中国石油大学(北京)《石油工程安全技术》第五章油气集输安全技术

1、石油安全技术石油安全技术Pirate Captain油气集输安全技术油气集输安全技术叶迎春目录第一节第一节 石油集输作业危险分析石油集输作业危险分析第二节第二节 油田集输系统安全技术油田集输系统安全技术第三节第三节 油气管道安全技术油气管道安全技术第四节第四节 油库、站场安全技术油库、站场安全技术第五节第五节 SCADA第六节第六节 油气集输作业事故案例分析油气集输作业事故案例分析第三节第三节 油气管道安全技术油气管道安全技术（一）油气管道安全技术（二）油气管道安全设计与管理（三）管道泄漏监测（四）油气管道运行安全（五）油气管道的剩余强度评价（六）油气管道的风险管理（七）油气管道的完整性管理油

2、气集输安全技术-5（四）油气管道运行安全(1) 原油输送管道凝管(2) 输油管道水击防护(3) 输气管道干燥与置换(4) 天然气水合物油气集输安全技术-6(1) 凝管事故危害 造成全线停输，影响整个油田、炼制企造成全线停输，影响整个油田、炼制企业的正常生产；业的正常生产； 原油长输管道最为严重的事故之一。原油长输管道最为严重的事故之一。油气集输安全技术-7凝管事故原因 管道结蜡较厚 较低油温（加热炉故障、保温效果差及热能损失大等） 输量达不到管道最低允许输量（设计偏大、正反输工艺不合理） 管道长时间停输（停输或动力设备故障） 长期没有进行清管的管道油气集输安全技术-8凝管事故处理 初始凝管状态

3、初始凝管状态时，可采取升温加压的方法顶挤。方法是启动所有泵站的加压设备和加热设备，在管道技术条件允许的最高压力和温度下，用升温加压后的热油顶挤和置换凝结的冷油。 管道在开孔泄流后，管道内的外输量仍继续下降，管道将进入凝结阶段凝结阶段。对于这种情况，可采用在沿线管道上开孔、分段强制挤压的方法排除管道内凝油。油气集输安全技术-9水击现象及危害 在密闭的输油管道上，当油品突然停止流动时，会将液体流动的动能迅即地转化为压能。例如，故障下阀门的突然关闭，会在该处引起压力的急剧升高，这种动能与压能急剧转换的现象称之为“水击”。油气集输安全技术-10压力波的传递水击的危害 管道压力升高或降低，导致管道喘振；

4、 破坏管道，导致输送介质泄漏，发生次生灾害； 损坏输油设备； 影响正常输送工艺；油气集输安全技术-11油气集输安全技术-12油气集输安全技术-13水击防护(1) 在沿线进站管道上安装活塞式或胶囊式安全阀，当进站压力超过预定值时，安全阀会自动开启向事故油罐泄压；(2) 设计安装气动薄膜调节阀，当因突然停电等因素引起水击时，调节阀可迅速开启，使管道及时向事故油罐泄压；(3) 拦截压力波。即下游站由于事故突然停输或关闭时，立即用通讯的方式通知上游站，使其在水击压力波传到之前采取措施降低出站压力。例如，关闭阀门、调节流量或停止部分输油泵等，使管道内产生一个负压力波以拦截下游传来的正压力波，避免管道超压

5、；(4) 高点保护。油气集输安全技术-14输气管道干燥与置换 新建成的天然气管道应经过吹扫、试压合格，设备、流程全线试运。 天然气管道在投运前还必须经过全线置换合格才能转入正常运行。 除水装置油气集输安全技术-15水合物形成的原因天然气中水的存在；高压和低温；结晶中心的存在；已形成管道：未脱水的天然气、海底管道或低温地区管道。油气集输安全技术-16水合物防止措施脱水；加热输送；降压输送；加抑制剂或防凝剂；油气集输安全技术-17(五) 油气管道的剩余强度评价油气集输安全技术-18腐蚀分类（机理） 物理腐蚀物理腐蚀单纯的物理溶解Fe 在熔融Zn中的变薄 化学腐蚀化学腐蚀金属与非电解质的纯化学作用A

6、l、Mg、Na在甲醇、CHCl3中 电化学腐蚀电化学腐蚀金属与导电介质的电化学作用Fe： Fe2+2e油气集输安全技术-19管道腐蚀防护 各种防腐管材各种防腐管材 防腐层防腐层 阴极保护系统阴极保护系统 缓蚀剂及杀菌剂缓蚀剂及杀菌剂 表面处理技术表面处理技术油气集输安全技术-20管道腐蚀检测 压力实验压力实验建设年代较早管道 内检测内检测几何形状异常（凹陷、椭圆变形、位移等）测径器金属损失（腐蚀、划伤）漏磁（MFL） 裂纹超声波 外检测外检测外防腐层质量局部开挖局部开挖：泄漏电阻测量法、绝缘电阻率测量法、破损点检漏技术等不开挖不开挖：密间距电位测量法、交流电流衰减测量法、电位梯度法、Pears

