基于事故樹的三相分離設備泄露事故分析

齊加德 于波 等

摘 要：在國內(nèi)外的高含氣油井試油工藝中，因其特殊井況，常因三相分離設備的腐蝕、設計缺陷等因素引發(fā)設備泄露事故造成爆炸、火災等情況。該文建立三相分離設備的事故樹模型，通過分析各影響因素之間的邏輯關系，以最小割集來表示出各影響因素對三相分離設備泄露的影響程度，從而得出在試油工藝中，為預防三相分離設備泄露需注意的管理事項。該研究可以為高含氣井的試油風險控制提供必要的理論依據(jù)，從而保證高含氣井試油及生產(chǎn)的高效與安全。

關鍵詞：高含氣井 三相分離設備 事故樹 最小割集

中圖分類號：X92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0121-02

隨著我國試油工藝技術的不當發(fā)展和進步，暴露出許多新的問題，在試油生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都有著不同程度的安全隱患，如三相分離設備泄露引起的爆炸、火災、污染等，本文通過事故樹分析對引起三相分離設備泄露的各因素進行分析，以保證試油生產(chǎn)的安全進行。

1 事故樹分析法

事故樹分析法是一種從事故結果到事故發(fā)生原因進行層層分析系統(tǒng)安全分析方法。通過邏輯符號將事故與各層原因相連接，簡潔而形象的通過邏輯數(shù)圖形表達它們的邏輯關系。進行事故樹分析可以達到的目的有：（1）對造成事故的各因素進行全面而形象的邏輯關系描述；（2）能夠發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的各種潛在危險因素，便于設計的優(yōu)化及施工過程中的管理；（3）通過邏輯運算，便于對系統(tǒng)風險的定性定量分析。

在事故樹中，將可能會引發(fā)頂事件的事件稱為基本事件；將對于可能引發(fā)頂事件的所有基本事件稱為割集；對于引發(fā)頂事件的最低限度的基本事件的集合稱為最小割集；對于不能引發(fā)頂事件發(fā)生的最低限度的基本事件集合稱為最小徑集。當割集中的每個基本事件都發(fā)生則頂上事件一定發(fā)生；最小割集的數(shù)量決定系統(tǒng)的危險程度。

事故樹分析一般采用行列法、布爾代數(shù)法、矩陣法、質(zhì)數(shù)代入法和結構法，求得頂事件的最小割集或最小徑集。

2 建立三相分離設備的泄露事故樹模型

三相分離設備在高含氣油井的試油作業(yè)中，常因為腐蝕、設計缺陷、外部干擾等因素引發(fā)設備泄露事故，嚴重影響著三相分離器的可靠性。本節(jié)以三相分離設備泄露為頂事故建立事故樹模型，如圖1所示。

2.1 求取最小割集

利用布爾代數(shù)法求事故樹的最小割集如下：

T=B1+B2=（C1+C2）+（C3+C4+C5）=（X1+X10+D1+D2+D3）+（X22X23+D4D5D6+X22X34）

=X1+……+X12+X17（E2E3）+X22X23+（X24+X25+X26）（X27+X28+X29）（X30+X31+X32+X33）+X22X34=X1+……+X12

+X17（X13+X14+X15+X16+X18+X19+X20+X21）+X22X23+（X24+X25+X26）（X27+X28+X29）（X30+X31+X32+X33）+X22X34

最后求得事故樹最小割集58個，其中，一階最小割集數(shù)12個，二階最小割集數(shù)10個，三階最小割集數(shù)36個，或門個數(shù)占邏輯門總數(shù)的81%。由此可知三相分離設備的泄漏危險很大。

2.2 結構重要度分析

結構重要度的分析主要是通過事故樹的結構來分析判斷各基本事件的重要程度。假設基本事件的發(fā)生概率相等，分析每個基本事件對頂事件的影響程度。在結構重要度分析中需滿足以下三個原則。

