油氣田在役油氣管道風險管理與預警技術(shù)

1、,油氣田在役油氣管道風險管理與預警技術(shù),林 守 江天津市嘉信技術(shù)工程公司Tianjin Genius Technology & Engineering Co.,Pipeline Risk Management Technology,油氣管道風險評價管理技術(shù)交流,一. 管道風險管理中的相關(guān)概念,Pipeline Risk Management Technology,根據(jù)中外學者的觀點，風險可定義為損失的不確定性、人為活動

2、消極后果發(fā)生的可能性。風險同人們有目的的行為、活動有關(guān)，當人們從事各種活動與期望發(fā)生不利的偏差時，人們就會認為該項活動有風險?？陀^條件的不確定性是風險的重要成因，這種不確定性既包括主觀對客觀事物運行規(guī)律認識的不完全確定，也包括事物本身存在的客觀不確定。 管道風險既包括風險發(fā)生的不確定性（或概率），也包括風險導致的后果的嚴重程度。,1. 管道風險（Risk）,2. 管道的風險評價（Risk Assessment）,管道的

3、風險評價技術(shù)是 3 0 多年來發(fā)展起來的管道安全評價技術(shù)，是指應用各種風險分析技術(shù)，用定性、定量或二者相結(jié)合的方式綜合度量風險對項目實現(xiàn)既定目標的影響程度，考慮所有風險綜合起來的整體風險以及項目對風險的承受能力。 管道風險評價的目的是: 綜合管道上各種失效風險發(fā)生的概率，對可能的風險進行評價，根據(jù)得到的風險值，綜合考慮各種風險的后果，取得經(jīng)濟投入與可能的失效后果的損失之間的平衡，做出存在的風險是否可以接受，為投入的控

4、制和緩解風險方案的決策提供依據(jù)。,3. 管道的風險管理（Risk Management）,管道風險管理是指在管線運營及維護環(huán)節(jié)中，為預防事故的發(fā)生及降低風險的水平而進行的計劃、協(xié)調(diào)、控制、監(jiān)督和組織工作。 完整的管道風險管理過程包括 風險識別、風險評價、風險控制與應對、風險監(jiān)控四個部分，是一個閉合系統(tǒng)。對風險進行識別、評價、提出風險控制與應對方案后，隨著風險應對計劃的實施，風險會出現(xiàn)許多變化，應對變化及時反饋，進行新

5、的風險估計和評價，從而調(diào)整風險應對計劃并實施新的風險控制計劃。,4. 基于風險的管道檢測（RBI）,基于風險的檢測（Risk-based Inspection），是將檢測重點放在高風險和高后果的管段上，而把適當?shù)牧α糠旁诘惋L險部分。在給定的檢測條件下，基于風險的檢測更有利于降低管道風險。 美國 API 已頒布了API RP 580 標準。管道檢包括內(nèi)檢測和外檢測技術(shù)。GE/PII、TWI等對不同類型的管道缺陷，開

6、發(fā)出多種智能內(nèi)檢測設(shè)備和技術(shù)。在不具備內(nèi)檢條件時，可以選用外檢測技術(shù)（又稱直接評價DA技術(shù)），包括 PCM、DCVG、CIPS等技術(shù)，以及開挖后，對管體缺陷進行檢測的超聲、射線等無損檢測技術(shù)。,管道檢測技術(shù)：常用方法、配合使用,皮爾遜/人體電容法,雜散電流干擾檢測,完整性管理,應用標準：ASME B31.8S-2004 輸氣管道完整性管理標準 API 1160-2001 危險液體管道系統(tǒng)完整性

7、的管理,完整性管理(Integrity Management, IM)技術(shù)面向管道全生命期，覆蓋設(shè)計、建設(shè)、運行等三個階段。IM是指：管道運行單位對管道的潛在風險因素不斷地進行識別和評價，并依據(jù)評價結(jié)果采取相應的風險控制和減緩對策，將風險始終控制在一個合理和可以接受的水平。 從實用的角度，完整性管理所采用的關(guān)鍵技術(shù)包括失效分析及失效案例庫的建立、風險評價技術(shù)、管道檢測技術(shù)、適用性評價技術(shù)、機械設(shè)備故障診斷技術(shù)、地質(zhì)災害評估技術(shù)、

8、地理信息系統(tǒng)（GIS）的建立等。,完整性管理的實施流程,6. 管道適用性評價（FFS）,適用性評價(Fitness For Service)是對含有缺陷的管道是否繼續(xù)使用以及如何使用的定量評價，對有缺陷管道的未來發(fā)展、管道的檢測周期以及維修周期等重要參數(shù)做出定量評價。管道的適用性評價包含了多個工程范疇：應力分析、材料工程、無損探傷、剩余強度、壽命預測、概率分析等方面。FFS是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)。 2007年AP

9、I聯(lián)合ASME修改完善原有標準,發(fā)布了API579-1和ASME FFS-1。通過適用性評價，允許在一定條件下使用帶缺陷的管道，可延長管道使用壽命，減少更新數(shù)量，提高投資效益。,外腐蝕直接評價（ECDA） 內(nèi)腐蝕直接評價（ICDA） 應力腐蝕直接評價（ SCCDA）,7. 管道腐蝕的直接評價（DA）,管道腐蝕是威脅管道完整性的主要因素之一，有效地控制腐蝕是建立在有效的檢測手段可準確的評價方法之上的。直接評價（Direct Ass

