气田水输送管线泄漏风险因素研究

邹碧海 熊雅斓 王文和 胡志国 彭俊峰 熊 静

(1. 重庆科技学院安全工程学院， 重庆 401331； 2. 西南油气田分公司重庆气矿， 重庆 404100； 3. 四川川港燃气有限责任公司， 成都 6100174； 4. 重庆凯源石油天然气有限责任公司， 重庆 401120)

天然气开发当中会产生一定量的气田水，气田水中含有的H2S、CO2均具有一定毒性。如果气田水输送管线发生泄漏，必然对周围居民造成经济和生命财产损失，因此，气田水输送管线的安全性必须受到高度重视[1]。

目前，气田水输送管线基本采用的是玻璃钢管线，这类管线具有良好的抗腐蚀和结垢能力[2]，水力特性优良[3]。选用玻璃钢管管径较小或者功率较小的输送泵，可减少管线工程初期投资费用，降低运行成本[4]。但该管道材质的抗拉抗震较差，在运行过程中极易遭受破坏。国内外学者在输油输气管道风险评价方面作了许多深入研究[5-7]。但是，这些风险评价多是针对油气输送管道，对气田水输送管线的风险评价未见报道。本次研究将运用事故树分析法，针对气田水输送管线的风险进行评价。

1 事故树分析理论

1.1 概念

事故树分析法是以某一个具体事故作为顶上事件，通过分层剖析，自上而下找出引发不良后果的所有因素[8-9]。事故树分析法是通过由“果”找“因”的方式，一方面能够找出引发事故的最直接原因，另一方面也能揭露事故发生的间接原因[10-12]。

1.2 最小割集

在事故树分析中，最小割集是指同时发生就能够引发顶上事件的基本事件集合。最小割集是顶上事件出现的充分必要条件，本次研究采用布尔代数化简法对构造的事故树进行计算简化求解。

1.3 结构重要度

结构重要度的求解有2种方法：(1)精确求出结构重要度系数[12-13]；(2)用最小割集或最小径集对结构重要度进行排序[14-15]。本次研究方法为前者，通过近似公式计算气田水管线泄漏事故树的结构重要度系数，并进行排序分析。通过数据分析结果，确定导致顶事件发生的主要原因及次要原因，从而得到气田水管线泄漏事故树结构重要度序列。

2 应用实例

现以重庆市某油田公司LD1-1井 — LD4井气田水输送管线为例，采用事故树分析法对其进行安全风险评价。

2.1 LD1-1井 — LD4井管线概况

该管线途径地区按照人口密度划分，大部分为一级地区，有少部分二级地区，无三级、四级地区。整条管线从未发生过地质灾害，但是在地质灾害识别时，有零星几处可能发生地质灾害。整条管线周围水源大部分是废弃的水塘、水渠，有少部分农用水渠、水塘以及少部分饮用水水井，有1座饮用水水库和2条小河沟。管线周围所种庄稼为非高经济价值农作物。埋深基本满足要求，人口密度小。根据以往的事故调查情况反馈，认为该管线属于较典型的气田水输管线。

2.2 事故树模型构建

由于气田水输送管线基本采用玻璃钢管线，该类管线良好的抗腐蚀和结垢功能，有效地控制了气田水的高腐蚀性，但该管道材质抗拉抗震较差，在运行过程中极易遭到管线破裂的危害，再加上管线多数敷设在乡镇，周围居民的安全意识不到位；对于埋深不足的管线，坚硬物容易造成管线穿孔的危害。根据上面列出的一系列危险因素，以“气田水管线泄漏”为顶上事件，依照事故树编制的方法及原则，得到气田水输送管线泄漏事故树(见图1)和事故树对应基本事件(见表1)。

图1 气田水输送管线泄漏事故树

符号含义符号含义X1第三方施工X13胶合效果不好X2农业活动X14法兰质量不合格X3车辆超载行驶X15法兰安装不达标X4侥幸心理X16压力表显示不良X5制度不健全X17压力阀不良X6培训方案不合理X18加压泵异常X7过度疲劳X19埋深不足X8注意力不集中X20管沟存在硬碎性顶垫物X9对岗位不熟悉X21地面凹凸不平X10玻璃钢管切割不当X22强降水区域X11管道质量不合格X23土质疏松X12连接方式不当X24岩石风化严重

2.3 最小割集分析

最小割集表示导致气田水输送管线泄漏的基本事件集合，每个最小割集都是导致顶上事件发生的一种途径。采用布尔代数简化法对最小割集进行求解，求解过程如下：

T=M1*M2*M3

=(M4+M5)*(M6+M7)*(M8+M9)

=(X1+X2+X3+M10+M11)*

(X10+M12+M13+X16*X17*X18)*

(X19+X20+X21+X22*X23*X24)

=[X1+X2+X3+X4*(X5+X6)+X7*X8*X9]*(X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16*X17*X18)* (X19+X20+X21+X22*X23*X24)

