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管道研究

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风险评价技术在城镇聚乙烯燃气管道中的应用

来源:《管道保护》杂志 作者:孟涛;王德国;李长春;王新华 时间:2020-3-20 阅读:

孟涛1 王德国2 李长春1 王新华3

1.中国特种设备检测研究院; 2.中国石油大学(北京)机械与储运工程学院 ;3.北京工业大学机械与电子工程学院

 

 

摘要: 针对城镇聚乙烯燃气管道的运行安全问题,以我国某城镇聚乙烯燃气管道基于半定量风险评价技术的应用为例,依照基本流程,分析埋地管道的失效可能性及失效后果,并综合评价管道各位置的安全风险等级,表明该技术可实现聚乙烯管道按风险等级进行科学管理,并进一步减小失效发生的可能性,以保证管道安全、经济、合理运行。

关键词: 城镇聚乙烯燃气管道;半定量风险评价技术;风险等级;应用

 

 

GB 50028―2006《城镇燃气设计规范》规定,在中低压燃气管网建设中将聚乙烯作为首选管材,取代传统的碳钢、铸铁管材等[1]。目前国内外对聚乙烯燃气管道的研究还停留在原料选择、质量控制和工程施工等方面[2-3],对风险评估的研究比较少。因此,建立符合我国国情的城镇聚乙烯燃气管道风险评估方法,预防管道事故的发生,保护人民群众的生命和财产安全,具有重要的社会意义和工程价值。

1 聚乙烯燃气管道风险评估技术

聚乙烯燃气管道风险评价采用半定量风险评价技术[4-5]。首先,确定所有的失效事故因素并评价失效可能性。其次,计算管道的失效后果,包括人、物与环境损失。最后,综合评价失效可能性和失效后果确定风险等级。基本流程如下。

(1)管段划分。依据事先所确定的划分准则将管道分成若干个可能具有相同风险等级的段,恰当的划分准则即当出现重要的变化时,插入分段点,准则的确定与成本开支和期望的数据精度有关。

(2)风险影响因素确定。即导致发生事故的因素和影响其后果严重程度的因素。

(3)各管段失效可能性确定。在评价失效可能性上,不同的评价模型会有侧重点的差异,但通常包括第三方破坏、设备(装置)及人员操作、本体安全等方面。

(4)各管段失效后果严重性确定。各管段的失效后果与输送介质的危险性、泄漏影响范围、泄漏点周围环境情况及周围人口密度大小密切相关,具体包括人员伤亡、财产损失和社会环境等无形损失。

(5)各管段失效风险值确定。风险值等于失效可能性与失效后果的乘积。

(6)各管段风险等级确定。根据各管段失效可能性和失效后果计算出失效风险值,再依据分级准则进行风险等级确定。

1.1 管段划分

将待评价的管道划分为多个管段能够提高每个管 段的评价准确度,管段将作为最小的风险值比较的单元,通过计算得到每个管段相应的风险值,然后对所有管段进行风险排序。管段的划分主要考虑的因素包括:管道周围人口密度、建筑物、土壤情况、运行压力、管道规格和服役时间等。

1.2 管段失效可能性确定

采用故障树分析法对管道风险因素进行识别。在此基础上,利用下行法及布尔代数化简故障树(图 1),求解故障树最小割集,得到结构重要度系数的大小,从而获取影响管道失效的主要影响因素。基本事件结构重要度系数越大,该基本事件对顶事件发生产生的影响也越大,应采取措施控制这些结构重要度系数较大的基本事件的发生。

第三方损坏主要是从地面活动情况、管道埋深、环境影响、地面装置及其保护措施、占压、管道标识、巡线、公众教育等方面进行评价,该类信息主要根据相关工作人员提供的信息和沿线检测及询问调查确定。

管道本质安全主要从设计施工控制、检测及评价计划、自然灾害及其防范措施等方面进行评价。各项评价得分是依据甲方工作人员提供的信息及沿途调查确定,对资料信息不完全和不详的项,选择相对保守的分数。

设备(装置)及操作主要从设备(装置)功能及安全质量、设备(装置)维护保养规程、设备(装置)操作规程、人员培训与考核、安全管理制度、防错装置等方面进行评价。其中,各项评价得分是依据相关资料、甲方提供信息以及现场检测确定,对资料信息不完全和不详的项,选择相对保守的分数。

通过故障树分析,获得聚乙烯燃气管道49个最小割集,选取结构重要度系数较大的因素,建立聚乙烯燃气管道重大危险源评价指标体系,失效可能性总分为100分。

1.3 管段失效后果严重性确定

参考埋地钢质管道失效后果的主要因素,从介质的短期危害性、介质最大泄漏量、介质的扩散性、人口密度、沿线环境、泄漏原因和供应中断对下游用户影响等七个方面对聚乙烯燃气管道失效后果进行评分,总分150分。如表 1所示。