10、essment）是對不能進行內(nèi)檢測或以外腐蝕為主的管道，通過間接檢測手段采集數(shù)據(jù)，評價管道的各種腐蝕，進而得出管道完整性信息是十分有效的。管道的腐蝕直接評價是一個周而復始的循環(huán)過程。一般包含四個步驟：預評價、間接檢測、直接檢查和后評價的過程。,8. 外腐蝕直接評價（ECDA）,ECDA--Pipeline External Corrosion Direct Assessment 國際標準：NACE SP 0502-2008 國內(nèi)標

11、準：SY/T0087.1-2006 鋼制管道及儲罐腐蝕 評價標準--埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價,對于埋地鋼質(zhì)管道而言，ECDA評價方法是管道完整性評價方法中最為重要的組成部分。相比之下，ECDA評價方法一般采用常規(guī)檢測手段易于獲得管道的腐蝕相關(guān)數(shù)據(jù)，其評價結(jié)果具有較大參考價值。具有成本低、對管道條件要求不高，易于實施等優(yōu)點。,二. 在役油氣管道風險管理 技術(shù)發(fā)展趨勢,Pipel

12、ine Risk Management Technology,1. 國外技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,1970年代開始 應對腐蝕威脅、延長使用壽命、減低維護費用，開始了油氣長輸管道風險評價的研究和實踐。1985年 美國 發(fā)表 《風險調(diào)查指南》1992年 WKM總裁 米爾鮑爾 發(fā)表《管道風險管理手冊》2004年 《管道風險管理手冊》出版第三版加拿大從上世紀 90 年代初開始油氣管道風險評價和風險管理技術(shù)方面的研究工作。英國煤氣公司

13、開發(fā) Trans Pipe軟件包英國TWI公司開發(fā) RISKWISETM、LIFEWISETM以及PIPEWISETM,1. 國外技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,國外將風險分析應用到管線維修和管理過程中已經(jīng)取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。如美國Amoco管道公司1987年以來采用風險評價技術(shù)管理所屬的油氣管道和儲罐，已使年泄漏率由1987年的工業(yè)平均泄漏率的2.5倍降到了1994年工業(yè)平均泄漏率的1.5倍；同時，使該管道公司每次發(fā)生泄漏的支出降

14、低到1993年工業(yè)平均數(shù)的50%，從而使管道公司在1993年取得了創(chuàng)紀錄的利潤水平。,從技術(shù)的發(fā)展過程上看，國外管道風險評價技術(shù)的研究三個階段，即：定性評價、半定量評價、定量評價。,1. 國外技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,1）定性評價階段（Qualitative Risk Analysis） 其主要作用是找出管道系統(tǒng)存在有哪些失效危險，誘發(fā)事故的各種因素以及這些因素產(chǎn)生的影響程度，在何種條件下會導致管道失效，最終提出控制的措施。

15、 特點：不必建立精確的數(shù)學模型和計算方法，評價的精確性主要取決于專家經(jīng)驗的全面性、劃分影響因素的細致性、層次性等。 方法：風險檢查表（CL)，預先危害性分析（PHA)，危險和操作性分析（HAZOP)，故障樹分析法（FTA）等。操作簡單，實用性強，但是評價結(jié)果帶有很強的主觀性。 應用時間：上世紀七十年代中后期至九十年代前期。,1. 國外技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,2）半定量評價階段（Semi-Quantita

16、tive Risk Analysis） 以風險的數(shù)量指標為基礎(chǔ)，對損失后果和事故發(fā)生概率按權(quán)重值各自分配一個指標，將對應事故概率和后果指標進行組合，形成相對風險指標。最具代表性的是肯特模型，國內(nèi)外大多數(shù)風險評價軟件都是基于其基本原理進行編制的。 應用時間范圍是上世紀八十年代末至九十年代后期。由于半定量風險評價模型兼有評價指標設(shè)計全面、合理；操作簡單、易于計算機編程，便于實施；可靠性和精確度較高；結(jié)果的可解

17、釋性強等優(yōu)點，所以至今仍在國外一些管道公司的風險評價實踐中廣泛應用。,1. 國外技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,3）定量評價階段（Quantitative Risk Analysis） 目前國外管道風險評價界正在大力研究的評價技術(shù)，是管道風險評價的高級階段?；趯κЦ怕屎褪ЫY(jié)果的直接評價，通過預先給失效概率和對事故損失后果確定一個具有明確物理意義的單位，并將產(chǎn)生失效事故的各類因素處理成隨機變量或隨機過程，對單個事故概率的計算得出

18、最終事故的發(fā)生概率，然后再結(jié)合量化后的事故影響后果，計算出管道的風險值。 評價方法綜合運用結(jié)構(gòu)力學、斷裂力學、化學腐蝕等各種工程理論，其評價結(jié)果是最嚴密和最準確的。評價的結(jié)果還可以用于對安全、成本、效益的綜合分析，這一點是前兩類方法都做不到的。,1. 國外技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,3）定量評價階段（Quantitative Risk Analysis） 目前，已逐漸趨于成熟并在國外管道風險管理實務中應用。有代表