分析结果如下：

(1) 气田水输送管线泄漏是由多种因素共同作用所致，并不是由单一因素所造成。该气田水输送管线泄漏事故特点是因素众多，相互作用关系复杂，涉及范围广。经分析计算，该事故树的最小割集数量为180个。

(2) 最小割集中元素数量越少，其对顶上事件发生的影响越大。在该气田水输送管线泄漏事故树中3个元素组成的最小割集数量有81个，5个元素组成的最小割集的数量有81个，7个元素组成的最小割集的数量有18个。经计算得出，其中影响度最大的3元素和5元素的最小割集数量有162个，占总数的90%。这说明该气田水管线泄漏的可能性较大，需要长期监测控制。

(3) 最小割集中的因素可以归纳为人、机、环境及管理4个方面。尤其是分析4个元素组成的割集时，每个割集都是由人、机、环境及管理4个方面的基本事件构成，说明在做气田水输送管线泄漏的原因分析时，应从人、机、环境及管理4个方面考虑并提出相应的控制措施。

2.4 结构重要度分析

结构重要度排序能够直观地反映基本事件对顶上事件的影响程度。通过分析排序，可得到事故发生的主要因素。采用式(1)计算结构重要度：

(1)

根据式(1)得到基本事件的结构重要度排序：

I"Φ"(X3)=I"Φ"(X2)=I"Φ"(X1)>I"Φ"(X21)=I"Φ"(X20)=I"Φ"(X19)>I"Φ"(X9)=I"Φ"(X8)=I"Φ"(X7)=I"Φ"(X6)=I"Φ"(X5)=I"Φ"(X4)>I"Φ"(X24)=I"Φ"(X23)=I"Φ"(X22)>I"Φ"(X18)=I"Φ"(X17)=I"Φ"(X16)=I"Φ"(X15)=I"Φ"(X14)=I"Φ"(X13)=I"Φ"(X12)=I"Φ"(X11)=I"Φ"(X10)

根据排序，得到以下分析结果：

(1) 基本事件结构重要度越大，表示该基本事件发生时对顶事件产生的影响越大。 第三方施工、农业活动、车辆超载行驶这3项基本事件是重要度最大的基本事件，说明人为破坏导致的事故在造成气田水输送管线泄漏的影响最大，加强员工及周边居民的安全意识及安全教育是企业的首要任务。

(2) 从整体重要度排序结果可以发现，“人”>“环境”>“机”，说明人的因素是导致气田水输送管线泄漏的主要因素。这也符合事故致因理论 —— 80%以上的事故是由人的原因引起的。为了减少人为因素对管线泄漏的影响，建议企业及有关部门加强对员工的安全教育培训，树立牢固的安全观念。

3 预防与控制对策

人的不安全动作与物的不安全状态相互影响共同作用导致事故发生，依照轨迹交叉理论的原理，在考虑事故预防与控制对策时应将“人 — 机 — 环 — 管理”之间的相互影响和作用结合起来。本文结合重庆某油气田公司气田水输送管线实例分析，根据最小割集的组合因素和基本事件结构重要度的排序制定相应的预防与控制对策。

(1) 对于气田水玻璃钢输送管线，要想减小风险，需要积极采取措施控制施工技术缺陷，不断改进完善技术设计。

(2) 气田水管线泄漏多是人员的误操作所导致，应加强对员工安全技能操作的培训和教育。同时，还应该加大力度对员工的安全意识进行强化，从源头上做到安全防范。

(3) 管线建设活动频繁，线路上标识清晰，但是标识不得被周围草丛或树丛遮挡。建议加大宣传力度，提高管线附近居民的认识水平，保护管线。

(4) 制定合理、合适的安全计划，现场监管人员严格按照计划执行。实施科学化的监督检验，不断改进安全管理制度。

(5) 在任何施工操作中都必须严格遵守操作规程。如果操作规程不规范，则须马上取消作业，直至操作规程达到规范要求。同时，还应保证安全制度的完整性。

(6) 管线铺设选址设计时，应避免人员集中区域、水源集中区域、车辆运行繁华区域、大面积农业种植地带，尽量减少穿越公路、河流、河沟、机耕田的次数，管线穿越公路时，应加装抗震套管。

4 结 语

以气田水输送管线泄漏事故为研究目标，通过事故树分析法进行风险分析和致因识别，识别出了管线泄漏事故的主要致因因素。根据风险因素分析，得出以下结论：

(1) 运用事故树的方法及原理对气田水输送管线泄漏事故进行深入分析，全面了解了事故原因。通过分析，将其归纳为“人 — 机 — 环 — 管理”4个方面，并细分为第三方施工、埋深不足、地质活动频繁等30项基本事件。

(2) 通过布尔代数化简法得到180个最小割集元素的组合，其中影响度最大的3元素和5元素的最小割集数量有162个，占总数的90%。这说明该气田水管线泄漏的可能性较大，需要长期监测控制。

(3) 根据结构重要度大小排序，认为第三方施工、农业活动、车辆超载运行对输送管线安全运行的影响最大。