1、基于風(fēng)險(xiǎn)的油氣長輸管道完整性管理,中國石化集團(tuán)公司安全工程研究院,目 錄,第一部分：概述 第二部分：基于風(fēng)險(xiǎn)的管道完整性管理 第三部分：管道完整性管理實(shí)施案例,第一部分概 述,內(nèi)容： 國內(nèi)外油氣長輸管道分布及發(fā)展 油氣長輸管道失效分析,一、國內(nèi)外油氣長輸管道分布及發(fā)展,發(fā)展概況： 管道已成為油氣運(yùn)輸?shù)闹匾绞?，在工業(yè)國家的社會(huì)運(yùn)輸中占有重要地位，已成為五大運(yùn)輸方式的重要組成； 至2003年，全世界已建成原油、天然氣和成品油干線管道188104km，其中美國80.7104km，俄羅斯22.1104km。 歐美國家原油的大部分，天然氣的全部是利用管道輸送，成品油管道運(yùn)輸基本取代了鐵路運(yùn)輸； 管道運(yùn)

2、輸技術(shù)已達(dá)到成熟，從設(shè)計(jì)、施工技術(shù)與裝備、管材與制管技術(shù)、主要的工藝設(shè)備、管道防腐、自動(dòng)化與監(jiān)控等方面，均能適應(yīng)任何復(fù)雜條件下大型管道建設(shè)需要。,全球油氣長輸管道分布概況,發(fā)展趨向,天然氣將成為21世紀(jì)全球能源可持續(xù)發(fā)展的主要選擇； 未來天然氣管道建設(shè)的重點(diǎn)地區(qū)是亞洲和太平洋地區(qū)； 管道建設(shè)技術(shù)向著長運(yùn)距、大口徑、高壓力、網(wǎng)絡(luò)化、逐 步形成大型供氣系統(tǒng)方向發(fā)展。,中國油氣管道發(fā)展及未來,管道運(yùn)輸發(fā)展概況： 至2003年，油氣管道累計(jì)長度45865km，其中原油管道15915km，天然氣管道21299 km，成品油管道6525 km，海底管道2126 km； 大型管道工程達(dá)到了同期世界先進(jìn)水平

3、設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)化和各種運(yùn)行工況的預(yù)先模擬，應(yīng)用衛(wèi)星遙感、數(shù)據(jù)成像技術(shù)，GIS系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)結(jié)合工程物探進(jìn)行管道選線 管輸工藝過程控制廣泛采用SCADA系統(tǒng) ，管道運(yùn)行管理由各線單獨(dú)控制分散性管理，向集中控制管理方向發(fā)展,存在的主要問題,天然氣工業(yè)發(fā)展缺少戰(zhàn)略性研究，沒有建立起合理的運(yùn)價(jià)體系； 成品油管道建設(shè)嚴(yán)重滯后于油品運(yùn)輸需要； 高粘易凝原油管道輸送理論不成熟、能耗高； 管道安全保障沒有形成系統(tǒng)有效的控制能力； 計(jì)量儀器儀表精度低； 天然氣儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施和能力落后； 海底管道設(shè)計(jì)、施工、檢修技術(shù)有待發(fā)展； 管道氣液多相混輸技術(shù)缺乏理論和方法。,未來發(fā)展,中國油氣資源： 我國石油地質(zhì)資源量9401

4、08t，其中陸上694108t，海域?yàn)?46108t，最終石油可采資源量140108t，石油資源主要分布在東部、西部和海域地區(qū)； 我國天然氣總資源量為53萬億立方米； 與我國鄰近的俄羅斯、中亞、中東和亞太地區(qū)是世界天然氣主要產(chǎn)地和出口地，是我國可利用的境外資源。,未來需求,到2020年國內(nèi)石油需求量達(dá)到4.2108t4.5108t，天然氣需求量達(dá)到2000108m3，占整個(gè)能源構(gòu)成的10%，其中發(fā)電用氣和城市燃?xì)庠鲩L最快，約占總量的1/3； 據(jù)石油輸出國組織提供的數(shù)據(jù)，在目前世界能源消費(fèi)構(gòu)成中，天然氣大約占21%，到2025年，這一比例將上升到近30%； 2002年全球液化天然氣需求量1.1億

