天然气管网供气可靠性评价方法研究

叶嵘

摘要：随着我国社会、经济的快速发展，天然气作为清洁的化石能源已经广泛应用于现代化建设当中，其需求量迅猛增长。天然气管网作为连接上游气源和下游市场的生命线，在国民经济和能源安全领域具有重要作用和意义。因此，确保供气管网系统安全可靠至关重要。目前，国内外常用的完整性管理在保证天然气管道和站场安全中起到了重要作用。但是，由于研究的重点是元件和设备的结构安全，无法从系统层面衡量管网运行状况，更无法从用户需求角度量化供气保障能力。因此，有必要引入天然气管网可靠性技术来对管网生产安全和供气保障进行指导和管理。鉴于此，本文主要分析探讨了天然气管网供气可靠性评价方法，以供参阅。

关键词：天然气管网;供气;可靠性;评价方法

引言

天然气管网最基本的要求是安全，而可靠性研究则是对管网安全程度的定量分析。安全是管网存在的状态描述，而可靠性是管网系统安全存在的前提下能够稳定并且执行相应功能的概率。天然气管网系统可靠性研究的目标，就是要将可靠性方法贯穿管道全生命周期，深化并发展管道完整性管理。故此，认清天然气管网可靠性的实质与意义尤为重要。现阶段，我国天然气长输管道事业仍处于加速发展阶段，但由于我国管道行业起步相对较晚，技术、人才、经验积累相对不足，导致我国目前尚无完整的油气管道可靠性评价标准及相关指标体系。而管网评价周期的选择与确定、不同工况条件的分类、任务输量与设计输量等指标的确定等问题都亟待解决，因此，建立天然气管网可靠性定量评价方法或指标体系迫在眉睫。

1天然气管网可靠性的意义

根据天然气管网的特点，可将天然气管网可靠性分为管网系统结构可靠性和管网供气可靠性。管网系统结构可靠性定义为管网中所有硬件及设施（含管段、站场、设备、阀室等）在一定条件下某时刻具有结构完整性（含设备正常停机维检修）的概率;管网供气可靠性是指在一定评价周期内，目标用户及市场能够按时并足量获得天然气的概率。研究天然气管网可靠性的目的是保障管网物理结构和供气的安全及功能完整性，而安全及功能完整作为一种状态，可靠性是对该状态能够稳定存在的量化。对管网物理结构可靠性的研究，是为了避免管网中硬件设施的失灵、失效事件发展为安全事故;而供气可靠性的研究，则是为了得到并优化管网的供气能力，通过合理的运行方案保障市场按时、足量获得天然气。可靠性研究的是在规定时间、规定条件下完成规定任务的能力的概率，这个概率与管网投资、运行条件相关。在我国市场经济体制逐步完善的过程中，必然要求天然气管网系统进行可靠性及经济性的有机结合，在保障国内市场稳定用气的前提下提高经济效益，落实科学发展观提出的“保民生、促发展”的要求。天然气管网的可靠性与人民群众的生命、财产安全息息相关，管网系统的不可靠状态会对其造成严重的影响。因此，研究天然气管网的可靠性一定程度上保障了国家的稳定发展、社会的长治久安及群众的安居乐业。天然气管网可靠性的要求是在其全生命周期内，将可靠性保证在一定程度。运行维护在天然气管网全生生命周期中影响着可靠度的变化，因此，必须对管网可靠性进行定量分析与评估，在理论指导下有效地对可靠性进行保障，提高资源利用的有效性。管网系统的结构可靠与供气可靠是有机的整体。系统结构可靠性与管网拓扑结构决定了管网的供气能力，而用气市场只对供气可靠性提出了要求。因此，研究天然气管网可靠性时，应该分别对物理结构可靠性、管网拓扑结构及供气可靠性进行研究与分析。分析天然气管网可靠性的同时，亦应分析相对应不可靠状态的事故结果及灾害，以描述在当前可靠度状态下，不可靠状态可能造成的社会、经济及环境影响。结果表明，天然气管道不可靠状态极有可能对附近较大范围的人群、设施、环境造成巨大伤害。

