基于风险的油气长输管道完整性管理

9 定性风险评价
• 各国比较通用的作法是将失效可能性和失效后果的严重性列入4×4的风险矩阵 中(下图) ，按高风险、中等风险和低风险来分级。 • 失效后果严重性划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。 Ⅰ级 灾难的：有人员死亡，引起公众不能食用的污染事件，大面积环境公 害，设备损坏导致停工90天以上。 Ⅱ级 严重的：致伤人员丧失工作能力，给公众造成伤害，设备损坏导致10～ 90天停工，区域性损失。 Ⅲ级 轻度的：人员受到不丧失工作能力的伤害，环境污染小，停工1～10天。 Ⅳ级 轻微的：无人员伤害，设备损坏轻微 • 失效可能性划分为A、B、C、D级 A 频繁发生：风险评价前10年发生1次或1次以上事故，概率P≥10-1次/a B 很可能发生：2×10-2/a＜概率P≤10-1次/a C 有时可能发生：2×10-3/a＜概率P≤2×10-2次/a D 不大可能发生：概率P≤2×10-3次/a
基于风险的油气长输 管道完整性管理
中国石化集团公司安全工程研究院
目
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录
第一部分：概述 第二部分：基于风险的管道完整性管理 第三部分：管道完整性管理实施案例
第一部分——概 述
内容： 国内外油气长输管道分布及发展 油气长输管道失效分析
一、国内外油气长输管道分布及发展
发展概况：
管道已成为油气运输的重要方式，在工业国家的社会运输 中占有重要地位，已成为五大运输方式的重要组成； ¾ 至2003年，全世界已建成原油、天然气和成品油干线管道 188×104km，其中美国80.7×104km，俄罗斯22.1×104km。 ¾ 欧美国家原油的大部分，天然气的全部是利用管道输送， 成品油管道运输基本取代了铁路运输； ¾ 管道运输技术已达到成熟，从设计、施工技术与装备、管 材与制管技术、主要的工艺设备、管道防腐、自动化与监控 等方面，均能适应任何复杂条件下大型管道建设需要。
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独联体 欧洲 北美 亚洲 中美 非洲 中东地区
南美
数据取自A. Cosham “THE ASSESSMENT OF PIPELINE DEFECTS” 2003 （管道缺陷的评价）
全球油气长输管道分布概况
发展趋向
¾ 天然气将成为21世纪全球能源可持续发展的主要选择； ¾ 未来天然气管道建设的重点地区是亚洲和太平洋地区； ¾ 管道建设技术向着长运距、大口径、高压力、网络化、逐 步形成大型供气系统方向发展。
油气管道的主要失效模式
脆性断裂：低温脆断、应力腐蚀、氢致开裂
断裂 油气 管道 主要 失效 模式
韧性断裂 疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、腐蚀疲劳等
过量变形
过载引起的鼓胀、屈曲、伸长，外力引起的压扁、弯曲等 机械损伤：表面划伤、凹坑等
表面损伤
腐蚀：内腐蚀（输送介质引起）、外腐蚀（外部环境引起）
典型失效案例 ¾ 迄今为止，破裂裂缝最长的管道失效事故是1960年美国的 Trans-Western公司的一起输气管道脆性破裂事故，这条管道 管径30in，钢级X56，裂缝长度达13km； ¾ 损失最惨重的是1989年前苏联乌拉尔山隧道附近的输气管 道爆炸事故，烧毁两列列车，伤亡1024人（其中约800人死 亡）； ¾ 1965年美国路易斯安纳州发生一起严重的输气管道爆裂事 故，当场炸死17人，钢管爆裂8m； ¾ 1995年7月29日，加拿大TransCanada公司的一条干线输气 管道，在Manitoba附近发生爆炸，造成三条天然气管道输气中 断，爆炸产生的火球在30英里以外都可看见。
¾ 数据收集、检查和整合 • 完整性管理的数据构成 A.特性数据 C.运行 • 数据收集、检查和分析 • 数据的整合 • 形成数据库 B.施工 D.检测
¾ 风险评价
主要目的： 是对完整性管理工作进行优先级排序、分级，确定可 接受的风险水平。 作 用：
1. 风险评价提供了对不同类型事故的潜在影响和 事故发生的可能性进行评估的方法; 2. 利用风险评价的结果，可确定需进行完整性评 价和减缓活动的位置。
9 定量风险评价
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定量风险评价也称概率风险评价(PRA)，是将失效概
