【導(dǎo)讀】隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源的戰(zhàn)略地位日益重要。輸油管道作為石油生產(chǎn)。發(fā)展致使其安全可靠性問題日益突出。伴隨西氣東輸、陜京線、川氣東送等一系列輸氣。僅關(guān)系管道周圍的生命、財產(chǎn)和環(huán)境安全，更關(guān)系著我國能源安全。的風險評價技術(shù)提高油氣管道工程的安全可靠性，預(yù)測油氣管道高風險區(qū)和隱患部分，盡量減小各事故因素所造成的損失。因此，為保障管道的安全運行，對油氣長輸管道工。程進行風險性分析和風險評價進而實行風險管理是十分重要的。容，分析了研究的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線。目標及改進的措施進行了總結(jié)。分析了工藝站場火災(zāi)爆炸危險有害因素和管道危險有害因素以及自然災(zāi)。查表的具體過程。專家評分，最終確定管道的相對風險值。

　　

【正文】 alitative Analysis and Evaluation of Qin Jing Pipeline 83 Safety Inspection Table Evaluation 83 Circuit Safety Inspection Table 83 Station Safety Inspection Table 86 Safety Management Inspection Table 92 Safety Inspection Table Summary 95 Quantitative Analysis and Evaluation of Qin Jing Pipeline 95 Pipeline Engineering Section 95 Each Evaluation Section Profiles 96 Risk Evaluation 97 Evaluation Result Analysis 102 Fire and Explosion Danger Index Evaluation Analysis 103 Brief Conclusion 106 6 Conclusion and Prospect ........................................................................ 107 Conclusion 107 Description of Innovations 108 Prospect 108 Acknowledgments ........................................................................................ 110 References ..................................................................................................... 111 About Author ................................................................................................ 115 西南石油大學碩 士研究生學位論文 1 第 1 章 緒論 研究背景 管道是油氣從油氣田走向用戶的重要紐帶。在產(chǎn)地、儲存庫、用戶間的用于運輸油氣介質(zhì)的管道即為油氣長輸管道 [1]，不含站內(nèi)工藝管道、集輸管道、燃氣管網(wǎng)及企業(yè)內(nèi)部管道。 1865 年，世界上第一條長輸管道在美國賓西法尼亞州建成。此后，由于管道運輸擁有諸多優(yōu)點，如：輸量大、成本低、占地少、安全性高、易于自動化、適應(yīng)惡劣環(huán)境以及連續(xù)運輸?shù)?，管道運輸逐漸成為世界范圍內(nèi)油氣資源運輸?shù)淖钪匾姆绞健?20世紀以來，世界石油工業(yè)的迅速發(fā)展更是極大促進了管道工業(yè)的前進。 統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，目前世界范圍內(nèi) 的管道總里程已超 350 萬公里， 1948 年 2020 年全世界已建管道總里程見表 11。