燃氣管道熱收縮帶補口失效的故障樹分析

宋祎昕，趙廷榮，姚安林

（1.西南石油大學，四川成都610500；2.中國航空油料有限責任公司云南分公司，云南昆明650200）

燃氣管道熱收縮帶補口失效的故障樹分析

宋祎昕1，趙廷榮2，姚安林1

（1.西南石油大學，四川成都610500；2.中國航空油料有限責任公司云南分公司，云南昆明650200）

熱收縮帶廣泛應用于燃氣管道3PE防腐層補口，良好的補口是燃氣管道防腐層質量的保障。通過建立燃氣管道熱收縮帶補口失效的故障樹，運用布爾代數(shù)求出補口失效故障樹的最小割集，計算出各個基本事件的結構重要度系數(shù)，并按照結構重要度系數(shù)的大小對各個基本事件進行了排序。文章通過故障樹分析，得出了熱收縮帶補口失效的原因，得到了熱收縮帶補口失效的主要危險源，并從三個方面提出預防和控制熱收縮帶補口失效的建議。

埋地鋼質管道；燃氣管道；防腐補口；熱收縮帶；失效；故障樹；分析

0 引言

目前，對燃氣埋地鋼質管道的外防腐大多采用3PE防腐層，輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶廣泛應用于3PE防腐層補口，熱收縮帶補口對于整條燃氣管道的防腐效果起著至關重要的作用。良好的防腐效果要求熱收縮帶與管道本體防腐涂層結構具有良好的相融性和連續(xù)性，補口涂層結構與管道本體涂層結構之間不應該出現(xiàn)明顯的分離現(xiàn)象，兩涂層間應形成結合緊密、平滑過渡、均勻連續(xù)的防護結構。但事實上，目前在現(xiàn)場補口施工過程中，由于受環(huán)境條件、施工設備、施工人員技術水平等各種因素的影響，補口工藝質量控制的難度很大，現(xiàn)場施工的涂層與管道本體3PE防腐涂層間的結合不能完全達到理想狀態(tài)[1]。本文運用故障樹分析技術分析、辨識燃氣管道熱收縮帶補口失效的原因和主要危險源，并提出相應的建議。

1 故障樹分析技術的原理

故障樹分析（FaultTreeAnalysis，F(xiàn)TA）方法[2-6]又稱事故樹分析或者失效樹分析，它是一種圖形演繹分析方法。確切地說，故障樹是演繹地表示故障事件發(fā)生原因及其邏輯關系的邏輯樹圖，用于分析引發(fā)事故的原因并評價其風險。故障樹分析把系統(tǒng)的失效事件作為頂事件，把引起失效事件的各種直接因素作為基本事件，按照邏輯關系用邏輯門將它們聯(lián)系起來，依次逐級找出所有直接原因，直到不能再分解的基本事件為止。這種圖就像一棵樹根在上的倒置的樹，最上面的樹根稱為頂事件，最下層的樹葉稱為基本事件，處于頂事件與基本事件之間的事件，稱為中間事件，中間事件既是造成頂事件的原因，又是基本事件產生的結果。故障樹不僅能分析出事故的直接原因，還能深入揭示事故的潛在原因；更能簡明、形象地表示出各種因素之間的相互關系。

故障樹定性分析不考慮故障樹中各事件發(fā)生概率為多少，只考慮發(fā)生和不發(fā)生兩種情況，通過計算、比較基本事件的結構重要系數(shù)，可以知道哪一個或哪幾個基本事件發(fā)生時頂事件就一定發(fā)生，哪一個事件發(fā)生對頂事件影響大，哪一個影響小，從而可以采取經濟有效的措施，防止事故的發(fā)生。

2 熱收縮帶補口失效故障樹的建立

通過總結多年現(xiàn)場3PE防腐層補口的施工經驗，發(fā)現(xiàn)目前燃氣鋼質埋地管道熱收縮帶補口失效主要表現(xiàn)為：熱收縮帶密封失效、熱收縮帶與管道本體粘結不牢、熱收縮帶遭到第三方破壞三種形式。