19、性的定量評價方法大體上有如下三種：（1）按照腐蝕和泄漏理論將管道某處的泄漏率與“有效泄露距離”結(jié)合為“管道的危險長度”作為對管道事故損失后果的測度，將其與該處失效率的乘積在管道一定長度上作積分得到管道對外界公眾的風險值。（2）在管道風險評價中引入多屬性效用函數(shù)理論（MAUT），將不同管道管理者和專家對于同一管道的同一屬性風險可能有不同的風險偏好考慮到管道風險評價中去，分別使用三種負效用函數(shù)作為管道事故對HSE三個方面帶來損失后果的測

20、度。（3）由斷裂力學中的判據(jù)結(jié)合管道參數(shù)(壁厚、管徑、拉伸強度等)構(gòu)造狀態(tài)函數(shù)，通過模擬得出斷裂失效概率并研究腐蝕和剩余應力的關(guān)系。,2. 國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,管道風險評價研究工作起步較晚。1995年引入管道風險指數(shù)評分模型。此后，風險分析和評價在安全性評價中的應用研究才開始得到部分油田企業(yè)和科技人員的重視。 1995年12月四川石油管理局根據(jù)四川天然氣管線的實際情況提出了管線風險檢測和評價的整改程序；西南石油學院于19

21、94年開始針對管道局所屬魯寧線了安全性和剩余壽命評價，初步引用了風險技術(shù)，2000年研制開發(fā)了輸氣管線風險評價軟件。 故障樹分析方法在我國研究較多，但由于油氣管道故障樹構(gòu)造復雜，由于缺乏歷史數(shù)據(jù)積累，造成事件概率無法精確得知，限制了應用。,2. 國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,目前應用最多的仍是肯特風險指數(shù)評價模型。2001年烏魯木齊市天然氣管道工程便是肯特指數(shù)評價模型對整條管道風險的一次完整運用。 西氣東輸管道實施

22、完整性管理于2005年開始實施。在地質(zhì)災害風險、第三方風險評估、腐蝕控制及地質(zhì)災害監(jiān)測等方面取得了很多成果。我國還處于初期的發(fā)展階段。與國外的差距主要表現(xiàn)在：1）風險評價技術(shù)基本上均處于半定量水平上，主要采用的是肯特指數(shù)評價模型，評價項目和依據(jù)是專家的判斷，評價的精確性取決于經(jīng)驗的全面性、劃分影響因素的細致性、層次性以及權(quán)值分配的合理性。,2. 國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,2）長期以來，我國管道工業(yè)的發(fā)展缺乏大量基礎(chǔ)研究、統(tǒng)計資料和實測數(shù)據(jù)支

23、持，近些年才建立起管道信息數(shù)據(jù)庫，但是數(shù)據(jù)采集和完善積累需要一個相當長的時間。3）評價方法本身的定量化水平不高，對于眾多模糊性的因素和評價信息認識和處理準確性不足，造成評價結(jié)果與客觀實際間存在很大偏差。 國內(nèi)管道風險管理的技術(shù)方面的文獻多集中在長輸油氣管道，有關(guān)油氣田管道風險的較少。國內(nèi)部分油氣田，如塔里木油田開展了以腐蝕監(jiān)測為主的油氣管道風險監(jiān)測工作，并開始開發(fā)相關(guān)的管理系統(tǒng)和軟件。,3. 相關(guān)標準情況,美國管道完整

24、性和腐蝕控制、檢測和評價的主要標準有：API579-1/API579-2007 Fitness-for-Service標準（Second）ASME B31G-1991(R2004) Managing System Integrity of Gas PipelinesAPI Std 1160 Managing System Integrity for Hazardous Liquid PipelinesNACE SP0106-20

25、06 Internal Corrosion Control in PipelinesNACE SP0169-2007 Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping SystemsNACE SP0204-2008（SCCDA）、SP 0206-2006 （ICDA）

26、NACE SP 0502-2008 （ECDA）Pipeline External Corrosion Direct Assessment MethodologyNACE SP0208-2008 Internal Corrosion Direct Assessment Methodology

27、 for Liquid Petroleum Pipelines,3. 相關(guān)標準情況,近年來我國加快了管道規(guī)程和標準的步伐，目前管線檢測評價的標準有：SY/T 0087.1-2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準—外腐蝕直接評價》SY/T 6151-1995 《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價方法》；SY/T 6186-2007 《石油天然氣管道安全規(guī)程》GB/T 19285-2003《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》GB/T 21

28、246-2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法》SY/T 6477-2000 《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法-體積型缺陷》關(guān)于管道完整性的管理標準： SY/T 6648-2006 危險液體管道的完整性管理 SY/T 6621-2005 輸氣管道系統(tǒng)完整性管理,4. 油氣管道安全管理和風險評價技術(shù)的發(fā)展趨勢,1）相關(guān)標準日趨完善。 國外API S

