ：可以导致碳氢化合物或者是水的泄露的破损。 如果管壁被刺穿了或者是管线发生破裂，则管线运营必须立即停止，并且加 以维修。破损部位必须被移除，进行替换。 在会导致泄露( d 3 ) 的破损情况下，将应用到下面的破损分类： 无泄漏( r 0 ) ：没有泄漏。 小泄漏( r 1 ) ：泄漏是从管壁上的小型或者是中等孔洞中流出的( 直径 小于8 0 毫米) 。直到通过压降或者是目测发现这一破损前，管线会泄漏少量的液 体。 大泄漏( r 2 ) ：破裂的管线所发生的泄漏。全部的破裂会导致管线内液 体的全部泄漏，除非管线被隔离，否则破裂程度将变大。 4 4 管线的破损概率 根据4 3 节计算出的管线在产生5 ，1 0 ，1 5 及2 0 凹痕情况下，所能抵抗 撞击的总能量，计算出使管线产生 2 0 凹痕直径比的撞击能量范围。将每个能量范围与4 2 节计算出的不同能量水平的 - 2 3 天津大学硕士学位论文 第四章锚泊作业撞击管线的能量计算 累积撞击概率相对照，计算出产生 2 0 凹痕直径比的撞击概率，再将此撞击概率分别与表4 - 6 中的条件概率相乘，即可 得出产生各级破损的概率。 d 1 级的损坏认为不会导致故障，只有d 2 级和d 3 级的损坏才认为会导致管 线出现故障。因此将d 2 级和d 3 级损坏结果加起来就可得到管线的故障概率。再 将此故障概率与d n v - o s f 1 0 1 提供的接受标准相比较，即可看出管线的风险是否 在可接受的范围内。 天津大学硕士学位论文第五章风险后果与风险矩阵 5 1 风险后果 第五章风险后果与风险矩阵 5 1 1 概述 在确定管线发生意外事故的潜在性后果时，必须考虑人员安全、经济损失、 和环境影响等因素。表5 - 1 给出了对管线破坏进行潜在性后果辨识的矩阵。 表5 1 ：管线破坏的潜在后果的辨识 管线输送介质人身安全环境影响材料损坏 天然气有关通常无关2有关 冷凝液有关有关1有关 石油 有关有关有关 水通常无关有关3有关 1 _冷凝液通常比石油能够更快的扩散或挥发。在暴风雨环境中，冷凝液能够 在数小时内挥发完。这意味着冷凝液管的泄露不太可能带来严重的环境后果。 2 如果天然气中含有注入的化学物质或者泄露的h 2 s 溶于水中，那么天然气 泄露可造成污染。 3 水可能成为含有对环境有危险的的物质的处理水。 5 1 2 人员安全 管线故障所造成的人员安全后果应考虑下面几项进行确定： 在公司设施上工作的人员( 第一方) 公司设施以外但受公司活动影响的人员( 第三方) 在管线附近通常很少有人活动。靠近平台或在海底结构物附近的管线泄露会 对平台或钻井平台上的第一方人员造成影响。在管线中线区域发生的泄露会对第 三方人员造成危险。 ， 天津大学硕士学位论文 第五章风险后果与风险矩阵 输送天然气的管线只有发生重大的泄露事件( 如r 2 级别) 才可能对人员造 成危险。平台或钻井平台附近的天然气云会被点燃而形成火球或爆炸。只有当海 平面上的天然气达到可燃的浓度且在气云中存在可燃源时，天然气云才可能被点 燃。 从海底管线泄露的天然气云的大小和分布受水深、水流以及盛行风的影响。 另外，天然气的成分也会影响气云的构成，因为由富天然气所组成的气云不会上 升却会扩散到一个大的范围，然而，干燥天然气将会很快上升。尽管确定对人员 造成潜在重大伤害的危险区域是可能的，但是精确预测其后果却是困难的。 在重大泄露事故中，假定有1 ，1 0 的天然气泄露会被点燃，且钻井平台或 平台上的大量人员处于危险中。 以下的几种情况会对第三方人员产生潜在的危险： 紧急抛锚 管线铺设( 当铺设平行管线时，对已安装和处于生产中的管线的破坏会对驳 船上的人员产生潜在危险) 人员安全后果可按照表5 2 所示进行分类。应注意，建议的等级类别2 和3 不被采用在人员安全后果中。 表5 - 2 ：安全后果等级 等级说明 1 ( 低)无人受伤 2 ( 不采用) 3 ( 中等)严重受伤，一人死亡( 工作意外事故) 4 ( 不采用) 5 ( 高)多人歹匕亡( 大然气五燃烧) 5 1 3 环境污染 对于轻微和重大的泄露事件都应确定其环境后果( 即r 1 和1 1 2 ) 。破损管线 任何泄露的环境后果都应考虑如下的污染影响： - 2 6 - 天津大学硕士学位论文 第五章风险后果与风险矩阵 水中生态系统，包括海底植物、浮游生物、鱼类和诸如鲸、海豹之类的海洋 哺乳动物。 沿岸环境，包括海滩和沿岸对鸟类和珍稀植物生存的具有巨大价值的区域。 海鸟，包括鸟类在该地区的生存、繁殖或经过。 渔场的鱼类以及该地区相关的产业。 以上对于环境的影响取决于如下因素： 溢出量及其类型 天气条件，包括波高、风和水流速度。 到达敏感性区域的时间和总量 对环境的影响后果通常是用所影响的人群或区域能够全部恢复所需的时间 来评估的。这包括石油泄漏对不同物种易损性的评估，以及在这一区域内对石油 泄漏的预防措施有效性的评估等。 上面所提到的有关泄漏的环境后果的评估是复杂和耗费时间的。大部分的一 般性评估只考虑泄漏的总量，以及在可接受标准中相应的年允许泄漏量。这便隐 含了对环境的影响的说明。表5 - 3 中给出的数量等级可作为参考。 表5 - 3 ：泄漏等级 等级说明泄漏量 由于内部介质没有发生泄漏，或者泄漏不明显，因而 1 ( 低) 0 对环境无影响、或是少量的、不明显的。 污染性介质发生较小泄漏。泄漏物能够很快被空气或 2 1 0 0 0 吨 海水分解或中和。 污染性介质发生中等泄漏。泄漏物需要通过空气或者 3 ( 中等)是海水花费一段时间来进行分解或中和，或者是很容 1 0 0 0 0 吨 易被