根據(jù)系統(tǒng)分析理論，用安全系統(tǒng)分析中的故障樹分析法，將熱收縮帶補口失效事件作為頂事件，按照演繹法，從頂事件開始，運用邏輯推理，分析造成起因的中間事件與基本事件的關系，進而判斷熱收縮帶補口失效的各種影響因素。

根據(jù)熱收縮帶補口失效的特點，建立熱收縮帶補口失效故障樹，見圖1。圖中“+”表示邏輯或門，“·”表示邏輯與門。不同符號代表的事件見表1。

表1 熱收縮帶補口失效故障樹各符號代表的事件

3 熱收縮帶補口失效的故障樹分析

3.1 熱收縮帶補口失效的故障樹最小割集

在故障樹中，能導致頂事件發(fā)生的基本事件的集合叫割集。引起頂事件發(fā)生的最起碼的基本事件的組合叫最小割集。它能指出發(fā)生何種基本事件及組合就會發(fā)生事故，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)。最小割集的求法[2-6]很多，有行列法、結構法、布爾代數(shù)化簡法、質數(shù)代入法和矩陣法。其中以布爾代數(shù)化簡法把頂事件用布爾代數(shù)表現(xiàn)，并自上而下展開，就可得布爾表達式，再用布爾代數(shù)化簡法對表達式歸并化簡，就可得到最小割集。最小割集表示了系統(tǒng)的危險性，求出最小割集可以掌握事故發(fā)生的各種可能。每個最小割集都是頂事件發(fā)生的一種可能，有幾個最小割集，頂事件的發(fā)生就有幾種可能，最小割集越多，系統(tǒng)越危險。

本文采用布爾代數(shù)求解：

該故障樹的最小割集為：

3.2 熱收縮帶補口失效的故障樹結構重要度分析

基于故障樹分析各基本事件的重要度，即分析各基本事件的發(fā)生對頂事件發(fā)生的影響程度，這種分析方法叫結構重要度分析。通常使用最小割集分析判斷故障樹底事件的結構重要度系數(shù)。

（1） 因為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X21、X22、X23、X24、X25、X26、X27、X28、X29、X30、X31是一階最小割集中的事件，所以根據(jù)文獻[7]可知，這些基本事件的結構重要度系數(shù)IΦ（1）、IΦ（2）、IΦ（3）、IΦ（4）、IΦ（5）、IΦ（6）、IΦ（7）、IΦ（8）、IΦ（9）、IΦ（10）、IΦ（21）、IΦ（22）、IΦ（23）、IΦ（24）、IΦ（25）、IΦ（26）、IΦ（27）、IΦ（28）、IΦ（29）、IΦ（30）、IΦ（31）具有最大值。

（2） 其他基本事件的結構重要度系數(shù)可按下式計算：

式中I（i）——基本事件Xi的重要度系數(shù)近似判別值；

Ki——包含Xi的所有最小割集；

n——基本事件Xi所在最小割集中的個數(shù)。

經過計算，得I（11）=I（12）=I（13）=I（14）

于是可知各基本事件結構重要度順序為：=IΦ（17）=IΦ（18）=IΦ（19）=IΦ（20）

由上述分析可以得知，熱收縮帶補口失效故障樹由26個最小割集組成，含有21個一階最小割集，占總數(shù)的80.8%；5個二階最小割集，占總數(shù)的19.2%。其中21個一階最小割集X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X21、X22、X23、X24、X25、X26、X27、X28、X29、X30、X31是系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)，是引起熱收縮帶補口失效的主要危險源。預防和控制熱收縮帶補口失效應該控制好上述21個基本事件，也就是要解決好管材、施工和預防第三方破壞三個方面的問題。

4 建議

針對國內燃氣管道熱收縮帶補口的現(xiàn)狀，提出合理確定熱收縮帶母材的應力指標、推廣應用管道補口專用加熱烘烤機具、加強燃氣管道運行監(jiān)督管理三項建議：