29、P 579-1/ASME FFS-1 2007、ASME B31.8S-2004、NACE SP0502-2008 等一批國際新標準之后，我國管道行業(yè)的相關(guān)標準得到了很快的發(fā)展。 SY/T 6621-2005 輸氣管道系統(tǒng)完整性管理、 SY/T 6648-2006 危險液體管道的完整性管理、 SY/T 0087.1-2006 埋地鋼制管道外腐蝕直接評價等。 通過制定和執(zhí)行這些規(guī)范

30、，如在西氣東輸管道的完整性管理實踐，大大提升了我國管道行業(yè)運行管理、風險評價的技術(shù)水平。,4. 油氣管道安全管理和風險評價技術(shù)的發(fā)展趨勢,2）智能化內(nèi)檢測技術(shù)、DA技術(shù)使評價結(jié)果更為準確 將不同檢測技術(shù)的結(jié)合，有力地推進內(nèi)檢測技術(shù)的進步。內(nèi)檢測器向高清晰度、GPS和GIS技術(shù)一體化高智能方向發(fā)展。結(jié)合漏磁通法與超聲波法的管內(nèi)智能檢測裝置，應用效果良好。 采用超聲技術(shù)和基于光學原理的無損檢測技術(shù)能較容易地實

31、現(xiàn)管壁缺陷的直觀顯示。三維圖像直觀顯示缺陷在內(nèi)檢測上的應用，使得檢測結(jié)果更全面、更清晰、更準確。 外檢測方法結(jié)合多種檢測技術(shù)，應用適用性判據(jù)，可實現(xiàn)針對不能進行內(nèi)檢測的管道進行腐蝕直接評價，根據(jù)檢測結(jié)果進行缺陷評價，制定缺陷維修方案,提高管道完整性的管理水平，為管道的安全運行提供了最有力的保證。,4. 油氣管道安全管理和風險評價技術(shù)的發(fā)展趨勢,3）GIS 等信息技術(shù)的應用，可對更加復雜系統(tǒng)進行管理 GIS系

32、統(tǒng)與完整性管理相結(jié)合，極大地提高了管道可視化管理能力。評價數(shù)據(jù)庫包括施工年限、涂層類型、運行期檢測數(shù)據(jù)及基線檢測數(shù)據(jù)等，通過將各類空間數(shù)據(jù)（地形、地貌、建筑、道路、管線等）以及描述空間特征的屬性數(shù)據(jù)通過計算機進行輸入、存貯、查詢、統(tǒng)計、分析、輸出的一門綜合性空間信息系統(tǒng)。同時，基于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫管理，運用圖形圖像學、多媒體技術(shù)等最新科技成果，能共享多部門之間的數(shù)據(jù)，對多時態(tài)的空間信息能做出生動、直觀的描述，并能運用各種數(shù)學手段進行輔助

33、決策，極大地提高管道安全運營的能力。,4. 油氣管道安全管理和風險評價技術(shù)的發(fā)展趨勢,4. 油氣管道安全管理和風險評價技術(shù)的發(fā)展趨勢,三. 在役油氣管道風險管理 技術(shù)簡介,Pipeline Risk Management Technology,1. 在役油氣管道的風險管理技術(shù),完整的風險管理全過程應包括風險識別、風險評價、風險控制與應對、風險監(jiān)控四個部分，而且整個風險全過程應是一個閉合系統(tǒng)，即對風險進行識別、評價、提出風險控制

34、與應對方案后，隨著風險應對計劃的實施，風險會出現(xiàn)許多變化，這些變化的信息應及時反饋，風險管理者才能及時地重新對新情況進行風險估計和評價，從而調(diào)整風險應對計劃并實施新的風險應對計劃，只有這樣循環(huán)往復，保持風險管理過程的動態(tài)性才能達到風險管理的預期目的。,,2. 管線系統(tǒng)風險的量化分析法,定量風險評價是對設(shè)施或作業(yè)活動中發(fā)生事故的概率和后果進行分析和定量計算，將計算出的風險值與風險管理標準相比較，判斷風險是否可接受，并提出控制風險的措施建議

35、。,,定量風險評價主要回答四個問題：即評價對象可能會出現(xiàn)什么問題，意外事件發(fā)生的概率有多大，后果會怎么樣，該意外事件的風險是否可以接受。,2. 管線風險的量化分析法--風險值的計算模型,單項事故的風險值：設(shè)以Ri為第i種事故的風險值，Pi為第i種事故出現(xiàn)的概率（或頻率）；Ci為第 i 種事故的后果損失，則：Ri = Pi×Ci （i =1 ,2,… 7）對于油氣管線來說，事故通常可分成：外腐蝕、內(nèi)腐蝕、第三方破壞、土壤移動

36、、設(shè)計（材料）因素、系統(tǒng)安全因素及應力腐蝕裂縫等7類。某段管段的某項事故的風險值：設(shè)整個管線系統(tǒng)共劃分成m段，而第j段管段的第i項事故的風險值為Rij，則： Rij = Pij×Cij Pij 為第j段管段的第i項事故的概率；