5、噸，國際天然氣協(xié)會(huì)預(yù)測2010年，需求量將達(dá)到2.3億噸，屆時(shí)，中國液化天然氣消費(fèi)量將達(dá)到2000萬噸。,二、油氣長輸管道失效分析,油氣長輸管道事故統(tǒng)計(jì)： 歐洲輸氣管道事故數(shù)據(jù)組織（EGIG）： 1970-2004年，管線平均失效概率以及每前五年的管線平均失效概率總體上呈逐年下降趨勢； 管線失效頻率從1970年的0.87次/1000km-yr逐年下降至2004年的0.41次/1000km-yr； 歐洲輸氣管道失效因素有：外部影響、施工和材料缺陷、腐蝕、地層運(yùn)動(dòng)、帶壓維修失誤及其它未知原因，分別占49.7%、16.7%、15.1%、7.1%、4.6%、6.7%，外部影響是導(dǎo)致氣體泄漏的主要原因，

6、其次為施工或材料缺陷。,前蘇聯(lián)： 每1000公里年的失效頻率由1981年的0.71次/1000km-yr逐年下降到1990年的0.26次/1000km-yr ； 腐蝕、焊接和管材缺陷、外部干擾是排在前三位的失效原因，分別占總數(shù)的39.9%、16.9%、10.8%。,美國運(yùn)輸部（DOT）： 各種失效原因分為五大類，分別是：外力、腐蝕、焊接和材料缺陷、設(shè)備和操作及其它； 外力是第一位的，約占失效總數(shù)的43.6%；其次是腐蝕，占22.2%；設(shè)備和操作居第三位，占15.3%；焊接和材料缺陷引起的失效較少，約占8.5%。 加拿大： 19751982年事故率為2次/1000公里年； 大部分為泄漏，斷裂事故

7、發(fā)生較少。,油氣管道的主要失效模式,典型失效案例,迄今為止，破裂裂縫最長的管道失效事故是1960年美國的Trans-Western公司的一起輸氣管道脆性破裂事故，這條管道管徑30in，鋼級(jí)X56，裂縫長度達(dá)13km； 損失最慘重的是1989年前蘇聯(lián)烏拉爾山隧道附近的輸氣管道爆炸事故，燒毀兩列列車，傷亡1024人（其中約800人死亡）； 1965年美國路易斯安納州發(fā)生一起嚴(yán)重的輸氣管道爆裂事故，當(dāng)場炸死17人，鋼管爆裂8m； 1995年7月29日，加拿大TransCanada公司的一條干線輸氣管道，在Manitoba附近發(fā)生爆炸，造成三條天然氣管道輸氣中斷，爆炸產(chǎn)生的火球在30英里以外都可看見。

8、,1994年美國新澤西州發(fā)生了天然氣管道破裂泄漏著火事故，400500英尺高的火焰毀壞了8幢建筑。破裂處曾發(fā)生過機(jī)械損傷，壁厚減薄。,1999年美國華盛頓發(fā)生一起汽油管道破裂事故，25萬加侖汽油流入河中并著火燃燒，導(dǎo)致3人死亡。破裂是從有機(jī)械損傷處開始的。內(nèi)檢測曾檢測出此缺陷，但未及時(shí)處理。,事故前,事故后,2000年8月美國新墨西哥州發(fā)生天然氣管道爆炸著火事故，造成12人死亡。這段管線于1950年建造，在破裂處可以發(fā)現(xiàn)明顯的內(nèi)腐蝕缺陷。,2004年7月30日，比利時(shí)布魯塞爾以南40公里處發(fā)生一起天然氣管道爆炸著火事故，造成21人傷亡。管道鋼級(jí)為X70，管徑36”,壁厚10mm。系第三方損傷引