（1） 合理確定熱收縮帶母材的應力指標?？辜羟袕姸群涂箘冸x強度是衡量熱收縮帶安裝系統(tǒng)整體質量較為重要的兩項性能指標，建議國內相關部門就管道熱收縮帶補口在土壤中受力狀況進行深入研究，合理確定熱收縮帶相關性能指標的數(shù)值。同時也建議熱收縮帶生產廠家加強對產品深層次的研發(fā)，注重產品性能的提高和結構的完善，盡快提高國內熱收縮帶產品的質量。

（2） 推廣應用管道補口專用加熱烘烤機具。采用專用加熱烘烤機具進行補口加熱，不僅受人為因素的影響小，管體受熱均勻，施工質量可得以大幅度提高；而且加熱時間較短，受天氣影響小，對降低補口作業(yè)成本、提高作業(yè)進度都比較有利。建議在條件允許時，燃氣管道補口烘烤盡可能采取專用加熱烘烤機具。若難以實施機具烘烤時，應采取多人同時烘烤、規(guī)定最少烘烤時間的方式，盡量使熱熔膠完全熔融，以保證良好的粘接質量。

（3） 加強燃氣管道運行監(jiān)督管理。建議政府有關機構出臺相關的管理制度，以避免占壓管道、機械施工、管道上方進行其他作業(yè)等所造成的第三方破壞；燃氣運營企業(yè)要實行嚴格的管道檢測、監(jiān)測和安全隱患處理制度，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患并及時處理，對于個別遺留的安全隱患，應加大協(xié)調、執(zhí)法力度，確保燃氣管道安全運行。

[1] 陳守平，莫榮.開發(fā)噴涂補口新技術提高整體防腐新水平[J].石油科技論壇，2006，（6）:41-44.

[2] 何淑靜，周偉國，嚴銘卿，等.燃氣輸配管網可靠性的故障樹分析[J].煤氣與熱力，2003，23（8）:459-461.

[3] 尤秋菊，朱偉，白永強，等.北京市燃氣管網危險因素的事故樹分析[J].油氣儲運，2009，28（9）:27-30.

[4] 孫永慶，李又綠，張錚，等.城市埋地燃氣管網失效樹的研究[J].天然氣工業(yè)，2004，24（11）:124-126.

[5] 廖柯熹，姚安林，張淮鑫.天然氣管線失效樹故障分析[J].天然氣工業(yè)，2001，21（2）:94-96.

[6] 霍春勇，董玉華，高惠臨，等.管道故障樹基本事件分析的德爾斐法[J].油氣儲運，2005，24（1）:8-10.

[7] 劉鐵民，張興凱，劉功智.安全評價方法應用指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

Abstract:Heat shrinkable tapes are widely used in the joints of 3PE anticorrosion fuel gas pipeline,and good joint quality ensures anticorrosion quality of pipeline.This paper constructs a fault tree model of joint failure with heat shrinkable tapes,finds the fault tree minimal cut sets using Boolean algebra,calculates the structural importance coefficients of all basic events,then sequences the basic events according to the importance coefficients.Through the fault tree analysis,the causes and the main hazardous sources of the joint failure are found.Finally，suggestions for preventing and controlling the joint failure with heat shrinkable tapes are given in three aspects.

Key words:buried steel pipeline;fuel gas pipeline;anticorrosion joint;heat shrinkable tape;failure;fault tree;analysis

（10）Fault Tree Analysis of Joint Failure with Heat Shrinkable Tapes for Fuel Gas Pipeline

SONG Yi-xin（South-west Petroleum University,Chengdu 610500,China）,ZHAO Ting-rong,YAO An-lin

TE988.2

A

1001－2206（2010）05－0010－04

國家科技支撐計劃項目（2006BAK02B01）

宋祎昕（1978-），男，河南上蔡人，工程師，曾從事城市燃氣輸配工作8年，現(xiàn)為西南石油大學在讀碩士研究生，主要從事油氣管道風險評價與完整性管理研究。

2010-05-24；

2010-06-28