7、on法、瞬变电磁法等 壁厚测量壁厚测量油气集输安全技术-21(六) 油气管道的风险管理1 风险管理理念2 世界各大管道公司风险管理介绍3 管道风险评价油气集输安全技术-22什么是风险管理 风险管理是完整性管理的重要内容，主要是通过增加管线的可靠性，确保安全质量为前提而采取的一项以效益最大化、花费最小化为目的的一种最优管理方式。 风险管理应可解决如下问题： 确定风险源 确定管道维修花费的主要需求 帮助建立合理的操作规程 监控管线状况的改变 不断改善降低管道风险 削弱风险源的影响，降低损失 消除误操作油气集输安全技术-23管道风险管理产生的背景 二十世纪70年代，美国在二战以后兴建的大量油气输送管

8、道逐步进入老龄阶段。 如何最大限度地减少油气管道的事故发生频率，如何使这些步入老龄期的油气管道的使用寿命得以延长，便成为各管道公司关注的技术焦点。 美国部分管道管理研究机构便开始尝试运用经济学中的风险分析技术来评价油气管道的风险性。 墨菲(Murphy)提出一个著名定律油气集输安全技术-24风险管理给人们的启示 墨菲(Murphy)的一个著名定律是：顺其自然，事物将永远由好向坏的方向发展。Left to themselves, things will always go from bad to worse. 该定律是热力学第二定律所描述的一种普遍自然现象的形象比喻。油气集输安全技术-25管道面

9、临的危险性主要因素 管道设计施工缺陷主要由设计和施工环节引起 管道内外腐蚀 腐蚀引起 管输介质超压主要由操作运行和设备故障引起 第三方破坏主要由管道沿线的居民和企业引起 自然灾害偶然性危险事件油气集输安全技术-26普通事故率曲线（“浴盆”曲线）管道事故率与时间的关系曲线四川地区输气管道事故次数与管道运行时间分布图油气集输安全技术-27发生事故的条件 上图所示表明：四川输气干线历年管道事故统计曲线实际上就是一个近似的“浴盆”曲线，基本上符合由高事故率到稳定事故率，再到磨损阶段的一般工业装置事故统计规律。 历史事故发生率在风险评价中具有重要的定性判断作用。 利用该“浴盆”曲线，管道评价人员只要将被

10、评价管道系统对应到曲线的某一阶段，即可判断被评价管道系统可能发生哪些类型的事故。油气集输安全技术-28发生事故的后果 所有事故所造成的后果一般可从人身安全、财产损失、环境影响和信誉损失等四个方面的损失来考虑。油气集输安全技术-29如何预防灾害损失 管理者对所经营管道的完好程度心中有数，合理地分配维护资金。 变管道的盲目维修为预知性维修是风险评价技术在预防灾害损失方面的重要贡献。 最佳风险管理的思想。油气集输安全技术-30如何预防灾害损失风险投资理论成本优化关系油气集输安全技术-31为什么要实施风险管理(1) 提高管理者的决策水平(2) 减少突发性灾难事故的发生(3) 提高生产设备的使用效益(4

11、) 增强操作人员的安全信心(5) 减少环境污染(6) 提高综合经济效益油气集输安全技术-322 世界各大管道公司风险管理介绍油气集输安全技术-33(1) 加拿大管道风险管理的发展历程 在1993年召开的管道寿命专题研讨会上与会人员达成了开展以下专题研究的共识： - 开发管道风险评价准则 - 开发管道数据库 - 建立可接受的风险水平 - 开发风险评价工具包 - 有关风险评价的教育研究油气集输安全技术-34 加拿大管道风险管理的发展历程 1994年在Banff召开的管道完整性管理专题研讨会上又形成了如下两项决议： - 成立监督开发管道风险评价准则的指导委员会 - 支持风险评价数据库的开发Banff

12、会议还制订了近五年的重要活动进程计划。油气集输安全技术-353 管道风险评价油气集输安全技术-36(1) 起源于美国的风险管理 美国从本世纪七十年代开始进行油气管道风险分析方面的研究工作，并很快在许多管道公司进行了实际应用，到九十年代初期美国的许多油气输送管道都采用了风险管理技术来指导线路维护工作。 管道风险管理手册, W. . Muhlbauer， 海湾出版公司1992年第一版， 1996年第二版 到目前为止，该书所介绍的风险评价模型仍是世界各国普遍采用的唯一模型。油气集输安全技术-37(2) 风险的定义 定义表达式风险值 = 发生事故的概率 事故损失后果 整体风险的定义整体风险值 = （发