9、起。損傷尺寸為長280mm、深7mm，損傷處剩余壁厚3mm。,第二部分基于風(fēng)險(xiǎn)的管道完整性管理,內(nèi)容： 管道完整性管理的概念及其重要性 油氣管道完整性管理的內(nèi)容,管道在物理及功能上始終處于安全可靠的工作狀態(tài)； 管道公司通過對油氣管道運(yùn)營中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和技術(shù)評價(jià)，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對策，不斷改善識(shí)別到的不利因素，從而將管道運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的、可接受的范圍內(nèi)。 通過科學(xué)的設(shè)計(jì)、監(jiān)測、檢測、檢驗(yàn)、檢查等方式和各種技術(shù)的應(yīng)用，獲取與專業(yè)管理相結(jié)合的管道完整性信息，以可靠性為中心，對可能造成管道失效的危險(xiǎn)因素進(jìn)行管道的完整性評價(jià)，指導(dǎo)維修決策和維修。,一、管道完整性管理的概念及其重要性

10、,設(shè)計(jì)、建設(shè)和改進(jìn),檢測、測試、檢查、檢驗(yàn),維修、維護(hù),分析、評價(jià),管道數(shù)據(jù)信息,持續(xù)改進(jìn),管道完整性管理的要素循環(huán),油氣長輸管道完整性管理程序,墨菲定律：任何事物如果聽其自然的話，總是向更壞的方向發(fā)展! 全球（包括中國）二百多萬公里油氣管道中有20%-40%達(dá)到了設(shè)計(jì)壽命，需要進(jìn)“延壽”管理。 當(dāng)前安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻形式，對管道行業(yè)的管理提出新的挑戰(zhàn)和思考。 管道完整性管理是國外油氣管道工業(yè)中的一個(gè)迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域。,管道完整性管理的重要性,二、完整性管理的內(nèi)容,時(shí)效性風(fēng)險(xiǎn)因素 外腐蝕 內(nèi)腐蝕 應(yīng)力腐蝕開裂,風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別（9大類因素）,與時(shí)間無關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素 第三方/機(jī)械破壞 誤操作 氣候和外力

11、因素,穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)因素 與制管有關(guān)的缺陷 與焊接/組裝有關(guān)的缺陷 設(shè)備,風(fēng)險(xiǎn)排序及高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的確定,潛在影響區(qū)域,R=(0.69)pd2,數(shù)據(jù)收集、檢查和整合,風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),主要目的： 是對完整性管理工作進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序、分級(jí)，確定可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平。 作 用： 1. 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)提供了對不同類型事故的潛在影響和事故發(fā)生的可能性進(jìn)行評估的方法; 2. 利用風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的結(jié)果，可確定需進(jìn)行完整性評價(jià)和減緩活動(dòng)的位置。,各國比較通用的作法是將失效可能性和失效后果的嚴(yán)重性列入44的風(fēng)險(xiǎn)矩陣中(下圖) ，按高風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)來分級(jí)。 失效后果嚴(yán)重性劃分為、級(jí)。 級(jí) 災(zāi)難的：有人員死亡，引起公眾不能食用的污染事件，大

12、面積環(huán)境公害，設(shè)備損壞導(dǎo)致停工90天以上。 級(jí) 嚴(yán)重的：致傷人員喪失工作能力，給公眾造成傷害，設(shè)備損壞導(dǎo)致1090天停工，區(qū)域性損失。 級(jí) 輕度的：人員受到不喪失工作能力的傷害，環(huán)境污染小，停工110天。 級(jí) 輕微的：無人員傷害，設(shè)備損壞輕微 失效可能性劃分為A、B、C、D級(jí) A 頻繁發(fā)生：風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)前10年發(fā)生1次或1次以上事故，概率P10-1次/a B 很可能發(fā)生：210-2/a概率P10-1次/a C 有時(shí)可能發(fā)生：210-3/a概率P210-2次/a D 不大可能發(fā)生：概率P210-3次/a,定性風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)也稱概率風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)(PRA)，是將失效概 率FS和失效后果

13、值CS代入下式，求出整個(gè)系統(tǒng)的總風(fēng)險(xiǎn) 值。 這種計(jì)算往往是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的、耗資巨大的過程， 同時(shí)需要有價(jià)值的數(shù)據(jù)庫作為支撐。,Risksystem=Risks= (CsFs),半定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),美國幾家公司聯(lián)合開發(fā)的IAP(Integrity Assessment Program)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)程序和軟件，采用的是一種半定量的或稱為相對的，以風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，得到較廣泛的應(yīng)用。 IAP將管道的失效類型分為：(1)外部腐蝕（EC）；(2) 內(nèi)部腐蝕(IC)；(3) 外來( 第3者)機(jī)械損傷(TP)；(4) 設(shè)計(jì)/材料錯(cuò)誤(DM)；(5) 地層運(yùn)動(dòng)(GM)；(6) 操作或工藝問題( OP)，(

