天然氣管道的運行可靠性評價技術

邴志偉

摘 要：天然氣管道系統(tǒng)是連續(xù)密閉輸送系統(tǒng)，從輸送、儲存到用戶使用，天然氣均處于帶壓狀態(tài)，管道一旦破裂，釋放能量大、撕裂長度長、波及范圍廣，排出的天然氣遇有明火易釀成火災，因此其可靠性研究具有十分重要的意義和作用。針對天然氣管道的可靠性研究，本文通過對國內外相關文獻的調研，總結了巴西天然氣管道可靠性評價方法以及其評價指標。巴西石油公司對巴西的天然氣管道進行的可靠性研究采用了 TARO 可靠性模擬軟件，其管網可靠性評價方法以及可靠性指標值得借鑒。

關鍵詞：巴西石油公司；天然氣管道；可靠性；評價指標

隨著國內用戶端天然氣需求量的不斷增加，大型輸氣干線管道的輸送任務日益艱巨，輸氣管道系統(tǒng)運行可靠性問題也愈受關注。如何基于整條輸氣管道來評價其整體運行可靠性，是當前所面臨的主要挑戰(zhàn)與難題。現(xiàn)階段，雖然可靠性評價雖已廣泛用于很多領域，但在油氣管道領域的應用尚處于初級階段。輸氣干線系統(tǒng)的運行可靠性評估是指對處于運行中的管道系統(tǒng)可靠性指標做定量計算或者定性分析，其中以指標數值來反映管道的可靠水平最為重要。輸氣干線系統(tǒng)的運行可靠性評估可以為設計人員、管理人員提供改進和管理管道的依據，使他們對系統(tǒng)運行和系統(tǒng)行為有更加深入的了解。而巴西天然氣管道評價方法和評價指標值得我國借鑒，本文對這兩項內容進行了詳細介紹。

1 巴西石油公司天然氣管道可靠性評價

巴西石油公司與挪威船級社合作運用可靠性模擬軟件 TARO 對巴西集成管網系統(tǒng)進行了可靠性評價[1]。巴西集成管網系統(tǒng)是一個比較復雜的系統(tǒng)，首先，它具有多個氣源：氣田、東北部氣源以及東南部氣源；再次，它有多種用戶；最后，干線中設有多個氣體處理設備，這對可靠性評價結果又一定影響。巴西石油公司進行的可靠性評價主要依賴TARO 軟件（Total Asset Review And Optimization） ，該軟件將未經加工的數據運用到每個設備的計算機模擬模型之中。具體的可靠性分析過程如下：第一步，建立系統(tǒng)結構邏輯模型，明確系統(tǒng)單元設備以及其聯(lián)接形式， 例如串聯(lián)、 并聯(lián)還是備用。第二步，運用隨機抽樣技術，從系統(tǒng)單元數據庫中抽取失效事件數據，同時確定系統(tǒng)失效模式，并對該事故模式進行建模。 系統(tǒng)單元數據庫中包含設備失效相關數據、計劃動作數據以及正常運行數據。第三步， 對上述事故進行模擬。 該模擬過程中，需要引用概率密度函數以及故障修復時間分布函數，來計算可靠性指標數值，并得出每個單元對系統(tǒng)可靠性的貢獻。分析過程所用數據主要來源有：運行歷史報告、知名國際數據公司（OPEDA， SINTEF，EGIG） 。最后，故障所產生的影響用氣體質量損失來表示。要注意的是，可靠性分析過程中，需要對管線中所有元件進行模擬，需要模擬的元件有：天然氣處理單元；所有管線以及截斷閥；壓氣站；城市門站。對于每一個組成氣體供應鏈的氣體處理單元、壓氣站、門站和管道都要進行詳細的可靠性模擬，以此來明確氣體管網單元可靠性以及整體可靠性。驗，采用模擬的方式進行天然氣干線系統(tǒng)可靠性評價。即假設系統(tǒng)的故障模式，收集歷史數據，針對該故障模式進行可靠性評價，借助修復時間分布函數，得出可靠性指標數值。

