【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 樹分析研究 因?yàn)閷?dǎo)致 原油 管線發(fā)生失效的因素 多種多樣 ， 并且原油 管道 多 為埋地管線， 因此對(duì)原油管線進(jìn)行 失效分析 就很困難 。 采 用故障樹分析 方法 是對(duì) 原油管線 進(jìn)行可靠性與評(píng)價(jià)非常 有效 的 方法。 找出管線 主要失效形式與 薄弱環(huán)節(jié)， 從而制定管線 運(yùn)行 與 維護(hù) 方面 相應(yīng)的措施 以保證原油管線能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命 [11]。 基本概念 故障樹分析，是一種評(píng)價(jià)復(fù)雜系統(tǒng)可靠 性和安全性的方法。 采 用 故障樹分析 方法對(duì)原油 管道進(jìn)行危害 辨識(shí) ，能夠找出導(dǎo)致事故發(fā)生的初始因素，發(fā)現(xiàn)和查明系統(tǒng)內(nèi)各種潛在的危險(xiǎn)因素， 為 管理者制定預(yù)防措施提供依據(jù) [12]。 一般情況下， 故障樹分析 主 要 可分為以下 八 個(gè)步驟，如 圖 21 所示。 圖 21 故障樹分析流程 陸上原油管線失效故 障樹分析 由于導(dǎo)致管線發(fā)生失效的因素較多，加之陸上原油管線一般為埋地管線，因此對(duì)原油管線系統(tǒng)進(jìn)行失效故障樹分析，找出原油管線的主要失效形式、失效機(jī)理 就非常必要。從 而 制定 相應(yīng)的措施，以提高原油管線的可靠性和使用壽命 [13]。 確定系統(tǒng) 建立故障樹 簡(jiǎn)化故障樹 定性分析 確定頂事件 調(diào)查原因事件 熟悉系統(tǒng) 調(diào) 查事故 制定防范措施 原油管線風(fēng)險(xiǎn)及災(zāi)害評(píng)價(jià)技術(shù)研究 陸上原油管線失效故障樹的建立 根據(jù)頂事件確定原則，故障樹的頂事件為“原油管線失效”。引起的最直接原因?yàn)榇┛着c開裂，二者中只要有一個(gè)出現(xiàn)，就會(huì)引起原油管線失效的發(fā)生。 以此類推，逐漸向下分析， 建立原油管道失效故障樹 [11， 14～ 17]。 如 圖 22 所示，圖中各符號(hào)所代表的意義見表 21。 . 圖 22 原油管線失效故障樹 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 7 表 21 原油管線失效故障樹中的符號(hào)與相應(yīng)事件 符號(hào) 事件 符號(hào) 事件 P 管線失效 f13 土壤含鹽量較高 A1 管線穿孔 f14 土壤 pH值低 A2 管線開裂 f15 土壤中含有 SRB B1 管線腐蝕嚴(yán)重 f16 土壤氧化還原電位高 B2 管線存在缺陷 f17 土壤含水率高 B3 管線承壓能力低 f18 陰極保護(hù)失效 B4 管線腐蝕開裂 f19 防腐絕緣層老化 C1 管線外腐蝕 f20 原油中含有硫化氫 C2 管線內(nèi)腐蝕 f21 原油中 含有 O2 C3 施工缺陷 f22 原油中含有 CO2 C4 初始缺陷 f23 原油中含水 C5 管線存在裂紋 f24 緩蝕劑失效 C6 管材力學(xué)性能差 f25 管道內(nèi)涂層變薄 D1 管線內(nèi)腐蝕環(huán)境 f26 管道襯里脫落 D2 管線應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重 f27 管線清管效果差 E1 第三方破壞嚴(yán)重 f28 管溝質(zhì)量差 E2 土壤腐蝕 f29 管道焊接方法不當(dāng) E3 管線外防腐措施 f30 焊接材料不合格 E4 管線內(nèi)防腐措施 f31 管段預(yù)處理質(zhì)量差 E5 酸性物質(zhì) f32 管段焊縫表面有氣孔 E6 管道焊接 f33 管段未焊透部分過大 E7 材質(zhì)存在缺陷 f34 焊接區(qū)域滲碳嚴(yán)重 E8 管線承載大 f35 焊接區(qū)域存在過熱組織 f1 結(jié)蠟嚴(yán)重憋壓 f36 焊接區(qū)域存在顯微裂紋 f2 管材抗腐蝕性能差 f37 焊縫表面有夾渣 f3 管線強(qiáng)度設(shè)計(jì)不夠 f38 管段焊后未清渣 f4 違章建筑物 f39 管線安裝質(zhì)量差 f5 管道附近土層運(yùn)移 f40 管材中含有雜質(zhì) f6 