14、7)應(yīng)力腐蝕開裂(SCC) IAP將失效后果分為：(1)對居民的影響；(2) 對環(huán)境的影響；(3)對運(yùn)營的影響。 評價(jià)結(jié)果將指出高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域、高失效的概率區(qū)域和高失效后果區(qū)域。對每一種失效類型和失效后果的影響因素(變量)均要進(jìn)一步分析評定，并加以權(quán)重處理，得到風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。,風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的最終目的,基于風(fēng)險(xiǎn)的管道檢測,基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測是以風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)為基礎(chǔ)，對檢測程序進(jìn)行優(yōu)化安排和管理的一種方法。是將檢測重點(diǎn)放在高風(fēng)險(xiǎn)（HRA）和高后果（HCA）的管段上，而把適當(dāng)?shù)牧α糠旁谳^低風(fēng)險(xiǎn)部分。在給定的檢測活動(dòng)水平下，RBI有利于風(fēng)險(xiǎn)的降低(見下頁圖) 基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測程序的目的是：(1)識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)部位；(2) 對各

15、部位的運(yùn)行進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)；(3) 進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序；(4) 設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臋z測程序以降低總的風(fēng)險(xiǎn)并節(jié)約資源；(5) 為完整性管理提供技術(shù)支撐。,基于風(fēng)險(xiǎn)檢測（RBI）的意義,CIPS/DCVG在線檢測儀器,管道內(nèi)檢測技術(shù)（Smart Pig 技術(shù)） 檢測器類型 通徑檢測器（主要檢測變形） 金屬損失檢測器 類裂紋缺陷檢測器 HIC及分層檢測器 基本原理 漏磁原理 超聲原理 射線原理 電磁聲納原理 渦流原理,完整性評價(jià)響應(yīng)與維修、預(yù)防,立即響應(yīng)：檢測結(jié)果表明管道缺陷處于失效點(diǎn)； 計(jì)劃響應(yīng)：檢測結(jié)果表明管道存在嚴(yán)重的缺陷，但不處于失效點(diǎn)； 進(jìn)行監(jiān)測：檢測結(jié)果表明存在危險(xiǎn)，但在進(jìn)行下一次檢測之前，該危險(xiǎn)不會(huì)導(dǎo)致

16、管道失效。,0,0.4,0.7,1.1,1.5,1.9,2.3,3.0,2.7,50%SMYS,30%50%SMYS,30%SMYS,Pf/MAOP,5,10,15,20,25,響應(yīng)時(shí)間（年）,完整性管理對時(shí)效性危險(xiǎn)因素的響應(yīng)時(shí)間,修復(fù)技術(shù),完整性管理方案,完整性管理方案是在數(shù)據(jù)收集、管道系統(tǒng)、管段的危險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)后制定的完整性管理內(nèi)容。具體包括:,1）完整性管理方案的更新 2）方案的框架 A、數(shù)據(jù)收集、檢查和綜合 B、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià) C、完整性評價(jià) D、對完整性評價(jià)、事故減緩及時(shí)間間隔的響應(yīng),第三部分管道完整性管理實(shí)施案例,管 道：加拿大 Rainbow Pipeline Alberta Edmonton 輸送介質(zhì)：輕質(zhì)/重質(zhì) 原油 總 長：720Km 服役年齡：27 年 執(zhí)行公司：GE PII 檢測周期：5 年,風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),使用風(fēng)險(xiǎn)管理軟件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，并重點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)后果的 評價(jià)，主要確定： 1. 風(fēng)險(xiǎn)因素 2. 風(fēng)險(xiǎn)排序 3. 高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū) 4. 人、房屋的安全距離 5. 泄露參數(shù) 6. 后果,Rainbow 管線風(fēng)險(xiǎn)分析,Rainbow 管線風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果,含缺陷管道本體的完整性評價(jià)技術(shù),實(shí)施管道內(nèi)