表 11 中 19481956 年間統(tǒng)計數(shù)據(jù)為美國管道里程數(shù)，約 萬 km，其他地區(qū)為零 [2]。 2020 年 8 月，由美國 Oildom公司（國際權(quán)威機構(gòu)）所公布的調(diào)查顯示，全球已建成和在擬建中的油氣管道總里程為 75504km，其中在擬建中的管道 58581km，已經(jīng)建成的管道 16923km。另外，美國 HART 公司 2020 年的調(diào)查顯示，全球擬建管道 123960km，在建管道 27785km，總里程為 151745km。世界未來將新增的3 大輸氣管網(wǎng)為東北亞、東南亞和南美洲。 伴隨著改革開放的深入和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展， 21 世紀以來，我國也迎來了管道工業(yè)的高速發(fā)展期。截至 2020 年年底，我國已建天然氣管道 萬 km，成品油管道 萬 km，原油管道 萬 km，油氣管道總里程約為 萬 km。新建設(shè)的重點工程包括：西氣東輸二線、川氣東送（天然氣管道）、曹妃甸－天津（原油管道）、蘭鄭長、長嶺－株洲（成品油管道）等。就天然氣管網(wǎng)而言，當前我國局部地區(qū)已建成了較完善的區(qū)域性管網(wǎng)，如：川渝、環(huán)渤海；中南地區(qū)、長三角地區(qū)以及珠三角地區(qū)也形成了區(qū)域管網(wǎng)的 主體框架 [3]。其中，川渝地區(qū)管網(wǎng)為我國最早發(fā)展也是截止目前最為發(fā)達的天然氣管網(wǎng)，總里程超過 7000km，已形成以南北干線為主，與其他干線（屏渠線、屏石線）連通的環(huán)形骨干管網(wǎng)?！笆晃濉逼陂g，中國規(guī)劃新建原油管道約 4000 km，成品油管道約1 萬 km，天然氣管道約 1 萬 km。 表 11 全世界 范圍內(nèi) 已 經(jīng) 建 成的 管道里程 數(shù)的 統(tǒng)計（單位： km） 年份 天然氣管道 油管管道 其他類型管道 海上的氣管道 海上的油管道 總計 1948 劉鍇 ： 秦京輸油管道工程安全評價 2 1949 至 1950 1951 至 1955 1956 至 1960 1961 至 1965 1966 至 1970 1971 至 1975 1976 至 1980 1981 至 1985 1986 至 1990 1991 至 1995 1996 至 2020 總計 目前，油氣管道在世界范圍內(nèi)的總里程長達 350 萬 km。其中，舊管道數(shù)量占總管道的一半以上，例如，美國在用管道約 100 萬 km，其中運營 40 年以上超過 50%，許多管道可以在達到設(shè)計壽命后，繼續(xù)運營 25 年到 50 年。按照美國運輸部的估計，未來 10年，世界范圍鋪設(shè) 新管道約 8 萬 km，未來 50 年內(nèi) 40 萬 km 現(xiàn)有管道將繼續(xù)使用。在俄羅斯， 20%的油氣管道已接近設(shè)計壽命，這個數(shù)字在數(shù)年內(nèi)將增大到 50%。西歐管道截止到 2020 年，運營超過 35 年的占了 42%（總 31 萬 km），運營期低于 10 年的只有11%[4][5]。于是，隨著管道運營年限的增加，管道失效風險變得越來越大，如何保障管道安全成為全世界管道從業(yè)人員共同關(guān)注的話題。 秦皇島－北京輸油管道工程 1975 年建成投產(chǎn)，主要擔負著將大慶原油、冀東原油等輸送到中國石化北京燕山石化煉油廠和中國石油華北石化分公司以及秦皇島油港裝船外運 的任務(wù)，是北京的“輸油大動脈”。 對秦皇島－北京輸油管道進行評價主要是查找其安全管理、工藝流程、設(shè)備、消防等方面的事故隱患，以提高生產(chǎn)的本質(zhì)安全度。同時也是秦京公司貫徹執(zhí)行《安全生產(chǎn)法》等法律、法規(guī)的具體舉措。 研究必要性和意義 油氣長輸管道具有管徑大、運輸距離長、壓力高和輸量大的特點，逐漸成為油氣輸送的主要途徑。隨著建設(shè)量的增大，老管線服役時間的增長，長輸管道事故的增多，油氣長輸管道安全問題越來越受到人們的重視。 