油气集输管道失效原因分析

油气集输管道失效原因分析

王海涛,刘学波,盖欣欣

中国石化胜利油田分公司油气集输总厂管道巡护中心，山东 东营，257000

摘要：结合故障树分析方法的相关概念，阐述了故障树分析方法的原理，并采用该方法对导致油气集输管道失效的主要影响因素进行分析。

关键词：油气储运；集输管道；影响因素；失效原因

1前言

管道风险评估作为管道风险管理的基础，其目的是通过计算某段管道或整条管道系统的风险值对各个管道（或管段）进行风险排序，以识别高风险的部位，确定哪些是最大可能导致管道事故和有利于潜在事故预防的至关重要的因素、确定管段维护的优先次序，为维护活动经济性的决策提供依据，最终使管道的运行管理更加科学化。

油田有油气管道2万多公里，这些管道由于穿越地区广、地形复杂，在运行过程中受到腐蚀、第三方破坏等各种各样因素的影响，管道失效不可避免，所造成的综合经济损失难以预料。因此，必须找出可能导致事故发生的初始因素，对各因素间的逻辑关系做出描述，发现和查明系统内各种固有的或潜在的危险因素，找出系统的薄弱环节，从而为分析事故原因和制定预防措施提供依据。这也就是我们通常所说的危害辨识，故障树分析方法可以为油气管道的危害辨识提供有效手段。

2故障树基本定义及分析过程

故障树分析是对既定的生产系统或作业中可能出现的事故条件及可能导致的灾害后果，按工艺流程、先后次序和因果关系绘成程序方框图，表示导致灾害、伤害事故的各种因素间的逻辑关系。它由输入符号或关系符号组成，用以分析系统的安全问题或系统的运行功能问题，为判明灾害、伤害的发生途径及事故因素之间的关系，故障树分析法提供了一种最形象、最简洁的表达形式。

故障树分析的基本程序[2]如下：

（1）熟悉系统：要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布置图。

（2）调查事故：收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统可能发生的事故。

（3）确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶上事件。

（4）确定目标值： 根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率，以此作为要控制的事故目标值。

（5）调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。

（6）画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。

故障树分析方法是从分析失效因果关系中的顶事件开始直到底事件，由果到因、自上而下进行。一个故障树就是一个逻辑图，该逻辑图描绘了事件之间发生的次序。

设为底事件i在时刻t所处的状态。如果底事件i在时刻t发生，则=1;如果底事件i在时刻t不发生，则=0。底事件i在时刻t发生的概率等于随机事件的期望值，因此有:

同理，顶事件的状态必然是底事件向量X(t)=的函数，设为描述顶事件的随机变量，则顶事件在时刻t发生的概率[3]等于:

=

故障树的结构函数可用最小割集进行有效描述，其结构函数一般分为或门(or)和与门(and)两种，分别由下式表示:

故障树图是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而联系，它用图形化模型的方法，使一个系统能导致一个可预知的或不可预知的故障事件(失效)，路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号(与，或)表示。在故障树图中最基础的构造单元为门和事件。由于故障树分析法是一种图形演绎法，因而需要一些专门的表示逻辑关系的门符号、事件符号以及基本术语，以表示事件之间的逻辑关系和因果关系。在建树时要用到许多符号，在建树之前简要介绍一下有关术语和本文所用的符号。

顶事件：所谓顶事件就是系统不希望发生的事件，也就是要研究的事件。通常选择系统最不希望出现的故障为顶事件，它位于故障树的顶端，把它形象地理解为“树根”。

中间事件：又称故障事件，它位于顶事件和底事件之间，并紧跟一个逻辑门表示，可形象地理解为“树枝”。

底事件：位于树的底部。底事件可理解为“树叶”。

导致油气集输管道失效的直接原因（树干）又由多个子原因（树枝）引起，而导致子原因发生的底层因素（树叶）即为导致管道失效的基本因素，通过分析导致油田油气集输管道失效的基本事件有以下53个：油地关系、企业管理制度、人员责任感、法律法规建设、执法情况、居民素质及意识、公共教育程度、居民公共意识、泥沙含量及介质流速、运行年限、介质腐蚀速率、套管情况、操作规程、内防腐质量、阴极保护情况、地震、塌方、洪水、应力集中、残余应力、内应力、降凝剂用量、降粘剂用量、上游加热情况、清管频率、防蜡剂失效或用量、监理情况、埋深情况、外防腐施工质量、焊接缺陷、管沟施工、土层开挖、管材质量、土壤腐蚀速率、大气腐蚀速率、线路标识、介质含水量、硫化氢含量、缓蚀剂、防腐层检测结果、防腐层检测维修、跨沟外露、阀组处、防腐层破损、道路占压、管内压力、杂散电流、二氧化碳含量、氧含量、建筑物占压、稳压装置、介质粘度、设计情况。

3结束语

油田油气集输管道的失效因素错综复杂，采用故障树分析法可以有效梳理各影响因素之间的关系，并发现每个影响因素的影响权重，从而确定导致管道失效的主要原因，使得使用单位对管道的维修维护有的放矢，降低维修维护成本的同时降低管道的风险值，达到降本增效的效果。

参考文献

[1] 严大凡，翁永基，董绍华．油气长输管道风险评价与完整性管理[M]．北京：化学工业出版社.2015：11-18

[2] 左东红，贡凯青．安全系统工程[M]．北京：化学工业出版社，2014.4：48-50

[3] 史润水，张芝华．事故树定量分析与安全指标的数学模型的建立[J]．中国安全科学学报，1997，7(2)：15-17

[4] Godfrey, M..Colonial uses risk assessment to enhance system integrity[J]. Pipeline & Gas Industry，2001(6)：49-61

[5] 黄维和．油气管道风险管理技术[J]．油气储运，2001，20（10）