運行可靠性指標評價等級是針對一個或多個運行可靠性指標， 制定一個數值等級或規(guī)定一個數值目標，根據不允許超過或者必須達到一個或多個數值要求，綜合給出輸氣管道系統(tǒng)運行可靠性水平的極限值， 用于判斷系統(tǒng)或單元的可靠性水平。該指標評價等級用于判斷是否需要對輸氣管道單元或系統(tǒng)進行維修， 以及決定如何維修或改進。以下結合電力系統(tǒng)、水力系統(tǒng)、 經濟分析等相關領域的可靠性評價經驗，給出針對輸氣管道系統(tǒng)運行可靠性評價的指標等級分級建議。據此可以定性判斷研究對象的運行可靠性水平， 適用于輸氣管道單元、 壓氣站單元以及系統(tǒng)整體的運行可靠性評價可靠度等級是技術性的等級劃分，故障風險等級是經濟性的等級劃分。輸氣管道系統(tǒng)應用可靠性指標評價等級的目的：在合理的投資限度內，減少用戶的斷氣事故次數和損失。對于不同氣候、地理、經濟條件和社會環(huán)境的國家或地區(qū)，以及不同的計算方式和步驟，可靠性指標評價等級的劃分也會有所差別，應該根據自身管理水平、環(huán)境、計算理念等諸多因素，適當做出調整。

3 天然氣干線系統(tǒng)運行可靠性指標

干線天然氣管道由多個管段、壓氣站以及自控系統(tǒng)組成，任何一個組成部分發(fā)生故障都可能對用戶的供氣造成影響。在對輸氣管道系統(tǒng)運行可靠性進行研究時，需要全面考慮，包括系統(tǒng)結構、工藝以及所用材料、運行環(huán)境等。

輸氣管道系統(tǒng)運行可靠性研究的主要難點：①科學地量化各個單元可靠性，在確定各單元可靠性基礎上， 研究輸氣管道整體運行可靠性；②建立輸氣管道系統(tǒng)與各單元之間可靠性關聯(lián)；③建立可靠性數據庫，確定各種因素對管道可靠性的影響大小。為此，運用數據統(tǒng)計分析方法評價干線天然氣管道的運行可靠性，同時基于研究難點提出具體的解決方法。

可靠性綜合指標的本質是[2]，能夠綜合反映故障發(fā)生的可能性與嚴重性。后果的含義很廣泛，可以是氣體損失量、管道超壓過載的程度等。運行指標的定義 運行指標的定位 指標種類 具體指標概率類指標 能夠直觀的反映系統(tǒng)的整體可靠性。指標要符合運行層面的定位和要求：不僅能夠反映系統(tǒng)的氣體損失情況，還要能夠反映系統(tǒng)的安全裕度，以及壓力過載等運行約束違限的情況；能夠直觀的反映系統(tǒng)的整體可靠性；能夠反映重要站場節(jié)點和關鍵元件的可靠性；能夠反應系統(tǒng)短期和長期的可靠性。運行可靠性指標體系包括狀態(tài)類指標、程度類指標、 層次類指標和時限類指標， 能夠從可靠性能、評估范圍、時間框架三個維度全方位的地表征運行可靠性。

4 結 論

本文介紹了巴西天然氣管道可靠性評價方法以及相關可靠性評價指標， 該方法借助了 TARO 軟件、TGNET 軟件、PLANAGE 軟件進行可靠性評價。需要注意的是，干線系統(tǒng)的可靠性評價不能離開故障后果空談可靠性，需要借助于綜合指標定量評價可靠性。在可靠性研究過程中，常會因需要提出新指標，不斷完善系統(tǒng)可靠性指標體系，使得評價結果能更好指導實踐。本文是巴西天然氣管道系統(tǒng)可靠性研究的一篇探究性文章，可為今后深入研究我國輸氣系統(tǒng)可靠性提供指導。

參考文獻：

[1]Reliability modeling-petrobras 2010 integrated gas supply chain[Z]. Proceedings of the 8th international pipeline conference IPC2010.

[2]宋保維. 系統(tǒng)可靠性實際與分析[M]. 西北：西北工業(yè)大學出版社， 2008.12.

[3]王勇.普光輸氣站定量風險評價技術研究[D].四川：西南石油大學， 2012.6