13、生单个事故的概率 事故损失后果） 油气集输安全技术-38(3) 管道分段细化管理原则 最恰当的管道分段原则是，只要出现重要的变化，就应在那里插入分段点。 评价人员必须根据其变化的重要性和变化频率来区别评价项的重要性等级。 管道的状态重要性等级可按如下划分：人口密度泥土条件涂层状况管道使用年龄油气集输安全技术-39管道分段示意图 下图表示一条按人口密度和和泥土状况来划分管段的管道，此分段法可供我们在实际应用时借鉴参考。油气集输安全技术-40(4) 风险评价方法定性油气集输安全技术-41定性风险评价 相对风险率=（评分指标总和）（泄漏影响系数） 评分指标总和=（第三方破坏评分指标）+（腐蚀评分指标

14、）+（设计评分指标）+（误操作评分指标） 泄漏影响系数油气集输安全技术-42定量风险评价定量油气集输安全技术-43(5) 失效概率估算模型建立油气集输安全技术-44 Kylinsoft, 2010失效概率估算模型建立油气集输安全技术-45结构可靠性模型思路油气集输安全技术-46(6) 失效后果估计模型建立油气集输安全技术-47灾害模型油气集输安全技术-48灾害发生模型输气管线：输油管线：油气集输安全技术-49急性灾害特征模型油气集输安全技术-50长期灾害特征模型油气集输安全技术-51(7) 风险矩阵 将评价管段按风险程度进行分类，用户可以方便地根据评价值所处矩阵单元的位置来判断哪部分管段需进行

15、详细风险评价，哪些管段无需作风险评价。等级等级失效频率失效频率后果后果5 50-0.50-0.5年发年发生一次生一次MMMMMMH HH H4 40.5-30.5-3年发年发生一次生一次L LMMMMMMH H3 33-153-15年发生年发生一次一次L LL LMMMMMM2 215-5015-50年发年发生一次生一次L LL LL LMMMM1 1大于大于5050年发年发生一次生一次L LL LL LL LMM失效后果失效后果无影响无影响轻微轻微影响影响局部局部影响影响较大较大影响影响重大重大影响影响后果等级后果等级A AB BC CD DE E油气集输安全技术-52(七) 油气管道的完整

16、性管理概念对比 RBI ( Risk Based Inspection) 基于风险的检测 RCM ( Reliability Centered Maintenance)以可靠性为中心的维护 SIL(Safety Integrity Level)安全完整性等级评估 MI ( Mechanical Integrity )设备完整性 PIM(Pipeline Integrity Manager)管道完整性油气集输安全技术-53油气集输安全技术-54管道完整性管理的理念 为了保障日益膨胀的油气管道系统的安全性，经过近几十年的实践，形成了管道完整性管理技术。 始于20世纪70年代的美国： 剩余强度与剩余

17、寿命 风险评价 内检测 至今取得丰硕成果，成为保障油气管道安全性的重要举措。油气集输安全技术-55管道完整性管理的理念 “完整性”定义一种未受损坏的条件 管道完整性的定义 管道在物理上和功能上是完整的管道处于安全可靠的工作状态管道始终处于受控状态 管道完整性管理PIM对所有影响管道完整性的因素进行综合的、一体化的管理油气集输安全技术-56管道完整性管理的理念 管道完整性管理原则在设计、建设和运行新管道系统时，应融入管道完整性管理的理念和做法明确管道完整性管理的职责、建立管理流程、配备必要的手段 对相关的信息进行分析整合结合管道的特点，进行动态的完整性管理 采用各种新技术 油气集输安全技术-57

18、管道完整性管理的理念要点识别和分析实际的和潜在的能够导致管道事故的因素分析管道事故的可能性及危害程度提出综合的、完整的分析和降低风险措施的方案 提出建设性的、易于交流的选择和执行降低管道风险的方法 以提高管道运行安全性为目标，建立和跟踪系统运行情况危险辩识资料收集、分析和整合风险评估所有因素评估完整性检测与评价对策未完成已完成油气集输安全技术-58与传统管道安全管理的区别以前的做法以前的做法应对应对从事故到事故从事故到事故事故事故管道安全管道安全（完好性）（完好性）检查检查改进或改进或制订计制订计划划没有没有事故事故不更新不更新计划计划事故事故新方法新方法预防预防无事故无事故无事故无事故管道完整性管管道完整性管理系统理系统管道完管道完整性审整性审查查计划计划无事故无事故油气集输安全技术-59完整性管理 为了维持管道的完整性，必须进行一系列的管理活动：寿命设计结构检测系统监测预防性维护运行维护规划质量控制与保证风险评价泄漏检测油气集输安全技术-60完整性评价方法 压力试验新建管道与时间有关的因素有：外腐蚀、内腐蚀、应力腐蚀开裂以及和其