美國 2020 年 5 月一份安全報告顯示，僅 2020 年，美國管道總泄漏量就達 180 萬加侖 ，污染了多個州飲用水源并強制疏散 500 戶居民。管道事故數(shù)每年增加 4%， 致死西南石油大學碩士研究生學位論文 3 226 人（ 19891998 年）。 2020 年 8 月 19 日，一條 50 年的老管道在新墨西哥州卡爾斯巴德附近發(fā)生爆炸，造成 11 人死亡 [6]。 就我國管道工業(yè)現(xiàn)狀而言，我國管道具有以下特點：管道里程數(shù)較低；早期管道的技術(shù)水平較低；近年來，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展管道工業(yè)發(fā)展迅速，且技術(shù)水平和管理水平正在逐漸提高，但是較發(fā)達國家仍有明顯差距。我國目前有許多管線已運行二三十年，臨近設(shè)計壽命，逐漸進入事故高發(fā)階段。例如，由于高含 H2S，管材和制造質(zhì)量不佳，四川輸氣管網(wǎng)建成后，頻頻發(fā)生 SSCC 破裂事故。我國早期油氣管道多采用石油瀝青作為防腐層，至今已嚴重老化，失去保護作用。東北輸油管網(wǎng)為我國最建成的區(qū)域管網(wǎng)，已運行半個多世紀，大多數(shù)已達到或超過了設(shè)計壽命；另外，我國已建海底管線約 2020 km，一旦失效，將比陸上管道造成更大損失，其安全性更是尤為重要。受到建設(shè)時的技術(shù)經(jīng)濟條件限制，我國多數(shù)管道由于設(shè)計施工水平、材料缺陷、多年運行的損傷等原因，存在不少安全隱患。 1971~1976 年間，東北曾 3 次發(fā)生輸油管道破裂事故。1992 年，輪庫輸油管道在試壓時發(fā)生爆裂 多達 14 次。 1999 年，采石輸油管道在試壓時發(fā)生爆裂 12 次。 1971~1990 年內(nèi)，四川輸氣南干線發(fā)生失效 108 起，每次事故停輸時間超過 24 小時 [7]。 總體看來，我國油氣管道面臨的問題主要包括以下幾點 [8]： (1) 管線上的違章物，管線被占壓是長期形成的目前國內(nèi)各條管道普遍存在的問題，由歷史、現(xiàn)實、企業(yè)等多方面原因形成； (2) 打孔盜油盜氣，石油石化改革調(diào)整后，個別地方與國家爭奪石油資源的現(xiàn)象時有發(fā)生，此外油氣資源高額的利潤也使得部分地區(qū)犯罪分子鋌而走險； (3) 地方建設(shè)與管道交叉，近年來，地方城鎮(zhèn)建設(shè) 發(fā)展迅猛，部分項目建設(shè)與管道交叉； (4) 與地方政府部門關(guān)系，管道運輸企業(yè)多屬央業(yè)，企業(yè)管理、效益等與地方政府無直接關(guān)系，很難建立起各級政府的長輸管道工作責任制； (5) 基層單位存在的問題，主要是缺少有力的監(jiān)控手段，巡線人員少，巡線人員素質(zhì)不高，交通工具緊張等。 由于在施工和運行過程中管道難免存在或出現(xiàn)各種缺陷、材料性能劣化、外力損傷等因素對結(jié)構(gòu)性能造成影響。尤其伴著管道服役年限增加，累積的各種損傷因素導(dǎo)致失效幾率上升。隨著不斷增加的管道事故，公眾和管道運營者對提高油氣管道輸送安全和減少管道失效災(zāi)難事故的要 求也與日俱增。在此背景下，一些歐美發(fā)達國家從七十年代起開始了油氣管道風險評價技術(shù)和管道完整性管理方面的理論研究和應(yīng)用實踐。管道完整性為管道抵抗結(jié)構(gòu)破壞的重要屬性，是管道系統(tǒng)安全的保證 [9]。管道完整性研究主要分析各種因素對管道耐久性、損傷容限以及強度等性能的影響，綜合識別管道完整性的各種影響因素，科學評價管道失效事故的發(fā)生概率，從而更好地管理管道運營。 在進行油氣長輸管道工程安全評價技術(shù)研究現(xiàn)狀及其展望分析的同時，需要說明的是，本次研究主要對油氣長輸管道系統(tǒng)安全評價，而不特別強調(diào)對油氣長輸管道結(jié)構(gòu)安全評價分 析。 