航油输送管道风险辨识研究

刘洪志

（中国民用航空飞行学院绵阳分院，四川 绵阳 621000）

管道具有事故率高、安全隐患多的特点。一旦发生泄漏或断裂，就会导致极其严重的火灾或爆炸事故，不仅会破坏周围环境，还会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，降低管道事故率，提高管道安全性是管道完整性管理的重中之重[1]。

近年来，国内外对管道完整性管理进行了深入的研究，管道完整性管理水平发展迅速[2-5]。美国利用经济学等工业领域的风险分析技术对管道进行了风险评估，可以有效降低事故发生的概率，提高管道的使用寿命，更好地分配管道的维护费用；美国机械工程师学会提出了油气管道风险评估指南，并发布了管道风险管理手册。欧洲建立了完善的管道风险评估标准，构建了油气管道风险评估信息数据库，开发了科学、智能化的管道评估系统。加拿大在管道完整性管理方面也取得了显著进展，建立了管道残余强度、泄漏率和介质腐蚀率的计算方法。

Faisal 等研究了基于风险的方法，应用于管道不同完整性管理要素，总结了管道完整性管理的研究进展[6]。Rafael 等建立了基于应力破坏准则的管道腐蚀退化模型，构建了动态分割策略[7]。Keonhee 等构建了基于极限状态函数和概率模型的地下管道管理系统，可以进行有效的成本管理，并通过韩国工业园区的几个案例验证了该模型的有效性[8]。Mihir等提出了一种基于可靠性的腐蚀损坏埋地管道全生命周期管理方法，可有效优化维修计划，降低全生命周期成本，并研究了不同风险策略下最优维修计划对故障概率的敏感性[9]。Pavanaditya 等采用模糊故障分析树对管道的失效概率进行分析，为燃气管道管理部门的完整性管理决策提供了强有力的理论依据[10]。Edet 等提出了一种海底管道检测方法，对海底管道寿命进行评估，基于健康评估指标和定量模型对管道完整性进行评估，并对具有成本效益的完整性管理模型进行改进[11]。Hassan 等从风险角度对基于完整性管理计划有效性的安全进行了评价，并将该模型应用于哥伦比亚多个油气管道的完整性管理[12]。Grigorios 等深入分析了埋地天然气管道安全评价的研究进展，探讨了地震瞬变地面变形下埋地天然气管道评价方法的研究进展和发展趋势[13]。Jayalakshmi 等设计了一种适用于小直径管道的新型无粘结传感器，对管道的渐进腐蚀损伤进行了无损评价，为管道腐蚀检测和健康监测的实际应用提供了理论依据[14]。

开展完整性管理的关键是能够有效识别引起管道失效的基本事件和重要度。因此，本文针对航油输送管道的失效模式，确定引起管道的基本失效事件和结构重要度，提出相应的防护措施，为航油管道的完整性管理提供借鉴。

1 管道风险分析

1.1 确定顶端事件

基于事故树分析法（FTA），根据顶上事件的确定原则，选择 “管道失效”作为顶端事件。根据相关分析，航油输送管道失效主要有两种方式：管道发生泄漏、管道断裂；然后又逐层分析了造成上述两个方面问题的各种原因，建立了航油输送管道失效事故树，如图1 所示。符号说明如表1 所示。

图1 输送管道失效事故树

表1 航油输送管道失效事故树中各符号含义

2.2 事故树分析

如表2 所示，事故树的最小割集共有36 个，表示可能发生的管道失效事件有36 种。其中一阶最小割集有28 个，四阶最小割集8 个。

表2 航油输送管道失效事件

符号事件P14={F27}管道表面缺陷导致制造缺陷，引起管道泄漏或断裂P15={F28}管道椭圆度不达标导致制造缺陷，引起管道泄漏或断裂P16={F29}圆管壁厚不均匀导致制造缺陷，引起管道泄漏或断裂P17={F30}人员失误导致运行错误，引起管道泄漏或断裂P18={F31}通信、控制失误导致运行错误，引起管道泄漏或断裂P19={F32}操作不当导致维护不及时，引起管道泄漏或断裂P20={F33}未按要求检测导致维护不及时，引起管道泄漏或断裂P21={F34}未按规定巡线导致维护不及时，引起管道泄漏或断裂P22={F35}管道处违章施工，引起管道泄漏或断裂P23={F36}打孔盗气，引起管道泄漏或断裂P24={F37}沿线压管严重，引起管道泄漏或断裂P25={F38}管道附近滑塌方等，引起管道泄漏或断裂P26={F39}地震引起管道断裂P27={F40}洪水引起管道断裂P28={F41}低温引起管道断裂P29={F1F2F3F5} 清管效果差，含CO2和H2O 导致的内腐蚀引起管道泄漏P30={F1F2F4F5} 清管效果中差，含有O2导致的内腐蚀引起管道泄漏P31={F2F3F8F42} 含CO2和H2O、管道应力集中位置的应力腐蚀开裂引起管道断裂P32={F2F3F8F43} 含CO2和H2O、管道存在残余应力引起的应力腐蚀开裂引起管道断裂P33={F2F3F8F44} 含CO2和H2O、管道内应力较大位置的应力腐蚀开裂引起管道断裂P34={F2F4F8F42} 管材耐蚀性差，含H2O 和O2、应力集中位置的应力腐蚀开裂引起管道断裂P35={F2F4F8F43} 管材耐蚀性差，含H2O 和O2、残余应力引起的应力腐蚀开裂引起管道断裂P36={F2F4F8F44} 管材耐蚀性差，含H2O 和O2、内应力较大位置的应力腐蚀开裂引起管道断裂

2.3 结构重要度

本文从事故树树形结构方面分析，各基本事件所处理位置和分布的割集（或径集）的情况来判定各基本事件的重要程度称结构重要度。结构重要度大小取决于基本事件在各割集中出现次数和割集中事件的数量多少。通过事故树结构重要度计算方法得出以下结构重要度顺序：

一阶最小割集中的基本事件结构重要度最大；F2 基本事件结构重要度其次；F3、F4 基本事件结构重要度相等是第三；F1、F5、F42、F43、F44 基本事件结构重要度相等是第四。

结构重要度大的说明最重要，但是从基本事件可以看出，一阶割集中的基本事件，其中基本事件的结构重要度相对其它基本原因事件较大，对管道失效的影响最大，应首先给予控制。因此，应当对结构重要度较大的基本事件，如防腐层质量、施工质量、巡线、第三方破坏等方面采取针对性措施。另外若在施工、设计中把好关，在将来的运行管理中，不断加强人员素质培训，依靠先进科技，就可以使管道失效的概率大大降低。

3 结 论

本文针对航油输送管道可能发生的泄漏和断裂失效模型，基于事故树分析法列举了44 类基本事件，通过计算最小割集确定了可能引起航油输送管道26 类失效时间的基本事件组合，并确定了不同事件的结构重要度，进而应该从第三方破坏、管线防腐、本质安全、标准化操作四个方面提出相关的防控措施。尤其是应加强设备的选型和质量监控以及日常维护，确保设备安全运行；建立健全严格的规章制度，提高操作人员的安全意识和业务水平，严格遵守工艺纪律，避免误操作。