事故樹(shù)分析法在油氣輸送管道泄漏事故中的應(yīng)用

陳廣芳，謝禹鈞

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

事故樹(shù)分析法在油氣輸送管道泄漏事故中的應(yīng)用

陳廣芳，謝禹鈞

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

泄漏是油氣管道輸送過(guò)程中常見(jiàn)的典型事故，更是引起其他重大后果的主要原因。運(yùn)用事故樹(shù)分析法對(duì)油氣輸送管道的泄漏問(wèn)題進(jìn)行了側(cè)重性分析，重點(diǎn)探討了其發(fā)生影響模式，得出材料的耐腐蝕性為主要因素，并由此提出了針對(duì)性的對(duì)策措施，為更好地實(shí)施油氣輸送管道的安全運(yùn)行提供了更加全面的理論和數(shù)據(jù)支持。

事故樹(shù)分析法；泄漏；油氣輸送管道

油氣輸送管道是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它的正常運(yùn)行與否和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生活密切相關(guān)[1]。油氣輸送管道絕大部分為埋地管段設(shè)施，所以管道在設(shè)計(jì)、安裝和使用過(guò)程中不免會(huì)存在許多人為和自然的不安全因素，這些潛在的危險(xiǎn)因素使管道更容易發(fā)生事故，而且埋地管段一旦發(fā)生泄漏也很難被發(fā)現(xiàn)，由此造成的事故后果，給管道帶來(lái)了相當(dāng)大的處理難度。

事故樹(shù)分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是安全系統(tǒng)工程的重要演繹推理方法之一[2]。 近些年安全評(píng)價(jià)方法越來(lái)越多，但隨著可靠性理論的不斷發(fā)展，基于事故樹(shù)分析的安全性分析得到了廣泛運(yùn)用，國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)油氣輸送管道的泄露事故樹(shù)研究極少。本文重在建立一個(gè)完整的油氣輸送管道泄漏事故樹(shù)分析圖，并提出具有輕重緩急的舉措措施，為后續(xù)的管道運(yùn)行提供了更加真實(shí)的理論依據(jù)。

1 油氣管道泄漏事故樹(shù)模型建立

泄漏是油氣管道安全運(yùn)行的一個(gè)主要因素，因此確定油氣管道泄漏為頂上事件[3-8]，調(diào)查原因建立適用事故樹(shù)如圖1和表 1、2所示。

圖 1 油氣管道泄漏的事故樹(shù)Fig.1 Oil pipeline leak fault tree

表 1 事故樹(shù)事件符號(hào)及邏輯門(mén)說(shuō)明Table 1 Illustration of events symbols and logic gates

2 事故樹(shù)分析

2.1 事故樹(shù)最小割集分析

導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最小限度的基本事件的集合叫做最小割集[9]。建立事故樹(shù)布爾代數(shù)表達(dá)式，求取最小割集過(guò)程如下：

表 2 油氣管道泄漏事故事件列表Table 2 Oil pipeline spill event list

計(jì)算結(jié)果表明，油氣輸送管道泄漏事故樹(shù)共20個(gè)最小割集，即：

其中 3個(gè)四階最小割集，4個(gè)二階最小割集，13個(gè)一階最小割集。每個(gè)最小割集都是頂上事件發(fā)生的一種可能途徑[10]，該事故樹(shù)中材料的抗腐蝕性差和 13 個(gè)一階最小割集為系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)提出安全對(duì)策措施。

2.2 事故樹(shù)結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度主要是分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件的發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度[11]。

結(jié)構(gòu)重要度的定義為：

式中：k —最小割集總數(shù)；

kj—第 j個(gè)最小割集；

nj—第 kj個(gè)最小割集的基本事件數(shù)。

由最小割集可得：

由結(jié)構(gòu)重要度排序可知，材料的抗腐蝕性差是導(dǎo)致泄漏事故的最為主要因素。

3 對(duì)策措施及建議

(1)完善設(shè)備設(shè)計(jì)，注重設(shè)備與環(huán)境的結(jié)合。大型油氣輸送管道在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)處理焊縫缺陷，材料缺陷或設(shè)計(jì)不合理的缺陷；另外，油氣管道在安裝過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮和周圍環(huán)境達(dá)到更好的結(jié)合，比如：跨越問(wèn)題，埋深問(wèn)題等等。

（2）加強(qiáng)質(zhì)量管理，建立應(yīng)急預(yù)案。油氣輸送管道從設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該避開(kāi)地殼、火山活動(dòng)較為劇烈的地區(qū)，并監(jiān)督相關(guān)部門(mén)預(yù)先制定科學(xué)完備的應(yīng)急預(yù)案體系。

（3）加大監(jiān)察力度，嚴(yán)控第三方破壞[12]。近年來(lái)，由于第三方破壞所造成的輸送管道泄漏現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，國(guó)家政府和相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)宣傳工作并加大檢察力度。

（4）加強(qiáng)檢測(cè)，防治腐蝕。加大管道腐蝕的檢測(cè)力度并采用防護(hù)腐蝕措施，加強(qiáng)管道防腐層的保護(hù)，能在一定程度上降低周邊環(huán)境及介質(zhì)對(duì)管線的腐蝕。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章從引起油氣管道泄漏的要素入手，分析導(dǎo)致泄漏事故的關(guān)鍵原因，對(duì)任一要素的控制都顯得同等重要[13]。但是根據(jù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的的事故統(tǒng)計(jì)中可以看出，實(shí)際采取措施常常與理論分析有所差距。從理論上講，自然災(zāi)害與焊縫缺陷具備同樣的結(jié)構(gòu)重要度，但從實(shí)際情況看，因焊縫缺陷導(dǎo)致泄漏的情況遠(yuǎn)比因自然災(zāi)害要多很多，因此實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)多從設(shè)備方面進(jìn)行控制。

因此在采用事故樹(shù)進(jìn)行油氣管道系統(tǒng)泄漏分析的同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合具體的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際，具體問(wèn)題具體分析，制定出更加切合實(shí)際的控制措施。

［1］張景林,崔國(guó)璋.安全系統(tǒng)工程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2005.