劉鍇 ： 秦京輸油管道工程安全評價 4 國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析 國外研究現(xiàn)狀 20 時間 60 年代以來，為了評估一些大型結(jié)構(gòu)的總體安全性和事故后果的危險性，國外相繼出現(xiàn)了一些概率風險技術(shù)，各種分析評價手段也不斷得到發(fā)展， 70 年代結(jié)構(gòu)的風險管理（ RM）理論和應(yīng)用尚處于開發(fā)初期，研究工作主要集中在事故機理和規(guī)律方面，研究的目的主要是希望降低事故的突發(fā)性，以針對性的事前維修防止可能的事故損失?，F(xiàn)在已經(jīng)可以對工程問題中的各種不確定性因素進行精確描述，評估的目的也已經(jīng)從過去的“追求是否安全”上升到了現(xiàn)在的“追求有多少安全和可以接受多少安 全”，并將要發(fā)生多少事件、事件的后果、影響以及技術(shù)的全面發(fā)展。 在國外，油氣管道系統(tǒng)的可靠性研究始于 20 世紀 80 年代初。 1980 年，在《各種管網(wǎng)的事故及其概率》一文中 Et Norse veritas 介紹了北海油田和墨西哥灣地區(qū)海底管網(wǎng)系統(tǒng)的事故數(shù)據(jù)，為此后天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性研究奠定了基礎(chǔ)。他們采用的方法有：故障樹分析（ CETA）、事件樹分析（ ETA）， Bayesian、系統(tǒng)可靠性快速評估法、可靠性計算的遞推法、系統(tǒng)可靠性 Monte Carlo 仿真算法等 [10]。 經(jīng)過近 30 年研究，關(guān)于管線的風險分析國外 已進行了取得了一定的成績，逐步規(guī)范化風險分析，并由定性分析逐步提高為定量分析。 1985 年，美國的《風險調(diào)查指南》（ Battelle Columbus 研究院）首次運用評分法實現(xiàn)了管道風險分析； 1992 年，的《管道風險管理手冊》 [11]（ 編）詳細介紹了管道的各種評價方法以及風險評估模型，這些成果是對美國在前 20 年油氣管道風險評價技術(shù)方面研究工作的總結(jié)，已經(jīng)為世界各國普遍接受。該書在 1996 年再版，增加了約 1/3 篇幅介紹各種情況下管道風險評價的修正模型，并補充了成本與風險關(guān)系的內(nèi)容 [12]。至今，該書又出了第三版，重點對油氣管道泄漏后果的評價方法做了很大修改。目前，肯特的方法已為世界各國管道風險評價所廣泛采用，作為半定量風險評價技術(shù)，其方法具有簡單易行，成本低，且評價精度相對定性評價高的優(yōu)點，但其評價精度較定量評價仍有不足。 上世紀 90 年代初，加拿大開始加強管道風險分析技術(shù)研究。 1993 年，管道壽命專題研討會的與會人員就一系列管道風險評價 取得了 廣泛 共識 [13]。加拿大標準協(xié)會（ CSA）頒發(fā)了風險分析 CSAQ634 標準。 TransCanada 公司開發(fā)了 TRPRAM風險軟件， CFER （ The Centerfor Frontier Engineering Research）開發(fā)出 PIRAMID 風險評價與管理軟件包 [14]。 英國健康與安全委員會研制出了用于計算管線的失效風險的 MISHAP（ Model for the estimation of Individual and Societyrisk from the Hazards of Pipelines）軟件包，并取得了實際應(yīng)用 [15]。 90 年代初，英國煤氣公司開發(fā)出了 TRANSPIPE（ TRANsmission Pipeline Risk Evaluation）軟件包應(yīng)用于管道系統(tǒng)風險評估，該軟件包可以通過輸入的運行數(shù)據(jù)西南石油大學碩士研究生學位論文 5 對地區(qū)的個人風險和社會風險等進行研估，并會以 FN 曲線形式最終輸出。 1984 年，公司向國家“健康與安全部”提交了運用此軟件包制作的評價報告。 1998 年，在 TRANSPIPE基礎(chǔ)上擴展了定量分析功能，推出了最新的管道風險評價軟件 PIPESAFE[16][17]。 為了量化評估管道風險，分析管道失效影響因素，歐洲、加拿大、美國和澳大利亞相繼建立了管道失效事故數(shù)據(jù)庫，表 12 為各數(shù)據(jù)庫評估的管道失效率和致命率數(shù)據(jù)，表 15 為澳大 利亞管道失效頻率。 