新技术应用第二节

1、1第二节第二节 油气管道输送的风险管理油气管道输送的风险管理一、风险管理的定义一、风险管理的定义v风险管理就是综合考虑事故（失效）的损失和控制事风险管理就是综合考虑事故（失效）的损失和控制事故发生所需要的费用，以达到在可能接受的风险情况故发生所需要的费用，以达到在可能接受的风险情况下，采取最经济最有效的措施控制风险的一门学科。下，采取最经济最有效的措施控制风险的一门学科。风险管理包括风险评估、风险控制和风险管理的功能风险管理包括风险评估、风险控制和风险管理的功能监测三个环节。监测三个环节。v风险管理起始于风险管理起始于7070年代的核动力工业，首先推广于航年代的核动力工业，首先推广于航空、航天

2、业，至空、航天业，至9090年代逐渐应用于石油化工、压力容年代逐渐应用于石油化工、压力容器和油气输送管道。随着对安全、环境要求的提高和器和油气输送管道。随着对安全、环境要求的提高和市场竞争的加剧，各国对油气输送管道的风险管理都市场竞争的加剧，各国对油气输送管道的风险管理都越来越重视。越来越重视。2v风险管理中风险的定义是失效后果和失效可风险管理中风险的定义是失效后果和失效可能性的乘积，对于某一种可能的失效情况的能性的乘积，对于某一种可能的失效情况的风险值可表示为：风险值可表示为： sssFCRisk 第第s s种失效种失效的风险值的风险值第第s s种失效的失效后果种失效的失效后果如何定量计算各

3、种失效情况下的如何定量计算各种失效情况下的C C和和F F，是一个非常复杂的问题，上式的意义是一个非常复杂的问题，上式的意义在于阐明风险的概念在于阐明风险的概念第第s s种失效种失效的可能性的可能性3二、风险评估二、风险评估1 1、油气输送管道的事故原因和事故率、油气输送管道的事故原因和事故率v油气输送管道的事故原因可分为两大类，油气输送管道的事故原因可分为两大类，一类是由于外部干扰、人为破坏和自然灾一类是由于外部干扰、人为破坏和自然灾害等外部因素引起的，另一类是由于管道害等外部因素引起的，另一类是由于管道腐蚀、结构缺陷原因逐步发展到极限而引腐蚀、结构缺陷原因逐步发展到极限而引起的破坏。下表列

4、出西欧（起的破坏。下表列出西欧（1970197019921992年）年）和美国（和美国（1970197019841984年）对油气输送管道年）对油气输送管道事故发生原因的统计。事故发生原因的统计。4v管道事故原因统计管道事故原因统计事故原因事故原因美气管美气管西欧气西欧气管管西欧油管西欧油管外部破坏等外部破坏等53.353.350505050腐蚀腐蚀16.616.616162121施工缺陷等施工缺陷等21.721.720202020自然灾害等自然灾害等8.28.26 64 4误操作等误操作等8.28.28 85 55v可以说，有些事故原因对管道的潜在危害，从可以说，有些事故原因对管道的潜在危害

5、，从管道投入运行之日就存在并开始发展了，有些管道投入运行之日就存在并开始发展了，有些危害在直接或间接的检查和监测中发现了，有危害在直接或间接的检查和监测中发现了，有些危害在维修或更换时消除了，风险评估的作些危害在维修或更换时消除了，风险评估的作用是确定花多大的代价把事故发生的概率降到用是确定花多大的代价把事故发生的概率降到什么程度才是值得的和必须的。什么程度才是值得的和必须的。v事故率是每事故率是每1000km1000km管道在一年中发生事故的次管道在一年中发生事故的次数。各国对事故的界定不同，各类事故的危害数。各国对事故的界定不同，各类事故的危害程度和可能发生的概率也不一样。如在西欧，程度和