管線標(biāo)志樁不明 f41 管材金相組織不均勻 f7 沿線壓管嚴(yán)重 f42 管材晶粒粗大 f8 管道上方違章施工 f43 管材選擇不當(dāng) f9 外界較大作用力 f44 管材加工質(zhì)量差 f10 管線內(nèi)應(yīng)力較大 f45 管段存在殘余應(yīng)力 f11 土壤根莖穿透防腐層 f46 管段存在應(yīng)力集中 f12 土壤中含有硫化物 f47 管材機(jī)械性能差 原油管線風(fēng)險(xiǎn)及災(zāi)害評(píng)價(jià)技術(shù)研究 陸上原油管線失效故障樹的定性分析 原油管線失效故障樹最小割集 利用下行法和事件邏輯運(yùn)算法則求出 圖 22 中原油管線失效故障樹的所有最小割集，將故障樹轉(zhuǎn)化為等效的布爾代數(shù)方程， 見式（ 21） ： (21) 由上式可知，原油管線失效故 障樹 共 由 60 個(gè)各階割集組成， 其中 一階最小割集 29個(gè)，二階最小割集 7 個(gè)，三階最小割集 12 個(gè)，四階最小割集 12 個(gè)。 29 個(gè)一階最小割集（即 f1~f10， f19， f28~f44， f47）直接影響著系統(tǒng)的可靠性，是原油管線系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，要提高管線的可靠性與使用壽命，應(yīng)首先從這 29 個(gè)一階最小割集著手。 主要影響因素與改善措施 通過原油管線故障樹定性分析我們找出了影響系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。經(jīng)過整理和總結(jié)主要有以下幾個(gè)方面： （ 1）第三方破壞。包括、管線上方人 口密度、地質(zhì)災(zāi)害、穿河管線水流對(duì)管道的沖刷、管道路由樁和標(biāo)識(shí)牌殘缺、管道上方的違章施工、違章建筑物等等。還應(yīng)包括線頻率、員工責(zé)任心等 ； （ 2）管線外腐蝕。對(duì)于埋地管道主要是由土壤腐蝕、防腐絕緣層失效引起。土壤中的含鹽量、 PH 值、含水率與電阻率造成防腐層的破壞，特別是存在其它麥迪金屬電流、交流干擾的情況下更為嚴(yán)重。應(yīng)加強(qiáng)陰極保護(hù)系統(tǒng)的檢查 ； （ 3）管材初始缺陷。包括管材在制造加工、運(yùn)輸不當(dāng)造成缺陷。如管道厚薄不均、橢圓度大、防腐絕緣涂層質(zhì)量差、存在外部損傷等。管材出事缺陷將降低管線整體強(qiáng)度，為管線失效提供條件 。 ??????? ??? ??? 17 1144 2810 1 184719 lji flffffjfiP ? ? ?????? ?? 4645109232220 fffffnf n ???????? ??? ???27242220232 fqfpff p 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 9 第 3 章 輸油管線 相對(duì) 失效 風(fēng)險(xiǎn) 計(jì)算方法研究 管道 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分法概述 管道 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分法的基本模型 管道相對(duì)失效風(fēng)險(xiǎn)包括 四 大風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，分別是 ：第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)因素和誤操作 。每項(xiàng) 100 分，共 400 分。每方面風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)又包含了若干風(fēng)險(xiǎn)因素。 通過對(duì)以上四方面因素的分別評(píng)分，求得其指數(shù)和，即可得到管道的相對(duì)失效 風(fēng)險(xiǎn) 分值 [18]。 管道相對(duì) 失效 后果由 泄漏后果指數(shù) 來表征，主要 影響 因素有兩個(gè) ：介質(zhì)危害 和擴(kuò)散系數(shù) 。通過相對(duì)失效 風(fēng)險(xiǎn) 和相對(duì)失效后果即可得到管道的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn) 分值 。 