率FS和失效后果值CS代入下式，求出整个系统的总风险 值。 Risksystem=∑Risks= ∑(Cs·Fs)
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这种计算往往是一个相当复杂的、耗资巨大的过程，
同时需要有价值的数据库作为支撑。
9 半定量风险评价
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美国几家公司联合开发的IAP(Integrity Assessment Program) 风险评价程序和软件，采用的是一种半定量的或称为相对的， 以风险指数为基础的风险评价方法，得到较广泛的应用。 IAP将管道的失效类型分为：(1)外部腐蚀（EC）；(2) 内部腐 蚀(IC)；(3) 外来( 第3者)机械损伤(TP)；(4) 设计/材料错 误(DM)；(5) 地层运动(GM)；(6) 操作或工艺问题( OP)，(7) 应力腐蚀开裂(SCC) IAP将失效后果分为：(1)对居民的影响；(2) 对环境的影响； (3)对运营的影响。 评价结果将指出高风险的区域、高失效的概率区域和高失效后 果区域。对每一种失效类型和失效后果的影响因素(变量)均要 进一步分析评定，并加以权重处理，得到风险指数。
事故前
事故后
2000年8月美国新墨西哥州发生天然气管道爆炸着火事故，造成 12人死亡。这段管线于1950年建造，在破裂处可以发现明显的 内腐蚀缺陷。
2004年7月30日，比利时布鲁塞尔以南40 公里处发生一起天然气管道爆炸着火事 故，造成21人伤亡。管道钢级为X70，管 径36”,壁厚10mm。系第三方损伤引起。 损伤尺寸为长280mm、深7mm，损伤处剩余 壁厚3mm。
¾ 前苏联： 每 1000 公 里 年 的 失 效 频 率 由 1981 年 的 0.71 次 /1000km-yr逐年下降到1990年的0.26次/1000km-yr ； 腐蚀、焊接和管材缺陷、外部干扰是排在前三位的 失效原因，分别占总数的39.9%、16.9%、10.8%。
美国运输部（DOT）： ¾ 各种失效原因分为五大类，分别是：外力、腐蚀、焊接和 材料缺陷、设备和操作及其它； ¾ 外力是第一位的，约占失效总数的43.6%；其次是腐蚀，占 22.2%；设备和操作居第三位，占15.3%；焊接和材料缺陷引起 的失效较少，约占8.5%。 加拿大： ¾ 1975~1982年事故率为2次/1000公里·年； ¾ 大部分为泄漏，断裂事故发生较少。
二、油气长输管道失效分析
油气长输管道事故统计：
¾ 欧洲输气管道事故数据组织（EGIG）： 1970-2004年，管线平均失效概率以及每前五年的管线平均失效 概率总体上呈逐年下降趋势； 管线失效频率从1970年的0.87次/1000km-yr逐年下降至2004年 的0.41次/1000km-yr； 欧洲输气管道失效因素有：外部影响、施工和材料缺陷、腐 蚀、地层运动、带压维修失误及其它未知原因，分别占49.7%、 16.7%、15.1%、7.1%、4.6%、6.7%，外部影响是导致气体泄漏的主 要原因，其次为施工或材料缺陷。
未来需求
¾ 到2020年国内石油需求量达到4.2×108t～4.5×108t， 天然气需求量达到2000×108m3 ，占整个能源构成的10%， 其中发电用气和城市燃气增长最快，约占总量的1/3； ¾ 据石油输出国组织提供的数据，在目前世界能源消费构 成中，天然气大约占21%，到2025年，这一比例将上升到 近30%； ¾ 2002年全球液化天然气需求量1.1亿吨，国际天然气协 会预测2010年，需求量将达到2.3亿吨，届时，中国液化 天然气消费量将达到2000万吨。
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二、完整性管理的内容
¾ 风险因素识别（9大类因素） 9 时效性风险因素 外腐蚀 内腐蚀 应力腐蚀开裂 9 稳定风险因素 与制管有关的缺陷 与焊接/组装有关的缺陷 设备 9 与时间无关的风险因素 第三方/机械破坏 误操作 气候和外力因素
¾ 风险排序及高风险区域的确定
R=(0.69)√pd2
潜在影响区域
数据收集、检查和综合
风险评价
所有危险评价
完整性评价
完整性评价响应和减缓
油气长输管道完整性管理程序
管道完整性管理的重要性
墨菲定律：任何事物如果听其自然的话，总是向更坏的方向发展!
