油田集气管道事故模式与控制研究*

肖荣鸽

油田集气管道事故模式与控制研究*

王永红1肖荣鸽1马小安2方维军3

1西安石油大学石油工程学院2中石化(香港)海南石油有限公司3陕西延长石油(集团)管道运输公司

以油田集气管线作为研究对象，在进行危险因素识别的基础上，分析引起集气管道泄漏爆炸事故的基本事件和事故树，并推导出导致集气管道泄漏引发火灾爆炸事故的事故模式和控制模式，为相关企业输油气管道安全运行提供指导。从集气管道泄漏引发火灾爆炸事故树分析中可知，导致顶上事件发生逻辑关系的事故树共有135个最小割集，说明集气管道事故的发生有135种可能原因，并且其发生必然是135个最小割集中的某个最小割集中所有基本事件同时存在的结果。工程实践中根据135个最小割集中各基本事件的特性及其可能发生的条件制定出预防措施，从而保证工程运行的安全。

集气管道；泄漏；事故树；事故模式；控制模式

近年来油气管道泄漏造成的火灾爆炸事故时有发生，且绝大部分是由于输油气管道泄漏造成的。管道安全直接关系到人民生命财产安全，所以对管道泄漏爆炸事故进行分析研究尤为重要。国内外常用事故树方法进行分析，它是一种演绎的系统安全分析方法，能对系统的各种危险性进行辨识和评价，既适用于定性分析，又可用于定量分析，具有应用范围广和简明、形象的特点，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性[1-2]。因此，事故树作为安全分析和预测事故的一种先进科学的方法，已得到公认和广泛采用。

本文以油田集气管线作为研究对象，在进行危险因素识别的基础上，分析引起集气管道泄漏爆炸事故的基本事件和事故树，并推导出导致集气管道泄漏引发火灾爆炸事故的事故模式和控制模式，为相关企业输油气管道安全运行提供指导。

1 集气管道危险因素分析

集气管道危险有害因素主要有：

（1）管道火灾、爆炸危险性。如果管道内天然气发生泄漏并与空气混合发生爆炸时，会出现着火爆燃现象。引发管道泄漏的主要因素有：①油田伴生气、原油介质中可能含有硫化氢导致管道内表面腐蚀；②管道外表面腐蚀；③施工过程中焊接存在缺陷或工程质量达不到设计要求；④管道设计缺陷；⑤外力冲击、撞击而造成管道破裂；⑥由于设备、阀门接头等密封不严造成气体泄漏；⑦材料、设备制造缺陷导致事故隐患；⑧违规操作。

（2）油田伴生气形成水合物堵塞管道。伴生气通常为湿气，在温度降低时会形成水合物，严重时甚至堵塞管道。

（3）管道沿线自然灾害。集输管道若在黄土塬敷设，起伏较大，长期风蚀作用导致管道覆土厚度减小，造成裸管甚至管道变形，影响管道安全。另外，细砂土进入管道内，若扫线不好，可能堵塞或刺坏阀门、仪表和管道；管道穿越河流时，若河流河堤比较低矮，局部河段受水流侧蚀作用河岸有崩塌现象，汛期降雨集中，河水暴涨暴落，管道易受洪水冲刷，威胁管道安全。穿越河流段的管道，河床受水流冲刷，严重时可能造成管道悬空断裂。

（4）其他危险性。伴生气输送过程中使用压缩机进行增压输送，但如果压缩机选型不合格，冷却效果不好，造成设备内温度超高，也会引起火灾爆炸事故。

2 管道事故树分析

集气管道事故树分析以集气管道泄漏引发火灾爆炸事故为顶上事件，对其发生原因及各原因事件之间的逻辑关系逐层进行分析，从而在实际生产过程中重点防范该类事故[3-4]。其基本事件为：缺少防腐措施，防腐材料选择不当，施工过程防腐层脱落，杂散电流，气体组分内腐蚀，土壤腐蚀，大气腐蚀，达到爆炸极限，密封垫片与法兰面密封不合，法兰连接面松紧不均，阀体均匀腐蚀，阀体出现裂纹砂眼，设计缺陷，材料缺陷，焊接安装缺陷，地质灾害，违章占压，外单位施工造成破坏及恶意破坏。事故树分析可对既定的生产情况下出现的事故条件及可能导致的灾害后果，给出导致泄漏事故的各种因素间的逻辑关系。集气管道泄漏引发火灾爆炸的事故树见参考文献[2]。

3 事故树定性分析

3.1 求解最小割集

利用布尔代数法可以得到此事故树最小割集。集气管道事故树的最小割集求解过程如下

每个最小割集均代表一种事故模式，根据最小割集可以发现集气管道泄漏引发火灾爆炸事故的环节。因此，根据事故树分析结果，导致集气管道泄漏引发火灾爆炸事故的事故模式共有135种。

3.2 求解最小径集

根据事故树可以做出其成功树，根据成功树求解最小径集。

展开整理后，可以得到4个事故树的最小径集，即

因此，集气管道泄漏引发火灾爆炸事故不发生的控制模式有4个。

3.3 结构重要度

结构重要度是从事故树分析各基本事件的重要性程度[5]，根据各基本事件在各最小割集和最小径集中出现的频率及占有的比重进行计算，得出此事故树中各基本事件的结构重要度的排列顺序为

构成集气管道泄漏引发火灾爆炸事故成功树的结构重要度排列顺序为

基于上述结构重要度的顺序，可知在集气管道泄漏引发火灾爆炸事故事故树基本事件中X1结构重要度最大；X21、X22、X23、X24、X25的结构重要度相等，结构重要度为第二；X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12的结构重要度相等，结构重要度为第三；X13、X14、X16、X17、X18、X19、X20的结构重要度相等，结构重要度为最小。

4 结论

从集气管道泄漏引发火灾爆炸事故树分析中可知，导致顶上事件发生逻辑关系的事故树共有135个最小割集，说明集气管道事故的发生有135种可能原因，并且其发生必然是135个最小割集中的某个最小割集中所有基本事件同时存在的结果。工程实践中根据135个最小割集中各基本事件的特性及其可能发生的条件制定出预防措施，从而保证工程运行的安全。

结构重要度最大的事件是伴生气泄漏X1“达到爆炸极限”。从实际操作来看，由于站外集气管道大部分为埋地敷设，伴生气泄漏不易被发现，泄漏后很难控制其气体扩散不达到爆炸极限。因此，应着重加强措施控制其他相关事件，以控制该事故发生。结构重要度较大的事件主要是X21“违章动火”、X22“静电火花”、X23“雷电”、X24“防爆电器失灵”、X25“电路短接”，这些事件直接导致的上层事件为“火源”。因此，一旦发生伴生气泄漏，通过加强措施杜绝其周围区域火源的产生，对集气管道泄漏引发火灾爆炸事件的控制是至关重要的。

[1]钱成文，侯铜瑞，刘广文，等．管道的完整性评价技术[J]．油气储运，2000，19（7）：11-15．

[2]张乃禄，肖荣鸽．油气储运安全技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2013.

[3]廖柯熹，姚安林，张淮鑫．天然气管线失效故障树分析[J]．天然气工业，2001，21（2）：94-96．

[4]易云兵．新建输气管道失效故障树分析[J]．天然气技术，2008，2（4）：73-76．

[5]彭力，李发新．危害辨识与风险评价技术[M]．北京：机械工业出版社，1988．

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.019

基金论文：西安市科技计划项目技术转移促进工程“石油产业应用技术与开发—油田储运系统油气回收技术研究”（CX12184（4））资助。