37、 Cij 則為該段出現(xiàn)第i項事故后的后果損失。整個管線系統(tǒng)的總風險值：設(shè)以Rs代表此總風險值。當管線共劃分成m管段時，則：,,2. 管線風險的量化分析法--風險可接受標準,國際上，常用的風險可接受標準有風險矩陣和最低合理可行原則(ALARP 原則) 。在定量風險評價中，ALARP 原則設(shè)定了風險容許上限和下限，將風險分為三個等級。位于上限之上的風險，不能接受；位于下限之下的風險，可以接受

38、；中間稱為ALARP 區(qū)域，應在經(jīng)濟、可行的前提下采取措施盡可能地降低這一區(qū)域的風險水平。,,3. 肯特風險評價模型--模型的基本假設(shè),獨立性 -- 模型中影響管道風險的各個因素是各自獨立的， 每個因素各自獨立影響管道風險，總風險評分為各 獨立因素評分的總和。 最壞狀況 -- 用肯特風險評價模型評價管道風險時，

39、 應以最壞狀況為基準。 相對性 -- 評價模型評價分數(shù)是一個相對概念。如某段管道 評價風險數(shù)高于其他管段，則表明其安全性相對高。 主觀性假設(shè)--評價模型評分的方法及分值是人為制定的，主 觀色彩不可避免。 分數(shù)限定假設(shè)--風險評價模型中各項目所限定的分數(shù)最高值 反映了該項目在風險評價中所占位置的重要

40、性。,,,3. 肯特風險評價模型--模型評價步驟和基本框架,,,,肯特指數(shù)評價模型將風險評價指標分為腐蝕、第三方破壞、操作不當和設(shè)計因素四個方面共60多個變量，通對管道運行期間發(fā)生事故的統(tǒng)計，可以對管道的風險概率和后果進行定量的評價。 同時，模型中的風險變量不是一成不變的，設(shè)計者強調(diào)應用者可以也應該根據(jù)應用環(huán)境的實際，對模型中的考慮風險因素及分配的權(quán)重做出必要的調(diào)整。以適應評價對象的特定環(huán)境。,3. 肯特風險評價模型--評價模

41、型的風險因素,,,3. 肯特風險評價模型--評價模型的風險因素,,,4. 管道的適用性評價技術(shù),管道發(fā)生腐蝕后，其管道剩余強度、剩余壽命、可靠性以及安全性等發(fā)生了何種變化，在保證管道安全可靠性的同時，如何經(jīng)濟安全地運行，需要進行含缺陷管道作適用性評價。它是在管道腐蝕影響分析（腐蝕機理、腐蝕程度、腐蝕速率和缺陷尺寸確定）基礎(chǔ)上以剩余強度計算的方式進行的。1）管道實用性評價的技術(shù)方法 對含有缺陷管道是否繼續(xù)使用，以及如何

42、繼續(xù)使用、檢測及維修周期做出定量的評價。評價內(nèi)容主要包括：管道失效分析、管道的剩余強度評價、剩余壽命預測、可靠性分析以及風險管理等四大部分，是以現(xiàn)代斷裂力學、彈塑性力學和可靠性理論為基礎(chǔ)的嚴密而科學的評價方法。,,,4. 管道的適用性評價技術(shù),2） 適用性評價的實施結(jié)果 包括定量檢測管道的缺陷，依據(jù)嚴格的理論分析判定缺陷對安全可靠性的影響程度，對缺陷的形成、擴展及構(gòu)件的失效過程、后果等做出判斷。最后可按4種情況分別處理：

43、（1）對安全生產(chǎn)不造成危害的缺陷允許存在；（2）對安全性雖不造成危害，但會進一步發(fā)展的缺陷要進行壽命 預測，并允許在監(jiān)控下使用；（3）若含缺陷構(gòu)件降級使用時可保證安全可靠性要求，可降級使用；（4）含有對威脅可靠性缺陷的構(gòu)件，應立即采取措施，返修或停用。 適用性評價是對質(zhì)量控制標準的必要補充和完善，在保證安全的情況下，可獲得巨大的經(jīng)濟效益。,,,4. 管道的適用性評價技術(shù),3） 適用性評價的評

44、價方法 （1）失效評價圖（Failure Assessment Diagram）評價方法 將評價點描于失效評估圖（FAD）上。每一點的位置是施加載荷條件、缺陷尺寸、材料性能的函數(shù)。如果評價點位于失效評價圖的坐標軸和失效評價曲線所構(gòu)成的區(qū)域，認為結(jié)構(gòu)安全。反之，如果評價點落在是失效評價曲線外側(cè)，則結(jié)構(gòu)可能不安全。采用描繪不同裂紋尺寸的一系列評價點也可用來確定極限缺陷尺寸。由這些評價點構(gòu)成的曲線與失效評價曲線交截點所對應的

45、缺陷尺寸即為結(jié)構(gòu)的極限缺陷尺寸。,,,4. 管道的適用性評價技術(shù),3） 適用性評價的評價方法（2）概率斷裂力學評價方法概率斷裂力學是斷裂力學與可靠性理論的工程應用和相互滲透的結(jié)果，研究當應力、強度、缺陷尺寸及環(huán)境因素為隨機變量時，結(jié)構(gòu)在給定壽命下破壞概率和可靠度。 國際上發(fā)展的以概率斷裂力學為基礎(chǔ)的適用性評價方法有美國空軍提出的飛機結(jié)構(gòu)抗疲勞開裂的耐久性評價方法，英國Rolls-Roys公司用于航空發(fā)動機的數(shù)據(jù)庫方法；