失效后果得分为各个指标得分之和,每个指标得分为其下设的一个或多个子评分项之和,下设子评分项的得分为其下设所有子评分项得分之和。从每个评分项或子评分项下设的各列项中,单一选择最接近实际情况的列项,从而确定该评分项或子评分项的得分。

1.4 管段风险等级确定

埋地PE管道的风险等级可分为风险绝对等级和相对等级。前者是按照统一标准划分的风险等级,使得不同管道的风险具有可比性;后者随被评价管道的不同而不同,在不同管段之间具有可比性,体现了不同管段之间的相对差别。各管段风险值的计算满足下式:

风险值=失效可能性×失效后果得分 (1)

风险绝对等级划分如下:

低风险绝对等级: [0, 3600);

中等风险绝对等级: [3600, 7800);

较高风险绝对等级: [7800, 12600);

高风险绝对等级: [12600, 15000)。

2 半定量风险评价技术的应用

2.1 管线基本情况概述

某城镇聚乙烯燃气管道, 2003年建成投用至今,材质PE80/PE100,标准尺寸比SDR11.0和SDR17.6,规格为DE50~DE250。管道主要敷设于经济发达和人口密集的市区,沿线居民楼、办公楼、公共场所较多,来往车辆、行人频繁。

2.2 管段划分

本次评价以检测结果、综合人口密度、环境状况、管道规格等划分管段,结果见表 2。

2.3 管道失效可能性评分

失效可能性评分基本模型包括第三方损坏、设备(装置)及人员培训、管道本质安全质量三个部分。每个部分包括若干评分项,将每个部分中的各评分项的得分相加,得到第三方损坏得分S31、设备(装置)及人员培训得分S32、管道本质安全质量得分S33,并按照下式计算失效可能性得分

S:S=100-(0.5S31+0.25S32+0.25S33) (2)

各管段的失效可能性得分见表 3。

从表 3可知:失效可能性得分范围为48.5~59.2,失效可能性差别较大主要是因为各管段人口密度、交通繁忙程度、占压情况、埋深情况不同而引起。

2.4 失效后果评分

埋地聚乙烯燃气管道失效后果评分从介质的短期危害性、介质的最大泄漏量、介质的扩散性、人口密度、沿线环境、泄漏原因和供应中断对下游用户影响七个方面进行半定量评分,失效后果得分为每个指标的得分之和。

从表 4看出,管道失效后果得分范围为65~81,介质泄漏后能扩散到相当远的地方,且与空气可形成爆炸性混合物,遇明火、高热可引起燃烧甚至爆炸,由此引起的管道事故可以造成较大的人员伤亡及财产损失,一旦中断供应会对正常生产生活秩序产生严重影响。

2.5 风险计算及等级划分

按公式(1)计算各管段的风险值如表 5所示。

结果表明,风险值范围为3152.5~4596.8,中等风险值居多。表 6统计了管道风险等级的比例。

结果表明,管道风险等级以中等风险绝对等级为主。

3 结束语

通过对城镇聚乙烯燃气管道开展风险评价,按风险大小进行排序,从而将管理和有限资源重点集中在高风险管道上,最大限度避免管道安全事故的发生,在降低风险的同时减少管理成本,提高管道运营效益。

 

参考文献:

[1] 任峰.基于风险分析的城市燃气埋地聚乙烯管道检测技术[J].城市燃气, 2018(3): 4-7.

[2] 陈钢,左尚志,陶雪荣,等. 承压设备的风险评估技术及其在我国的应用和发展趋势[J]. 中国安全生产科学技术. 2005, 1(1): 31-35.

[3] W. Kent Muhlbauer. 杨嘉瑜等译. Pipeline RiskManagement Manual[M]. 中国石化出版社. 2005.

[4] 孟涛,何仁洋,左尚志. 半定量风险评价技术在居民区埋地LPG管道中的应用[C]. 第三届全国管道技术学术交流会议. 2006.

[5] 陈利琼. 在役长输管线定量风险分析技术研究[D].成都:西南石油学院. 2004.

 

项目来源: “ 质检公益性行业科研专项项目 ”(201310159)。


作者:孟涛,男, 1977年生,山东省莱芜市人,高级工程师。 2005年7月毕业于北京工业大学机械电子学院机械电子专业,获硕士学位。现就职于中国特检院,从事压力管道检验检测及完整性管理研究工作。

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