6、可能发生的概率也不一样。如在西欧，只要发生所输介质的泄漏就认为是事故只要发生所输介质的泄漏就认为是事故; ;而在美而在美国，不仅要有所输介质的泄漏，还要有人员伤国，不仅要有所输介质的泄漏，还要有人员伤亡，或造成的经济损失超过亡，或造成的经济损失超过5 5万美元时，才认定万美元时，才认定为事故。为事故。62 2、风险评估模型、风险评估模型v风险评估的方法很多，这里介绍一种常用的基本风风险评估的方法很多，这里介绍一种常用的基本风险评估模型。该模型把管道风险的来源分为四大类，险评估模型。该模型把管道风险的来源分为四大类，在每一类中又划分为若干个不同的指标，如表示。在每一类中又划分为若干个不同的指标，

7、如表示。第三方损坏第三方损坏内外腐蚀内外腐蚀设计因素设计因素误操作因素误操作因素地表覆盖层地表覆盖层大气腐蚀性大气腐蚀性管道强度管道强度安全计划安全计划人口密度人口密度土壤腐蚀性土壤腐蚀性水击影响水击影响对危险识别对危险识别自然灾害自然灾害介质腐蚀性介质腐蚀性静水压力静水压力预防措施预防措施公众教育公众教育使用年限使用年限土壤移动土壤移动维修计划维修计划检测情况检测情况阴极保护等阴极保护等设计审查设计审查SCADASCADA等等7v该评估模型设计了一个赋分系统来半定量地评价失该评估模型设计了一个赋分系统来半定量地评价失效事故的可能。赋分系统中给每一类失效赋予的总效事故的可能。赋分系统中给每一类

8、失效赋予的总分是分是100100分，根据失效因素的可能性大小和对管道破分，根据失效因素的可能性大小和对管道破坏的影响程度对同一类失效中的不同指标规定了不坏的影响程度对同一类失效中的不同指标规定了不同的分值范围（如同的分值范围（如0 02020分）。愈是重要的指标，其分）。愈是重要的指标，其分值范围越大。若某指标不可能发生，就评定为最分值范围越大。若某指标不可能发生，就评定为最高分，可能发生的程度越大，赋分越低，最差的情高分，可能发生的程度越大，赋分越低，最差的情况为况为0 0分。分。v赋分系统还根据指标的特征将各可能的失效指标分赋分系统还根据指标的特征将各可能的失效指标分成两类来分析，一类是客

9、观条件决定的、人为难以成两类来分析，一类是客观条件决定的、人为难以改变的，如土壤的腐蚀性、管道使用年限等改变的，如土壤的腐蚀性、管道使用年限等; ;另一类另一类是人为可以控制改善的，如可以通过增加巡线频率是人为可以控制改善的，如可以通过增加巡线频率或检查周期来减小失效概率。根据失效指标的不同或检查周期来减小失效概率。根据失效指标的不同特征，有的需要凭经验赋值，有的则可通过计算赋特征，有的需要凭经验赋值，有的则可通过计算赋值，更多的是根据经验，结合计算，综合分析赋值。值，更多的是根据经验，结合计算，综合分析赋值。8v在具体评估某条管道时，评估者首先要根据在具体评估某条管道时，评估者首先要根据具体

10、情况将管道分成若干段来分别评估，对具体情况将管道分成若干段来分别评估，对每段管道计算出失效指标的总分。该总分值每段管道计算出失效指标的总分。该总分值反映了失效可能性的大小，但还不能反映失反映了失效可能性的大小，但还不能反映失效后的危害严重性。效后的危害严重性。v该模型采用泄漏影响因素来衡量失效后果的该模型采用泄漏影响因素来衡量失效后果的严重性。其表达式为：严重性。其表达式为：v泄漏影响因素产品危害泄漏影响因素产品危害/ /扩散因素扩散因素v泄漏影响因素越大，表示其后果越严重。泄漏影响因素越大，表示其后果越严重。9v泄漏影响因素产品危害泄漏影响因素产品危害/ /扩散因素扩散因素产品危害的总分值是

