基于api591的输气站场定量风险评价

基于api591的输气站场定量风险评价

api581（基于风险检测的基本源文件）是美国石油学会（national石油学会）提出的一个相对具体、严格的风险分析文件。它利用风险作为区分检验程序的优先秩序和对设备进行管理的基础。API581的应用范围很广,但针对目前的情况来说,将它完整的应用于输气管道站场的风险评价还是一个尝试。为此,笔者以陕京输气管道榆林压气站为例,应用API581对其进行了风险评价。一、日本1998年陕京天然气输气管道总长为1095.3794km,于1997年投产。榆林压气站的功能是将靖边气田和榆林气田两路来的天然气汇合增压后进行输送,压气站内主要有压缩机、分离器、阀组以及各类不同内径的管线等设备。(1)相态液体液体气体成分流体泄放后的扩散特性主要取决于环境中流体的相态(即液体或气体)。如果当流体从稳态工况转换到稳态环境条件时没有相变,则流体的最终相态与初始相态相同,在此确定最后相态为气体。(2)泄漏孔大小的选择不同泄漏范围的孔尺寸的代表值见表1。(3)气体泄漏量计算管道中气体泄漏质量流量与其流动状态有关,当p0p≤(2k+1)kk−1p0p≤(2k+1)kk-1时,气体流动属于音速流动;当p0p＞(2k+1)kk−1p0p＞(2k+1)kk-1时,属于亚音速流动(其中k为气体绝热指数)。音速流动的气体泄漏质量流量为:qmG=CdgApkMRT(2k+1)k+1k−1−−−−−−−−−−−√(1)qmG=CdgApkΜRΤ(2k+1)k+1k-1(1)亚音速流动的气体泄漏质量流量为:qdG=CdgApMRT(kk−1)(p2p0)2k[1−(pp0)k−1k]−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√(2)qdG=CdgApΜRΤ(kk-1)(p2p0)2k[1-(pp0)k-1k](2)式中:Cqg表示气体泄漏系数,与裂口有关,裂口为圆形时取1.00,三角形时取0.95,长方形时取0.90;p表示气体操作压力,Pa;p0表示大气压力,Pa;M表示分子量;qmG表示气体泄漏质量流量,kg/s;R表示气体常数,8.3144J/(mol·K);T表示气体温度,℃。风险评价中,裂口的大小和形状一般是按照工程实际情况进行预先假设,再通过假设计算出评价所需的泄漏量。如果情况较为复杂,也可根据已有工程的数据或者经验知识直接假设泄露总量,进行相应的定量评价。(4)实际泄放的时间所有“小孔”(1/4英寸)模拟为持续泄放。对于其他类型孔尺寸,当泄放4540kg耗时不足3min时,通过给定孔尺寸的泄放为瞬时泄放。所有较低泄放率模拟为持续型泄放。压气站中相应的管线和设备,孔尺寸大于1/4英寸时泄放质量都大于4540kg,即大于1/4英寸的都视为瞬时泄放。(5)自动点火的计算根据API581,公式(3)为泄放后果的表达形式:A=axb(3)式中:A表示结果区;a、b分别表示与物质和后果相关的常数;x表示泄放质量。计算自动点火不可能的两个部分,结合具体泄放类型得出具体的计算公式如下。持续泄放后果等式:设备破坏面积A=43x0.98人员致死面积A=110x0.96瞬时泄放后果等式:设备破坏面积A=41x0.67人员致死面积A=79x0.67表2列出了计算后的失效后果值。二、设备修正系数频率可能性分析以特定设备类型的同类失效频率数据开始,通过设备修正系数(FE)和管理系统修正系数(FM)这两项来修改这些同类频率,计算出一个经过调整的失效频率,表达为公式(4):频率调整=频率同类×FE×FM(4)同类失效频率数据建立在多个工业设备失效的历史数据汇编的基础上。设备修正系数是根据设备运行的特定环境来编制其独特的修正系数。管理系统修正系数是根据具体的安全管理系统来判断其对同类失效频率的影响,系数区分了具有不同管理系统的装置之间的失效可能性。(1)类型失败的概率根据API581建议,得到榆林压气站管线和设备的同类失效概率。(2)最终费加回收点的确定设备修正系数被进一步分为通用次因子、机械次因子和工艺次因子,在分析了这些次因子之后,对所有分项确定值累加,得到该设备项的最终数值。此数值可正可负,需要经过进一步换算才能得到需要的FE。针对站场的计划停车周期大于6a、地处1级地震区、压缩机进行定期振动监测、泄压阀没有大量结垢等情况,取其设备修正系数为6。(3)设备管理系统分置与修正系数的关系。对于设备管理FM考虑了设备及安全管理对装置机械完整性的影响,笔者对13项设备管理、101个问题进行打分,根据总得分对照管理系统分置与修正系数的关系图,取管理修正系数值为0.33。(4)修效概率因子根据式(4),调整后的失效概率为同类失效概率乘以6(设备修正系数)乘以0.33(管理修正系数),最后得到榆林压气站场主要设备和管线的修正失效概率(见表3)。三、设备系统优化对设备的定量风险计算结果可以用作系统的优先性排序,然后进行站场的完整性维护决策的优化,就是一个系统优化问题。这样可以将设备的检验周期进行合理调整,对高风险、高失效可能性的设备缩短检验周期,而对低风险、低失效可能性的设备适当延长检验周期。设备和管线的风险值计算公式为:设备或管线的风险值=风险后果×风险概率最后结果如表4所示(前者为设备风险值,后者为管线风险值)。四、风险概率分析从上述计算结果看出,设备风险远大于管线风险,其中4个压缩机组不论风险后果还是风险概率都是最大的,其次是重力分离器和旋风式分离器。而管线部分内径为103mm的管线风险值也比较大;内径487.4mm的管线(汇管1经XV-80004到压气站出站的管线)的风险后果最大,这是由此这条管线的操作压力较大所致;风险概率方面,内径103mm的管线最大。另外,还可以得出孔尺寸与失效后果和失效概率的关系:随着裂口尺寸的增大,设备和管线的失效后果区域逐渐增大;而失效概率则呈现出不同的规律,对于设备来说,一般失效概率大多集中在小泄漏孔尺寸上,对于管线,1英寸左右的泄漏尺寸比较常见。温度对失效后果面积也是有影响的,温度越低,失效后果越大,这是由于不论气体处于音速或是亚音速流动,其泄放率都与温度的平方根成线性反比关系。对于失效概率的管理修正系数和设备修正系数来讲,管理修正系数与承包商所实施的管理程序有关,因为整个厂区都遵守同样的管理规则,所以管理系统修正系数不会改变设备项之间的基于风险值的顺序排列。但是,管理系统修正系数可能对每一设备项和整个工业设施的总风险水平有显著影响。当对整个装置的风险水平进行比较或者对不同装置或装置现场之间的类似设备项的风险值进行比较时,其作用就显得尤为重要。设备修正系数与设备所处的工艺条件有关,它可根据每台设备在其中运行的特定环境得出。五、建立完善的管道数据库,开发适合实际情况的风险分析软件对设备和管线的风险评价要求大量的现场数据和实际经验,对事故发生频率的分析很大程度上依赖于对结构抵抗力破坏能力的量化估计和对大量实例的系统分析。要做好这方面的工作,就要求建立完善的管道数据库,开发适合实际情况的风险分析软件。国外在这方面作了很多的工作,例如:Advantica开发的PIPESAFE风险评估软件包,它就结合了输气管道失效的各