圖 31 為管道風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)分法框圖。 圖 31 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分法框圖 管線分段 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)之前需要對(duì)整條管線進(jìn)行分段，主要依據(jù)以下四點(diǎn)原則，依其重要程度分別是 [19]： （ 1）沿線人口密度（ DOT 地區(qū)人口等級(jí)分類法 ）； （ 2）土壤腐蝕性； （ 3）包覆層狀況； （ 4）管道使用年限。 介質(zhì)危害 擴(kuò)散系數(shù) 泄漏 后果指數(shù) 誤操作指 數(shù) 設(shè)計(jì)指 數(shù) 腐蝕指 數(shù) 第三方破壞指 數(shù) 指數(shù)和 相對(duì)風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)估值 從 記錄 、 與 操作人員訪談中搜集 數(shù)據(jù) 確定相對(duì)失效風(fēng)險(xiǎn) 確定相對(duì)失效后果 原油管線風(fēng)險(xiǎn)及災(zāi)害評(píng)價(jià)技術(shù)研究 輸油 管線相對(duì)失效 風(fēng)險(xiǎn) 的計(jì)算 第三方破壞指數(shù)評(píng)分 所謂“第三方破壞”，主要是指由于非管道工作人員的行為而造成的所有的管道意外破壞。 影響第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)的因素主 要有一下幾方面 [20]： （ 1）管道覆蓋層最小厚度???????????? ? ????? 0~20 分 20% （ 2）活動(dòng)程度????????????????? ? ????? 0~25 分 25% （ 3）管道地面設(shè)施?????????????? ? ?????? 0~10 分 10% （ 4）直呼系統(tǒng)????????????????? ? ????? 0~10 分 10% （ 5）公眾教育????????????????? ? ????? 0~10 分 10% （ 6）管道用地標(biāo)志??????????????? ? ????? 0~ 5 分 5% （ 7）巡線頻率????????????????? ? ????? 0~15 分 15% （ 8）自然災(zāi)害（人為導(dǎo)致） ???????????? ? ???? 0~ 5 分 5% 管道覆蓋層最小厚度的評(píng)定（不可變因素， 20%） 管道覆蓋層 風(fēng)險(xiǎn)采用其 最小覆蓋層厚度 做 為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。 評(píng)分 可由以下公式計(jì)算得出： 管道最小埋深（英寸）247。 3 = 分?jǐn)?shù)值 （ 31） 覆蓋層的作用 是保護(hù)管線免遭第三方破壞。因此，采用預(yù)防機(jī)械性破壞管道的措施相當(dāng)于增加覆蓋層的等效厚度： 2in 厚的混凝土防 護(hù)層 = 增加 8in 厚土質(zhì)覆蓋層 4in 厚的混凝土防護(hù)層 = 增加 12in 厚土質(zhì)覆蓋層 混凝土板（加強(qiáng)的） = 增加 24in厚的覆蓋層 管線套管 = 增加 24in厚的覆蓋層 警告標(biāo)志帶 = 增加 6in厚的土質(zhì)覆蓋層 活動(dòng)程度（不可變因素， 25%） 管線周邊地區(qū)活動(dòng)程度頻繁必然會(huì)增加管線風(fēng)險(xiǎn)。 對(duì)于管道所經(jīng)過的地區(qū)，美國運(yùn)輸部（ DOT： Department of Transportation）按人口密度等因素將地區(qū)分為 IV 類 。 具體分類辦法 見 泄漏后果指數(shù)中 人口分值的評(píng)定一節(jié) 。 在活動(dòng)程度風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)分當(dāng)中人口密度也是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容。 