11、急性危害分值和慢性危害分值的和产品危害的总分值是急性危害分值和慢性危害分值的和慢性危害慢性危害急性危害是指突发性的，直急性危害是指突发性的，直接危害人员及环境的情况。接危害人员及环境的情况。如天然气泄漏引起的火灾和如天然气泄漏引起的火灾和爆炸，管道介质有毒造成的爆炸，管道介质有毒造成的危害等。危害等。按被输介质的易燃性（按被输介质的易燃性（NfNf）、）、化学反应性化学反应性(Nr)(Nr)和毒性和毒性(Nh(Nh) )来赋分，来赋分，分值分值NfNfNrNrNhNh。慢性危害是指泄漏的产品在慢性危害是指泄漏的产品在周围扩散，污染大气、水流周围扩散，污染大气、水流和土壤，随着泄漏的持续，和土壤

12、，随着泄漏的持续，危害会进一步蔓延。危害会进一步蔓延。按美国关于环境保护方面的按美国关于环境保护方面的反应、赔偿和责任的综合性反应、赔偿和责任的综合性法规（法规（CERCLACERCLA）来赋分的）来赋分的方法。方法。急性危害急性危害10v泄漏影响因素产品危害泄漏影响因素产品危害/ /扩散因素扩散因素泄漏评分泄漏评分/ /人口密度评分人口密度评分根据人口密度来赋值，根据人口密度来赋值，人口密度越大，赋值越人口密度越大，赋值越大。大。根据泄漏程度赋值根据泄漏程度赋值 ，泄漏越严重，赋值越泄漏越严重，赋值越小。小。11v该模型最终得出的是管道的相对风险分值，该模型最终得出的是管道的相对风险分值，即

13、：即：相对风险分值相对风险分值v失效指标总分失效指标总分/ /泄漏影响因素分值泄漏影响因素分值v风险分值越大，管道的安全性越好。风险分值越大，管道的安全性越好。v该模型虽然不能直接得出风险概率的具体数该模型虽然不能直接得出风险概率的具体数值，但它给出了油气输送管道风险评估的基值，但它给出了油气输送管道风险评估的基本思路，也有助于管道运营人员判断所管理本思路，也有助于管道运营人员判断所管理的管道潜在危害的最大区域在哪里，哪些管的管道潜在危害的最大区域在哪里，哪些管道需要加强检测，是否有必要在检测的基础道需要加强检测，是否有必要在检测的基础上进行进一步的定量风险分析，采取哪些措上进行进一步的定量风

14、险分析，采取哪些措施可以降低风险，降低风险的代价多高等。施可以降低风险，降低风险的代价多高等。12三、风险控制三、风险控制v风险评估的目的是为了降低风险，针对风险风险评估的目的是为了降低风险，针对风险的最大情况，预防失效是降低风险的根本措的最大情况，预防失效是降低风险的根本措施。管道的管理部门，首先要根据风险评估施。管道的管理部门，首先要根据风险评估的结果对各管段进行排序，找出最危险的管的结果对各管段进行排序，找出最危险的管段段; ;再对危险管段的各个失效指标进行排序，再对危险管段的各个失效指标进行排序，确定需进一步检测的失效指标和预防措施。确定需进一步检测的失效指标和预防措施。通过进一步对失

15、效指标进行检测和定量的风通过进一步对失效指标进行检测和定量的风险评估，确定该管段的剩余寿命，找出避免险评估，确定该管段的剩余寿命，找出避免风险，延长寿命的措施，并比较控制风险的风险，延长寿命的措施，并比较控制风险的费用。下面介绍有关风险控制的几个概念。费用。下面介绍有关风险控制的几个概念。131 1、管道的服役寿命、管道的服役寿命v一条长距离油气输送管道，是由若干装备组一条长距离油气输送管道，是由若干装备组成的。管道的服役寿命，是由组成管道的各成的。管道的服役寿命，是由组成管道的各装备的寿命决定的。装备寿命是指无故障工装备的寿命决定的。装备寿命是指无故障工作的时间，也称平均寿命。对于不可修复的