46、美國西南研究院（SWRI）的應力下隨機結(jié)構(gòu)的數(shù)值評價（NESSUS）等等。當前適用性評價方法研究的熱點之一是概率斷裂力學的應用。,,,4. 管道的適用性評價技術(shù),適用性評價方法的典型流程,,,4. 管道的適用性評價技術(shù),4） 適用性評價方法的技術(shù)進展 經(jīng)濟性的適用性評價方法。具有代表性的有：（1）1988年CEGB-R6含有缺陷的結(jié)構(gòu)完整性的評價（2）1990年國際焊接協(xié)會（IIW）焊接結(jié)構(gòu)適用性評價指南（3）199

47、1年英國BSI-PD6493焊接結(jié)構(gòu)缺陷可接受性評價方法（4）1995年ASME-B31G確定腐蝕管線的剩余強度的手冊（5）1995年ASME–Section XI核電站構(gòu)件在役檢測規(guī)范（6）2007年API RP 579煉油與石化裝備適用性評價推薦做法 這些方法主要是針對裂紋型缺陷的安全評價方法。多數(shù)采用了實效評價圖（Failure Assessment Diagram）技術(shù)。,,,5. 管道評價技術(shù)的小結(jié),目前

48、常用的評價方法為：完整性評價、風險評價、適用性評價相同點： 目的相同：都是為了保證管道的安全運行 流程相同：基于歷史數(shù)據(jù)，找出可能的薄弱環(huán)節(jié) ，進行檢測， 再依照某一模型進行評價，得出結(jié)論。 不同點： 應用點不同：風險針對在役管道的某個時段的所有可能的項目； 適用性針對有缺陷的在役管道，考慮運

49、行條件； 完整性在全生命期，針對管道全面的運行環(huán)境。 側(cè)重點不同： 風險評價側(cè)重于管道失效概率，考慮失效的后果； 適用性側(cè)重于管道的管體狀況，以剩余強度為主； 完整性考慮全面，側(cè)重于管道處于完整狀態(tài)的 考慮

50、，以保證管道的長期安全運行。,,,6. 管道的管理技術(shù)的小結(jié)—完整性,,,6. 管道管理技術(shù)的比較,,,6. 管道管理技術(shù)的比較,在役管道管理的技術(shù)可分為兩類：一是以完整性評價技術(shù)為核心的完整性管理，二是以風險評價技術(shù)為核心的風險管理。兩類方法思路相同：識別/檢測->評價->措施，并且都需要檢測，但完整性管理針對的是管道全部運行因素，考慮的是保證管道持續(xù)運行的需要；風險管理針對管段整體中有風險的項目，考慮失效后果，基本方法是

51、計算失效概率。兩類方法有逐漸融合到完整性管理的趨勢。 完整性管理是一種主動預防的管理方法，是先進管理經(jīng)驗的總結(jié)提煉，已被國際上眾多管道公司所采用。此外，完整性管理十分注重管理過程的持續(xù)性，強調(diào)在管線生命期的設(shè)計、建造、運行直至報廢等各個階段都要進行持續(xù)不斷地管理。而風險評價主要是在管道運行期間，更注重管道當前的安全狀況。強調(diào)對當前管道可能存在的風險進行識別、風險評價，對不同的風險及后果應用風險接受判據(jù)，采取有針對性的風險控

52、制措施，使風險減低到可以接受的程度。,,,6. 管道管理技術(shù)的比較,,,6. 管道管理技術(shù)的比較,四. 在役油氣管道風險管理 案例介紹,Pipeline Risk Management Technology,,,1. 西氣東輸管道完整性管理,管道完整性管理實施概況：1）建立了完整性管理規(guī)范，編制了完整性管理文件體系。2）建立完整性管理信息平臺 整合了地質(zhì)災害風險評估、管道本體腐蝕管理等軟件，具有管理所有的現(xiàn)狀

53、及歷史數(shù)據(jù)的能力，可提供三級應用分析。3）開展了管道風險評估 完整性管理于2005年開始實施。過程中，在地質(zhì)災害風險評估、第三方風險評估、管道本體腐蝕控制及地質(zhì)災害監(jiān)測等方面取得了很多成果。評價工作分三個階段。 初步評估。識別高風險管段 詳細的風險評價和確定降低風險的方案。,,,1. 西氣東輸管道完整性管理,通過上述工作，可以得到以下成果：可對管道各段因破壞可能產(chǎn)生的后果進行量化分析；可識別管道沿

54、線對人員存在高風險的管段；可根據(jù)這些管段的現(xiàn)有設(shè)計來估算管道的破壞頻率；有助于準確確定高風險管段的風險度和風險度超過可接受標準的管段； 對所識別的不可接受高風險的管段，選擇既可以降低風險又可以實施的改進方案，對設(shè)計方案進行調(diào)整。對于風險度非常低的管段，可以在不明顯增加風險度的前提下，考慮降低施工與長期維護費用的方案。,,,1. 西氣東輸管道完整性管理,對西氣東輸管道進行風險評價，帶來了如下益處：可確定所設(shè)計的管道對鄰近人口的

