天然气管道的运行可靠性评价技术

邴志伟

摘 要：天然氣管道系统是连续密闭输送系统，从输送、储存到用户使用，天然气均处于带压状态，管道一旦破裂，释放能量大、撕裂长度长、波及范围广，排出的天然气遇有明火易酿成火灾，因此其可靠性研究具有十分重要的意义和作用。针对天然气管道的可靠性研究，本文通过对国内外相关文献的调研，总结了巴西天然气管道可靠性评价方法以及其评价指标。巴西石油公司对巴西的天然气管道进行的可靠性研究采用了 TARO 可靠性模拟软件，其管网可靠性评价方法以及可靠性指标值得借鉴。

关键词：巴西石油公司；天然气管道；可靠性；评价指标

随着国内用户端天然气需求量的不断增加，大型输气干线管道的输送任务日益艰巨，输气管道系统运行可靠性问题也愈受关注。如何基于整条输气管道来评价其整体运行可靠性，是当前所面临的主要挑战与难题。现阶段，虽然可靠性评价虽已广泛用于很多领域，但在油气管道领域的应用尚处于初级阶段。输气干线系统的运行可靠性评估是指对处于运行中的管道系统可靠性指标做定量计算或者定性分析，其中以指标数值来反映管道的可靠水平最为重要。输气干线系统的运行可靠性评估可以为设计人员、管理人员提供改进和管理管道的依据，使他们对系统运行和系统行为有更加深入的了解。而巴西天然气管道评价方法和评价指标值得我国借鉴，本文对这两项内容进行了详细介绍。

1 巴西石油公司天然气管道可靠性评价

巴西石油公司与挪威船级社合作运用可靠性模拟软件 TARO 对巴西集成管网系统进行了可靠性评价[1]。巴西集成管网系统是一个比较复杂的系统，首先，它具有多个气源：气田、东北部气源以及东南部气源；再次，它有多种用户；最后，干线中设有多个气体处理设备，这对可靠性评价结果又一定影响。巴西石油公司进行的可靠性评价主要依赖TARO 软件（Total Asset Review And Optimization） ，该软件将未经加工的数据运用到每个设备的计算机模拟模型之中。具体的可靠性分析过程如下：第一步，建立系统结构逻辑模型，明确系统单元设备以及其联接形式， 例如串联、 并联还是备用。第二步，运用随机抽样技术，从系统单元数据库中抽取失效事件数据，同时确定系统失效模式，并对该事故模式进行建模。 系统单元数据库中包含设备失效相关数据、计划动作数据以及正常运行数据。第三步， 对上述事故进行模拟。 该模拟过程中，需要引用概率密度函数以及故障修复时间分布函数，来计算可靠性指标数值，并得出每个单元对系统可靠性的贡献。分析过程所用数据主要来源有：运行历史报告、知名国际数据公司（OPEDA， SINTEF，EGIG） 。最后，故障所产生的影响用气体质量损失来表示。要注意的是，可靠性分析过程中，需要对管线中所有元件进行模拟，需要模拟的元件有：天然气处理单元；所有管线以及截断阀；压气站；城市门站。对于每一个组成气体供应链的气体处理单元、压气站、门站和管道都要进行详细的可靠性模拟，以此来明确气体管网单元可靠性以及整体可靠性。验，采用模拟的方式进行天然气干线系统可靠性评价。即假设系统的故障模式，收集历史数据，针对该故障模式进行可靠性评价，借助修复时间分布函数，得出可靠性指标数值。

运行可靠性指标评价等级是针对一个或多个运行可靠性指标， 制定一个数值等级或规定一个数值目标，根据不允许超过或者必须达到一个或多个数值要求，综合给出输气管道系统运行可靠性水平的极限值， 用于判断系统或单元的可靠性水平。该指标评价等级用于判断是否需要对输气管道单元或系统进行维修， 以及决定如何维修或改进。以下结合电力系统、水力系统、 经济分析等相关领域的可靠性评价经验，给出针对输气管道系统运行可靠性评价的指标等级分级建议。据此可以定性判断研究对象的运行可靠性水平， 适用于输气管道单元、 压气站单元以及系统整体的运行可靠性评价可靠度等级是技术性的等级划分，故障风险等级是经济性的等级划分。输气管道系统应用可靠性指标评价等级的目的：在合理的投资限度内，减少用户的断气事故次数和损失。对于不同气候、地理、经济条件和社会环境的国家或地区，以及不同的计算方式和步骤，可靠性指标评价等级的划分也会有所差别，应该根据自身管理水平、环境、计算理念等诸多因素，适当做出调整。

3 天然气干线系统运行可靠性指标

干线天然气管道由多个管段、压气站以及自控系统组成，任何一个组成部分发生故障都可能对用户的供气造成影响。在对输气管道系统运行可靠性进行研究时，需要全面考虑，包括系统结构、工艺以及所用材料、运行环境等。

输气管道系统运行可靠性研究的主要难点：①科学地量化各个单元可靠性，在确定各单元可靠性基础上， 研究输气管道整体运行可靠性；②建立输气管道系统与各单元之间可靠性关联；③建立可靠性数据库，确定各种因素对管道可靠性的影响大小。为此，运用数据统计分析方法评价干线天然气管道的运行可靠性，同时基于研究难点提出具体的解决方法。

可靠性综合指标的本质是[2]，能够综合反映故障发生的可能性与严重性。后果的含义很广泛，可以是气体损失量、管道超压过载的程度等。运行指标的定义 运行指标的定位 指标种类 具体指标概率类指标 能够直观的反映系统的整体可靠性。指标要符合运行层面的定位和要求：不仅能够反映系统的气体损失情况，还要能够反映系统的安全裕度，以及压力过载等运行约束违限的情况；能够直观的反映系统的整体可靠性；能够反映重要站场节点和关键元件的可靠性；能够反应系统短期和长期的可靠性。运行可靠性指标体系包括状态类指标、程度类指标、 层次类指标和时限类指标， 能够从可靠性能、评估范围、时间框架三个维度全方位的地表征运行可靠性。

4 结 论

本文介绍了巴西天然气管道可靠性评价方法以及相关可靠性评价指标， 该方法借助了 TARO 软件、TGNET 软件、PLANAGE 软件进行可靠性评价。需要注意的是，干线系统的可靠性评价不能离开故障后果空谈可靠性，需要借助于综合指标定量评价可靠性。在可靠性研究过程中，常会因需要提出新指标，不断完善系统可靠性指标体系，使得评价结果能更好指导实践。本文是巴西天然气管道系统可靠性研究的一篇探究性文章，可为今后深入研究我国输气系统可靠性提供指导。

参考文献：

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

[2]宋保维. 系统可靠性实际与分析[M]. 西北：西北工业大学出版社， 2008.12.

[3]王勇.普光输气站定量风险评价技术研究[D].四川：西南石油大学， 2012.6