（1）最小割集為單事件，則其基本事件結構重要度系數(shù)最大。

（2）只出現(xiàn)在同一割集中的基本事件，其結構重要度系數(shù)相等。

（3）兩基本事件出現(xiàn)在不同割集中，則出現(xiàn)次數(shù)相等時其結構重要度系數(shù)相等，出現(xiàn)次數(shù)多的結構重要度系數(shù)大；

根據(jù)上述三條原則判斷三相分離設備泄露的事故樹中各基本事件的重要度系數(shù)大?。ㄓ肐j表示基本事件Xi的結構重要度系數(shù)，j=i）：

（1）I1～I12所在最小割集都只有一個基本事件且只出現(xiàn)一次，則I1～I12=1，其結構重要度系數(shù)最大。

（2）I13～I21，I23，I34都只出現(xiàn)兩次且所在最小割集只有兩個基本事件，則I13～I21=I23=I34=1/2。

（4）I17出現(xiàn)8次且最小割集只有兩個基本事件，則I17=8/2。

（5）I22出現(xiàn)2次且最小割集只有兩個基本事件，則I22=2/2。

（6）I24～I29出現(xiàn)12次且最小割集只有3個基本事件，則I24～I29=12/3。

（7）I30～I33出現(xiàn)9次且最小割集只有4個基本事件，則I30～I33=9/4。

3 事故樹分析

3.1 最小割集分析

最小割集可以表示出系統(tǒng)的危險程度，通過求最小割集來掌握各種事故發(fā)生的可能，從而為事故預防和事故調(diào)查提供方便，同時也提出了施工和設計的注意事項。每個最小割集都代表一種頂事件發(fā)生的可能。如果事故樹的最小割集只有一個，則說明只有一種事故模式。如果事故樹的最小割集越多，就說明系統(tǒng)發(fā)生事故的模式越多，系統(tǒng)也就越危險。如果事故樹的最小割集只含有一個基本事件，則只要該基本事件發(fā)生，頂事件必然發(fā)生，即事故樹的最小割集含基本事件越少，系統(tǒng)越危險。

在三相分離設備泄漏事故樹中，最小割集的總數(shù)有58個，一階最小割集數(shù)12個，二階最小割集數(shù)10個，三階最小割集數(shù)36個，系統(tǒng)模式較為危險。一階割集主要為壓力破壞事件，10個二階割集中有中的基本事件主要是在施工過程中操作失誤引起的管道方面的問題，由此可知，在施工過程中由于操作失誤和第三方破壞（自然災害和人為破壞）引起的管道缺陷和超壓是造成三相分離設備泄漏的主要原因。三階割集主要由腐蝕因素組成，所以腐蝕也是造成設備泄漏的一個重要因素。

3.2 結構重要度分析

總體上而言，I1～I12>>I17=I24～I29>>I30～I33>>I22>>I13～I21=I23=I34。

（1）由I1= I2……=I12可知，安全閥和破裂閥故障對三相分離設備的泄漏影響最大。

（2）由I24～I29>>I30～I33>>I22>>I23=I34可得，就腐蝕而言，外防腐層的絕緣涂層缺陷對三相分離設備的泄漏影響最大，其次是土壤對管道的腐蝕，最后是內(nèi)腐蝕和應力腐蝕等事件。

（3）在管道缺陷對頂事件的影響中，除了人為操作不當對三相分離設備的泄漏造成影響，在管道加工工藝缺陷和管道材料缺陷兩環(huán)節(jié)任何環(huán)節(jié)出錯，都會對設備泄露造成直接的影響。

4 結語

該文主要對高含氣井試油工藝中的三相分離設備進行基于事故樹的風險分析，通過分析三相分離設備系統(tǒng)內(nèi)各個影響因素間的邏輯關系，以最小割集來表示各基本事件對整個系統(tǒng)的影響程度，得出在試油工藝中預防三相分離設備泄露應在以下幾方面加強管理。

（1）嚴格要求對安全閥和破裂閥的使用規(guī)范。

（2）對接觸腐蝕性介質(zhì)的設備應注意腐蝕材料的選用，尤其是對外防腐層的絕緣涂層材料的選取。

（3）另外在管道的選材、設計、檢驗方面應嚴格遵循行業(yè)標準。

參考文獻

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