活動(dòng)程度風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)分細(xì)則如下 ： （ 1） 高活動(dòng)程度地區(qū) ???????????????????? ? ??? 0 分 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 11 這類地區(qū)具有以下一個(gè)或幾個(gè)特性： ① DOT 規(guī)定的 III 類人口密度地區(qū) ② 高人口密度 ③ 建設(shè)活動(dòng)頻繁 ④ 大量的直呼或巡線報(bào)告（每周大于兩次） ⑤ 鐵路及公路交通造成威脅 ⑥ 附近有許多其它地下敷設(shè)的公用設(shè)施 ⑦ 來自野生動(dòng)物的頻繁破壞 ⑧ 正常的近海拋錨區(qū)域 ⑨ 常見的鄰近海底管線的 挖掘活動(dòng) （ 2） 中等活動(dòng)地區(qū) ????????? ? ??????????????? 8 分 這類地區(qū)具有以下一個(gè)或幾個(gè)特性： ① DOT 規(guī)定的 II 類地區(qū)人口密度 ② 附近人口密度較低 ③ 沒有可能造成威脅的常規(guī)建筑活動(dòng) ④ 很少量的直呼或巡線報(bào)告（每月小于 5 次） ⑤ 附近地下敷設(shè)的公用設(shè)施很少 ⑥ 野生動(dòng)物偶爾的破壞 （ 3） 低活動(dòng)程度地區(qū) ???? ? ?????????????????? 15 分 這類地區(qū)具有以下一個(gè)或幾個(gè)特性： ① DOT 規(guī)定的 I 類地 區(qū)人口密度 ② 鄉(xiāng)村，人口密度很低 ③ 實(shí)際上幾乎沒有活動(dòng)報(bào)告（每年小于 10 次） ④ 該地區(qū)無日常的有害活動(dòng)（凡機(jī)械不能挖深至管線覆蓋層 1ft（ ）以內(nèi)的農(nóng)業(yè)活動(dòng)可視為是無害的。） （ 4） 本地區(qū)無任何活動(dòng) ?? ? ??????????????????? 25 分 管道地面設(shè)施（不可變因素， 10%） 這個(gè)參數(shù)一般被視為不可變因素 。地面上某些設(shè)施常常是難以改變的，因此 需 要采取保護(hù)措施以減少風(fēng)險(xiǎn)。具體評(píng)分情況如下： 沒有地面設(shè)施 ?? ??????????????????? ? ???? 10 分 擁有 地面設(shè)施 ?? ? ???????????????????? ? ?? 0 分 加上下列所有適宜的分?jǐn)?shù)值（總分不得超過 10 分） 設(shè)施距離交通車輛大于 200ft（ ） ??????????? ?? ?? 5 分 道路與設(shè)施之間有 12in（ ）粗的樹木、墻， 原油管線風(fēng)險(xiǎn)及災(zāi)害評(píng)價(jià)技術(shù)研究 或其它一些堅(jiān)固的構(gòu)造物等 ??? ??????????? 4 分 防護(hù)欄桿（直徑 4in（ ）的鋼管或是更強(qiáng)的 ???? ? ? ????? 3 分 道路與設(shè)施之間設(shè)有溝渠 （其深及寬不低于 4ft（ ）） ??? ???? ?? ??? ?????? 3 分 該區(qū)域周圍環(huán)繞 6ft（ ）高的柵欄 ???? ?? ????????? 2 分 標(biāo)志（警告：請(qǐng)勿入內(nèi)，危險(xiǎn)！等等） ?? ? ?? ?? ????????? 1 分 直呼系統(tǒng)（可變因素， 10%） 直呼系統(tǒng) 是指 在收到 在某區(qū)域內(nèi) 將要進(jìn)行挖掘活動(dòng)的通知后，通知可能會(huì)影響到的地下設(shè)施的擁有者。該系統(tǒng)對(duì)于 減少 管線事故有著明顯的效果。其評(píng)分細(xì)則如下： 立法 ?????????????? ?? ??????????????? 4 分 已經(jīng)證實(shí)的有效性和可靠性記錄 ??? ?? ?????????????? 2 分 廣泛宣傳為社會(huì)所了解 ??????? ?? ?????????????? 2 分 滿足最低的 ULCCA（美國聯(lián)邦公共設(shè)施協(xié)調(diào)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn) ?? ?? ??? 2 分 最低標(biāo)準(zhǔn)為： （ 1）操