55、風險度是否達到國際上認可的可接受風險度標準，保證投資方在管道設(shè)計階段就達到國際安全標準；以最經(jīng)濟的設(shè)計方法最大限度地降低管道造成人員傷亡和中斷供氣的風險；當管道因意外事故發(fā)生破壞時，業(yè)主可以證明管道安全問題在設(shè)計、運行階段已經(jīng)作了充分的考慮，從而使業(yè)主在訴訟中得到法律保護；可以在不降低管道安全性的條件下制定較經(jīng)濟的運行維護方案。,,,2. 秦京輸油管道風險評價,1）秦京輸油管道概況 秦京線于1975年6月15日建

56、成投產(chǎn)，全長349.19km，管徑Φ529mm，管材為16Mn螺旋焊縫鋼管，壁厚7mm。外壁采用石油瀝青玻璃布防腐，外加電流陰極保護。全線設(shè)有秦皇島站（油庫）1座，昌黎、遷安、豐潤、寶坻、大興輸油站5座，房山輸油末站（油庫1座），陰極保護站8座，閥室2座。管道沿線穿越河流40處；跨越大型河流1條、水渠2處；穿越鐵路16處，公路63處。全線（除秦皇島站）采用先爐后泵工藝流程，輸油能力已由原來設(shè)計的600X104t/a提高到750X104t

57、/a，可實現(xiàn)分段和全線密閉輸油工藝。站內(nèi)輸油參數(shù)實現(xiàn)自動采集、集中控制，并將各站主要運行參數(shù)上傳到調(diào)度室。,,,2. 秦京輸油管道風險評價,2）秦京輸油管道風險評價概況 經(jīng)過30年運行，防腐層老化、破損造成管道大范圍腐蝕。期間用漏磁變形和腐蝕檢測設(shè)備進行了全線檢測。發(fā)現(xiàn)管道腐蝕比較嚴重，有大量的大面積腐蝕。共發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)壁厚減少在3.5mm以上嚴重腐蝕點有16處，壁厚減少在1.75～3.5mm之間的腐蝕點有59處；此外尚有

58、大量的壁厚減少在1.75mm以下的輕度腐蝕存在。 應用腐蝕穿孔風險評價模型，對檢測數(shù)據(jù)進行定量計算當前秦京線的風險。在1998，1999年和2001年對局部腐蝕嚴重的管段進行了大修，對一些缺陷進行了補強修復，所以在原有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上應進行了修正，避免因此產(chǎn)生的誤差。,,,2. 秦京輸油管道風險評價,2）秦京輸油管道風險評價概況 評價管線的腐蝕穿孔失效是按照風險分段的原則將管道分成幾段，對每段的腐蝕缺陷進行統(tǒng)

59、計分析，得出每段管道的腐蝕穿孔失效概率。根據(jù)腐蝕穿孔失效概率計算模型，取秦京線的參數(shù)如下：直徑529mm，壁厚7mm，屈服強度388MPa，許用應力288MPa，根據(jù)管道平均承壓，腐蝕缺陷的最大允許深度5.6mm。缺陷的尺寸以及實際壓力數(shù)據(jù)已由檢測及仿真軟件計算得出。由于秦京線只進行了一次內(nèi)檢測，軸向和徑向腐蝕速率只能進行平均估計。,,,2. 秦京輸油管道風險評價,3）秦京輸油管道風險評價結(jié)果 由事故樹可知，穿孔、斷裂為

60、各自獨立的風險因素，相加計算其總風險。80個管段風險評價結(jié)果表明，有29段的風險高于風險可接受標準上限值1×10-3，必須立即采取有效措施降低風險。風險構(gòu)成和按風險由高到低排序情況及其主要原因。,,,3. 荷蘭Gasunie高壓輸氣管網(wǎng)風險管理,為確管道安全，Gasunie公司開發(fā)了管道完整性管理系統(tǒng)PIMSLIDER。完成存儲、檢索和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，保證了對管線進行精度高，重現(xiàn)性好，節(jié)省時間的完整性分析和風險評價。

61、 系統(tǒng)的另一個功能是應用完整性數(shù)據(jù)庫，對管道實施預先評價。這種具有特征和/或環(huán)境條件的數(shù)據(jù)檢索功能，大大增加訪問數(shù)據(jù)的范圍，確保評價過程能夠通過統(tǒng)計方法來改進評價的可靠性，降低管道的檢測、維修和開挖的費用。 在實施預評價階段，使用DA模塊可協(xié)助操作人員收集和分析需要的數(shù)據(jù)，以確定管道的當前風險狀況。經(jīng)過數(shù)據(jù)收集和對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的可視化，確定出合適的ECDA分區(qū)。此外，收集到數(shù)據(jù)被用來構(gòu)造與管道相關(guān)參數(shù)SRA模型。,,,