1982 年，在歐洲九家輸氣公司合作下，歐洲天然氣管道事故數(shù)據(jù)庫（ European Gas Pipeline Incident Data Group，簡稱 EGIG ）建立。 EGIG將管道事故統(tǒng)計分成總體失效頻率（ primary failure frequencies ）和分類失效頻率（ secondary failure frequencies ），見表 13?？傮w失效頻率是事故數(shù)除以現(xiàn)有管道總長度，而分類失效頻率是事故數(shù)除以部分管道 （按直徑、壁厚、覆土厚度等類別）的長度。 1993 年，歐洲氣 體管道事故報告中說明了管道壁厚和失效頻率的關(guān)系 [18]。美國燃氣安全辦公室在 2020 年的一份報告（見表 14[19]）中對壁厚的調(diào)整提出了建議。文獻 [20]分析了管道埋深和失效率的關(guān)系（見表 16）。這些事故數(shù)據(jù)是管道定量風險評價的基礎(chǔ)。 表 12 失效概率和致命率數(shù)據(jù) [21] 國家 輸送介質(zhì) 時間 長度（ km） 失效概率 （（ kma） 1） 致命 概 率 加拿大 油 /氣 1989 到 1992 美國 油 /氣 1987 到 1991 美國 油 1982 到 1991 美國 天然氣 1987 到 1991 美國 伴生氣 1986 到 2020 美國 煉化產(chǎn)品 1975 到 1999 美國 有害液體 1975 到 1999 美國 原油 1975 到 1999 西歐 天然氣 表 13 由 EGPIG 數(shù)據(jù)庫所統(tǒng)計的失效頻率數(shù)據(jù) [22] 失效因素 失效頻率（次 /a） 總失效種所占比例 % 不同破裂空洞所占比例 % 依賴壁厚 ﹤ 2mm 2mm～ FBR FBR 第三方干擾 104 5 25 56 19 是 結(jié)構(gòu)缺陷 105 18 69 25 6 潛在的 腐蝕 105 15 97 3 ﹤ 1 是 土體移動 105 6 29 31 40 潛在的 其他 /未知 105 11 74 25 ﹤ 1 是 注： FBR表示全部破裂 劉鍇 ： 秦京輸油管道工程安全評價 6 表 14 失效頻率與孔尺 寸和壁厚的關(guān)系 [19] 孔徑（ mm） 壁厚 （ mm） 壁厚調(diào)整因素修正因子 腐蝕因素修正因子 斷裂失效因素修正因子 失效頻率（次 /a） 外部荷載 腐蝕 材料缺陷 其他 5 ﹤ 6 104 6～ 10 104 ﹥ 10 105 25 ﹤ 6 104 6～ 10 104 ﹥ 10 105 70 ﹤ 6 104 6～ 10 105 ﹥ 10 106 100 ﹤ 6 104 6～ 10 105 ﹥ 10 106 150 ﹤ 6 105 6～ 10 105 ﹥ 10 106 表 15 澳大利亞管道失效頻率 失效因素 失效頻率（次 /a） 失效因素 失效頻率（次 /a） 表面載荷 3104 材料缺陷 1104 腐蝕 1104 其他 5105 表 16 管道埋深與失效概率的關(guān)系 [20] 管道埋深（ m） 失效率（（ kma）1） 機械失效 運行 腐蝕 自然 外部影響 國外在管線維修和管理過程中使用風險分析的方法，在經(jīng)濟和社會方面取得了巨大西南石油大學碩士研究生學位論文 7 的效益。例如，在 1987 年到 1994 年之間，美國的 Amoco 公司使其管罐泄漏率降低了40%，由此其利潤連創(chuàng)新高 ，原因就是該公司在 1987 年引入了風險評價的技術(shù)。這個事例表明，風險分析方法的使用能夠有效的降低管道運營費用（泄漏修理和環(huán)保措施），腐蝕管線的維修費用也得到明顯的降低。 國外法律方面 長輸管道的安全問題已經(jīng)引起了美國、英國等西方國家的廣泛關(guān)注。他們之中的一些管道公司就管道完的整性管理問題進行深入的研究。 管道的完整性管理問題大體上包括兩個方面，一是管道的內(nèi)部問題，主要有管道由于被腐蝕而導(dǎo)致管道壁變薄，及其自身的老化問題（一般管道的設(shè)計壽命為 30 年）；管道中含有擦傷、壓痕或幻想裂紋等缺陷問題 ；運輸介質(zhì)中含有硫化氫等腐蝕性氣體的問題；疲勞腐蝕和氫致裂紋腐蝕等問題，這些問題對于管道來說都是難以及解決的。二是外在因素，其主要值的是第三方因素而導(dǎo)致的管道的問題，比如，“