2天然气管网供气可靠性评价与预测方法

2.1评价方法

对于天然气干线管道的结构可靠性评价，一般是基于管道在极限状态下，分析它在不同的运行工况下，发生结构失效的概率。历史数据统计结果显示，因腐蚀引起的管道缺陷是造成天然气管道结构失效的主要原因之一，根据失效后果的不同，将腐蚀引起的失效模式分为小孔泄漏和爆裂，后者又根据透壁缺陷是否会发生不稳定增长，分为大孔泄漏和断裂。国内外对于腐蚀管道的结构可靠性研究较为成熟，主要分为确定性的评价方法和概率性的评价方法。早期的研究主要是采用确定性评价方法，通过计算或是预测腐蚀管道的剩余强度来对管道的结构可靠性进行评价。但是该方法存在诸多不足，管道的可靠性评价过程存在诸多不确定性，这些不确定性是由于预测管道行为所需要的参数值不够准确造成的。确定性方法通常采用安全因子对这些不确定性进行处理，可能会对管道的实际运行状态产生不准确的描述。因此，目前更多的是采用基于概率性的方法对腐蚀管道可靠性进行评价。通过识别腐蚀管道可能的极限状态，建立相应的极限状态方程对其状态进行描述，针对管道可靠度评价过程中存在的不确定性，采用随机变量的形式进行处理。最后使用解析法或数值抽样法（如蒙特卡洛抽样方法、一阶和二阶可靠性方法等）计算腐蚀管道在不同状态下的结构可靠度。对于腐蚀管道极限状态方程的选取、极限状态方程中变量对管道可靠度的影响以及检测和维修对腐蚀管道的作用机理等方面，很多学者已做了广泛的研究。

2.2預测方法

当前，国内外对复杂系统的可靠性预测，主要采用蒙特卡洛模拟法和故障树分析法。蒙特卡罗法因其相对简单（具有一定的黑箱特性），物理意义比较明确，能够建立与实际情况较接近的可行域与极限状态方程，经过多年的发展，已广泛应用于各行业的可靠性预测与评价。对于天然气管网系统，因其构成复杂、运行工况多变、影响因素繁多等不确定因素较多的特点，使用蒙特卡罗法可以避免量化一部分难以通过数学分析得到准确影响程度的因素（如第三方破坏、自然灾害、战争、政策法规等），直接依据管网系统自身的当前状况建立对应的系统极限状态方程，通过多次重复模拟得到管网系统的可靠度。但是，由于天然气管网系统设备种类繁多，管材工艺类型、性能参数丰富，并且管道存在穿、跨越特殊施工工艺，导致不同单元的极限状态方程不同，存在一定的关联性，造成极限状态方程组建立困难、模拟计算需求量大等不可避免的问题。采用故障树分析法需要对天然气管网建立完备的故障树模型，然后对管网失效事件最小割集进行分析，进而对构成事件的贡献率、权值进行定量计算，这些步骤均为较复杂的逻辑结构与计算过程。但因故障树逻辑关系明确，能够较客观地呈现管网失效及故障模式的事件组成、因果关系，进而为事故预测、预排除及运行优化提供较明确的决策支持，在当前设备、管道、管网等系统工程故障分析中得到广泛应用。

结束语

总而言之，天然气管网是一个具有大量不确定性影响因素的复杂系统。传统系统分析方法对于研究管网系统运行状态具有一定优势，但不能充分考虑其工艺特点。而且天然气管网也并不是简单的串、并联系统。将工程经验与经典理论统一起来，综合考虑系统的运行特点与天然气的传输过程，建立全面的系统可靠性评价模型是推动研究进展的关键所在。

参考文献

[1]范慕炜.天然气管网可靠性评价方法研究现状[J].油气储运.2015（04）：343-348

[2]苏怀.大型天然气管网可靠性评价方法研究进展[J].油气储运.2016（01）：7-15

[3]吴培智.大型天然气管网可靠性评价方法研究进展[J].建筑工程技术与设计.2016（03）：3152