62、3. 荷蘭Gasunie高壓輸氣管網(wǎng)風險管理,在間接檢測步驟中，用戶使用DA模塊存儲和分析地面方法的檢測數(shù)據(jù)，以確定防腐層缺陷的嚴重性和位置，以及管體腐蝕的可能性。對于每種地面檢測技術(shù)，針對ECDA方法不確定性的主要來源，對遺漏缺陷點和虛假指示的情況進行統(tǒng)計，減小甚至消除這些不確定性。 在直接檢查階段，通過進行有針對性的開挖，采集數(shù)據(jù)，評價腐蝕的真實性。隨后，應用ECDA模塊更新有關(guān)檢測技術(shù)性能、缺陷數(shù)量和缺陷點的腐蝕

63、速率等內(nèi)容及其相關(guān)參數(shù)。基于分析結(jié)果，為每個管段重新計算失效概率，通過DA模塊對完整性管理提供數(shù)據(jù)支持，確定是否和如何采取減緩措施。,,,3. 荷蘭Gasunie高壓輸氣管網(wǎng)風險管理,背景：Gasunie在荷蘭境內(nèi)有約12,000km的高壓管線，1960-1980期間建設(shè)。隨著服役年限的增加、腐蝕及機械損傷等原因，導致防腐層老化、管壁減薄的情況進一步惡化。大約50%可進行內(nèi)檢測，2005年開發(fā)管線完整性分析系統(tǒng)。,,,3. 荷蘭

64、Gasunie高壓輸氣管網(wǎng)風險管理,PIMSLIDER 系統(tǒng)由若干個功能模塊組成，以Slider模塊為核心。功能覆蓋數(shù)據(jù)管理（管線、環(huán)境、事故等數(shù)據(jù)）、CP系統(tǒng)的監(jiān)控、ILI數(shù)據(jù)分析、缺陷評價、風險的量化計算以及經(jīng)濟因素分析等諸方面的全過程。各模塊的功能是：SLIDER模塊（含Arclib數(shù)據(jù)庫）為系統(tǒng)的核心，完成管道相關(guān)所有數(shù)據(jù)的存儲及處理。該模塊主要用來進行信息檢索，對數(shù)據(jù)間關(guān)系進行追蹤查詢。CP專家系統(tǒng) 對現(xiàn)有CP系統(tǒng)的功能

65、和效率進行分析。其建模功能支持工程師為管道建設(shè)和調(diào)整CP系統(tǒng)時進行設(shè)計。CP專家系統(tǒng)從Slider中獲取數(shù)據(jù)。它還對CP站進行最優(yōu)運行的計算，以保證CP系統(tǒng)可靠和高效地運行。GDLI模塊 所有過去發(fā)生在Gasunie管線上的管道事故均存儲在GDLI數(shù)據(jù)庫中，GDLI模塊設(shè)計分析和可視化的這些事件。,,,3. 荷蘭Gasunie高壓輸氣管網(wǎng)風險管理,,,3. 荷蘭Gasunie高壓輸氣管網(wǎng)風險管理,Inpipe 內(nèi)檢測數(shù)據(jù)處理模

66、塊 用于對管道進行ILI檢測所取得的任何種類缺陷數(shù)據(jù)的分析。它具有在管道三維模型上，與精確位置映射的相關(guān)管道內(nèi)數(shù)據(jù)處理和顯示特性。支持以ASME B31G和RSTRENG方法進行管道剩余強度。修復專家 支持管道缺陷的評價，定義最為適合的維修方法和程序。對缺陷的評價可以是利用由ILI的缺陷幾何數(shù)據(jù)，也可以是使用間接檢測工具的原始數(shù)據(jù)。對多次ILI檢測，缺陷評價可對不同階段數(shù)據(jù)進行評價?？蓮慕?jīng)濟的角度來優(yōu)化檢測和維修的過程。PSL模塊

67、 基于“燃氣管道風險評價PIPESAFE模型”的危害和風險評價的軟件包，為風險管理的核心?；赟lider數(shù)據(jù)庫，對任何管道進行風險的量化計算。 還可以使計算在管道上已經(jīng)采取措施的風險減緩效果。,,,3. 荷蘭Gasunie高壓輸氣管網(wǎng)風險管理,風險專家系統(tǒng) 該模塊是一個對管段按風險進行排隊的工具。完成風險評價后，也用于維護和檢測優(yōu)先次序的排列?；诘姆椒ㄊ遣捎脜^(qū)分和定量化威脅和后果的數(shù)學模型。威脅的可能性是基于操作經(jīng)驗、專家判

68、斷和行業(yè)經(jīng)驗來進行定量的。直接評價模塊 DA模塊是基于NACE的ECDA標準并結(jié)合SRA來開發(fā)的。ECDA處理管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，多種現(xiàn)場檢測和評價等數(shù)據(jù)，結(jié)合貝葉斯統(tǒng)計的SRA模型，對信息進行量化處理。支持管理者制定最佳檢查程序，提升管道可靠性和節(jié)省檢測費用。 針對失效模式，DA模塊對外腐蝕的失效進行建模。其他失效模式的影響則以常量的形式加以處理。最后將所有的ECDA分區(qū)集成在一起，計算管道的失效摡率。,,