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全球（包括中国）二百多万公里油气管道中有20%-40%达到了 设计寿命，需要进“延寿”管理。 当前安全生产的严峻形式，对管道行业的管理提出新的挑战 和思考。 管道完整性管理是国外油气管道工业中的一个迅速发展的重 要领域。
9 风险定义为失效（或危险）后果（用C表示）和失 效可能性（用F表示）的乘积。对一种情况的风险： Risks=Cs · Fs 失效可能性指失效的概率； 失效后果主要有：经济损失、人员伤亡、环境破坏 9 风险值的单位是死亡人数/年或损失资金/年 9 风险评价也称风险排序，包括识别风险（潜在隐患）的 来源，评价各种失效的可能性和失效后果的严重度。 9 风险评价的方法分为定性、定量两种，二者之间的称为 半定量方法。
中国油气管道发展及未来
管道运输发展概况： ¾ 至2003年，油气管道累计长度45865km，其中原油管道 15915km，天然气管道21299 km，成品油管道6525 km，海 底管道2126 km； ¾ 大型管道工程达到了同期世界先进水平 ¾ 设计计算机化和各种运行工况的预先模拟，应用卫星 遥感、数据成像技术，GIS系统、GPS系统结合工程物探进 行管道选线 ¾ 管输工艺过程控制广泛采用SCADA系统 ，管道运行管 理由各线单独控制分散性管理，向集中控制管理方向发展
成本
总成本
最小期望成本
事故损失费用
整体维护费用
最佳风险值 风险评价的最终目的
风险
¾ 基于风险的管道检测
• 基于风险的检测是以风险评价为基础，对检测程序进行优 化安排和管理的一种方法。是将检测重点放在高风险（HRA） 和高后果（HCA）的管段上，而把适当的力量放在较低风险部 分。在给定的检测活动水平下，RBI有利于风险的降低(见下 页图) • 基于风险的检测程序的目的是：(1)识别高风险部位；(2) 对各部位的运行进行风险评价；(3) 进行风险排序；(4) 设 计适当的检测程序以降低总的风险并节约资源；(5) 为完整 性管理提供技术支撑。
存在的主要问题
¾ 天然气工业发展缺少战略性研究，没有建立起合理的 运价体系； ¾ 成品油管道建设严重滞后于油品运输需要； ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 高粘易凝原油管道输送理论不成熟、能耗高； 管道安全保障没有形成系统有效的控制能力； 计量仪器仪表精度低； 天然气储存基础设施和能力落后； 海底管道设计、施工、检修技术有待发展； 管道气液多相混输技术缺乏理论和方法。
第二部分 基于风险的管道完整性管理
内容： 管道完整性管理的概念及其重要性 油气管道完整性管理的内容
一、管道完整性管理的概念及其重要性
¾ ¾
管道在物理及功能上始终处于安全可靠的工作状态； 管道公司通过对油气管道运营中面临的风险因素进行识 别和技术评价，制定相应的风险控制对策，不断改善识 别到的不利因素，从而将管道运营的风险水平控制在合 理的、可接受的范围内。
¾
通过科学的设计、监测、检测、检验、检查等方式和各 种技术的应用，获取与专业管理相结合的管道完整性信 息，以可靠性为中心，对可能造成管道失效的危险因素 进行管道的完整性评价，指导维修决策和维修。
持续改进
设计、建设和改进
维修、维护
管道数据信息
检测、测试、检查、检验
分析、评价
管道完整性管理的要素循环
管道潜在危险识别
1994年美国新泽西州发生了天 然气管道破裂泄漏着火事故， 400－500英尺高的火焰毁坏了 8幢建筑。破裂处曾发生过机 械损伤，壁厚减薄。
1999年美国华盛顿发生一起汽油管 道破裂事故，25万加仑汽油流入河 中并着火燃烧，导致3人死亡。破裂 是从有机械损伤处开始的。内检测 曾检测出此缺陷，但未及时处理。
未来发展
中国油气资源：
¾ 我国石油地质资源量940×108t，其中陆上694×108t，海
域为246×108t，最终石油可采资源量140×108t，石油资源主 要分布在东部、西部和海域地区； ¾ 我国天然气总资源量为53万亿立方米； ¾ 与我国邻近的俄罗斯、中亚、中东和亚太地区是世界天然 气主要产地和出口地，是我国可利用的境外资源。