16、作的时间，也称平均寿命。对于不可修复的装备，寿命指失效发生前的平均工作时间，装备，寿命指失效发生前的平均工作时间，用用MTTFMTTF表示，其表达式。表示，其表达式。niitnMTTF11装备总台数装备总台数第第i i台装备在失效前的台装备在失效前的工作时间，工作时间，h h14v对于可修复的装备，寿命指相邻两次失效对于可修复的装备，寿命指相邻两次失效之间的平均工作时间，用之间的平均工作时间，用MTBFMTBF表示，其表示，其表达式为表达式为: : NinjjiNiiitnMTBF11),(11第第i台装备的故障率台装备的故障率第第i i台装备从第台装备从第(j-1)(j-1)次失效到第次失效

17、到第j j次失次失效之间的工作时效之间的工作时间，间，h h从整体上讲，油气输送管从整体上讲，油气输送管道属可修复装备，但其中道属可修复装备，但其中的部分部件是不可个复的。的部分部件是不可个复的。152 2、管道的剩余寿命评估、管道的剩余寿命评估v（1 1）基于腐蚀发展的计算）基于腐蚀发展的计算v管道寿命的评估表达式为：管道寿命的评估表达式为：VATf85. 0管道管道的剩的剩余寿余寿命，命，年年管道的壁厚，管道的壁厚，管壁的腐蚀速率，管壁的腐蚀速率，mm/mm/年年安全余量安全余量=失效压力比失效压力比/操作压力比操作压力比 失效压力比计算失效压力失效压力比计算失效压力/屈服压力屈服压力;

18、操作压力比最大操作压力操作压力比最大操作压力/屈服压力。屈服压力。16v（2 2）基于最大允许风险的计算）基于最大允许风险的计算v基于最大允许风险计算管道的剩余寿命的表基于最大允许风险计算管道的剩余寿命的表达式为：达式为： VaTfminPDmin比例系数，可参比例系数，可参照有关资料取值。照有关资料取值。管道当前壁厚，管道当前壁厚，管壁的腐蚀速率，管壁的腐蚀速率，mm/mm/年年管道允许的最小壁厚管道允许的最小壁厚管道的运管道的运行压力，行压力，N/mN/m2 2管道直管道直径，径，mmmm管材的屈管材的屈服强度，服强度，N/mN/m2 217v（3 3）基于实际腐蚀监测数据的计算）基于实际

19、腐蚀监测数据的计算 v如果没有发现腐蚀，不需要计算剩余寿命，如果没有发现腐蚀，不需要计算剩余寿命，剩余寿命按新管道取值。剩余寿命按新管道取值。v维修中发现的最大残余缺陷尺寸看作和未维修中发现的最大残余缺陷尺寸看作和未开挖管道中最严重的缺陷尺寸相同。开挖管道中最严重的缺陷尺寸相同。v使用实际测量数据或快速评估方法估计腐使用实际测量数据或快速评估方法估计腐蚀增长速率，以此计算管道寿命。蚀增长速率，以此计算管道寿命。v考虑安全系数，在许多国家的标准中推荐考虑安全系数，在许多国家的标准中推荐维修周期取作管道剩余寿命的一半。维修周期取作管道剩余寿命的一半。183 3、管道的维修、管道的维修v（1 1）管道维修的分类）管道维修的分类v管道的维修可分为三类：管道的维修可分为三类：v事后维修，即出现事故后才进行维修。事后维修，即出现事故后才进行维修。v预防维修，即在事故出现前就进行维修。预防维修，即在事故出现前就进行维修。它又可分为定期维修和视情维修两种。定期它又可分为定期维修和视情维修两种。定期维修按固定间隔时间维修，视情维修根据实维修按固定间隔时间维修，视情维修根据实际需要维修。际需要维修。v可靠性维修，按可