［2］楊維.事故樹(shù)在管道燃?xì)庑孤┦鹿史治龅膽?yīng)用[J].煤氣與熱力,2007, 27(5):51-54.

［3］王楷．基于事故樹(shù)分析的壓力管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究[D]. 武漢:武漢理工大學(xué),2009.

［4］袁瑞華,高宏.毛烏素沙漠區(qū)輸氣管道泄漏事故樹(shù)分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2 009,28(1) :59-62.

［5］顧文婷,李超,畢中毅.基于事故樹(shù)分析法的長(zhǎng)輸管道泄漏因素分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2010,4(10).19-24.

［6］Lee S R. Safety comparison of LNG tank designs with fault tree a nalysis[C].23rd World Gas Conference,Amsterdam, Holland, June 5 -9, 2006.

［7］馬強(qiáng).長(zhǎng)輸管道外防腐層的檢測(cè)與評(píng)價(jià)[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2009,11(3):26-29.

［8］ 李玉星,彭紅偉,唐建峰,鄧?yán)追f,王風(fēng)波.天然氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)方案對(duì)比[J].天然氣工業(yè),2008,28(9):101-104.

［9］鄧慶濤,張?chǎng)?長(zhǎng)輸管道泄漏的檢測(cè)方法[J].中困西部科技,2009, 8(12): 23-25.

加拿大油砂生產(chǎn)成本上升

加拿大能源研究院(CERI)發(fā)布的最新年度報(bào)告中表示，在過(guò)去的一年，加拿大阿爾伯塔省的瀝青和合成原油生產(chǎn)成本上漲。采用蒸汽輔助重力驅(qū)油生產(chǎn)工藝的油砂生產(chǎn)成本(調(diào)和與運(yùn)輸前)上漲 4.4%，升至50.89 美元/桶；未經(jīng)改質(zhì)的油砂采礦成本上漲 1.6%，升至 71.81 美元/桶；采礦和改質(zhì)集成生產(chǎn)的成本上漲5.9%，升至 107.57 美元/桶，油砂改質(zhì)成本為 40.82 美元/桶。

CERI表示，2013 年阿爾伯塔省油砂日均產(chǎn)量同比增加 10.9%，達(dá)到 210 萬(wàn)桶，其中 180 萬(wàn)桶來(lái)自于原地開(kāi)采技術(shù)和露天礦采，另外的 30萬(wàn)桶來(lái)自于油砂區(qū)域的一次生產(chǎn)和通過(guò)提高石油采收率的方式所獲得。根據(jù) CERI的參考模式假設(shè)，到 2020 年，加拿大通過(guò)露天礦采和原地?zé)崮芗叭軇┹腿》绞将@得的油砂產(chǎn)量將達(dá)到 340 萬(wàn)桶/天，2048 年將進(jìn)一步增加至 480 萬(wàn)桶/天。研究的場(chǎng)景假設(shè)與全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇程度、石油需求、排放法規(guī)和技術(shù)對(duì)于石油需求增長(zhǎng)速度可能的影響等因素相關(guān)。

CERI最為樂(lè)觀的假設(shè)是到 2020 年不包括一次生產(chǎn)的油砂產(chǎn)量將達(dá)到 380 萬(wàn)桶/天，到 2048 年達(dá)到 570萬(wàn)桶/天。最為悲觀的假設(shè)是到 2030 年產(chǎn)量達(dá)到 420 萬(wàn)桶/天，2048 年達(dá)到 430 萬(wàn)桶/天。

CERI還預(yù)測(cè)了投資情況和溫室氣體排放量。按照參照模式，CERI預(yù)測(cè)，2014-2048 年加拿大油砂開(kāi)采的總投資需要 5979 億加元。在油砂開(kāi)采過(guò)程中，溫室氣體排放量將從 2013 年的 5500 萬(wàn)噸/年二氧化碳等量物增加至 2048 年的 1.44 億噸/年二氧化碳等量物。2014-2048 年累計(jì)溫室氣體排放量將達(dá)到 45.87 億噸，比其 2013 年預(yù)測(cè)的 35 年累計(jì)排放量增加 3.3%。

Application of Fault Tree Analysis in Oil and Gas Pipelines Leakage

CHEN Guang-fang，XIE Yu-jun
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

The leakage is a common typical accident in oil and gas pipelines, and also is an important reason to lead to other major disasters. In this paper, a comprehensive analysis of leak problem of oil and gas pipeline with fault tree analysis was carried out, and development model of oil and gas pipeline leak accidents was discussed qualitatively, and it’s pointed out that the corrosion resistance of pipe material is the major factor. At last, the corresponding countermeasures were put forward, which could provide important data and theory support for the better implement of safe operation of oil and gas pipelines.

Fault tree analysis; Leakage; Oil and gas pipeline

TE 832

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1342-03

2013-11-28

陳廣芳（1988-），女，山東聊城人，碩士研究生，研究方向：石油化工設(shè)備泄露安全。E-mail：cgflj8090@163.com。

謝禹鈞（1960-），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：斷裂力學(xué)。E-mail：yjxie@lnpu.edu.cn。