基于風(fēng)險(xiǎn)檢測的埋地燃?xì)夤艿朗Э赡苄苑治?/h1>

摘 要

摘要：國內(nèi)部分城市埋地燃?xì)夤艿婪蹠r(shí)間較長，存在著老化、腐蝕、事故頻發(fā)等問題，一旦發(fā)生泄漏將會影響到公眾的財(cái)產(chǎn)和人身安全，因而急需進(jìn)行埋地管道風(fēng)險(xiǎn)的檢測評價(jià)工作。而在管
摘要：國內(nèi)部分城市埋地燃?xì)夤艿婪蹠r(shí)間較長，存在著老化、腐蝕、事故頻發(fā)等問題，一旦發(fā)生泄漏將會影響到公眾的財(cái)產(chǎn)和人身安全，因而急需進(jìn)行埋地管道風(fēng)險(xiǎn)的檢測評價(jià)工作。而在管道風(fēng)險(xiǎn)檢測中對管道失效可能性的分析顯得尤為重要。為此，介紹了基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(RBI)的定性、半定量、定量失效可能性分析方法，并結(jié)合某城市埋地燃?xì)夤艿赖膶?shí)例，詳細(xì)說明了RBI半定量方法在埋地燃?xì)夤艿朗Э赡苄苑治鲋芯鶓?yīng)用。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果能制訂經(jīng)濟(jì)適用的檢驗(yàn)策略，使失效可能性分析更加合理、實(shí)用。
關(guān)鍵詞：埋地燃?xì)夤艿溃伙L(fēng)險(xiǎn)檢測；失效可能性；分析；檢驗(yàn)策略
    城市埋地燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)大小取決于管道失效的可能性和事故發(fā)生后果的嚴(yán)重性。管道的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)就是以誘發(fā)管道事故的各種因素為依據(jù)，以影響因素發(fā)展成危險(xiǎn)的可能性為條件，以事故造成的綜合經(jīng)濟(jì)損失為評估指標(biāo)，對在役管道安全程度進(jìn)行綜合評價(jià)[1]。目前，國內(nèi)城市埋地燃?xì)夤艿乐腥杂胁糠止艿婪蹠r(shí)間較長，存在老化腐蝕、事故頻發(fā)等問題[2]，急需開展更有效的管道失效可能性分析工作。
1 埋地燃?xì)夤艿朗Э赡苄苑治霈F(xiàn)狀
    目前在城市埋地燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評估方面尚未形成系統(tǒng)、完整的風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)[3]。對管道失效可能性分析常用的評分法[4]是W.Kent Muhlbauer提出的比較完整實(shí)用的指數(shù)評分法，在此基礎(chǔ)上，許多學(xué)者引入專家評分指標(biāo)法、模糊分析、層次分析、模擬仿真和概率法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等方法對風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法進(jìn)行了完善[5]。但以上方法在評價(jià)的過程中帶有個(gè)人主觀性，忽略了風(fēng)險(xiǎn)因素的模糊性和關(guān)聯(lián)性[6～7]。
2 基于風(fēng)險(xiǎn)檢測的失效可能性分析法
    基于風(fēng)險(xiǎn)檢測法(RBI)是一種追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的理念與方法，它是在對系統(tǒng)中危險(xiǎn)發(fā)生可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析基礎(chǔ)上，給出風(fēng)險(xiǎn)排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化檢驗(yàn)策略的一種管理方式[8]。RBI對設(shè)備失效可能性分析的基本方法有定性分析、半定量分析、定量分析3種方法。
2.1 定性分析
    定性分析是對風(fēng)險(xiǎn)單元按照評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，從而確定出運(yùn)行裝置失效可能性的高低。這種方法需要輸入某種設(shè)備的描述性信息，結(jié)果通常以定性的形式給出，其價(jià)值在于能夠在缺乏具體定量數(shù)據(jù)的情況下粗略地完成失效可能性評估。失效可能性的定性評估使用“高”、“較高”、“中”、“較低”、“低”等術(shù)語表示某一裝置或設(shè)備失效的可能性。
2.2 定量分析
    定量失效可能性分析是在收集詳細(xì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過深度分析和詳細(xì)評價(jià)，得出科學(xué)合理的檢驗(yàn)計(jì)劃。定量分析以通用失效概率為基礎(chǔ)，然后通過設(shè)備修正因子和管理修正因子對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，進(jìn)而預(yù)測設(shè)備失效概率。
2.3 半定量分析
    半定量RBI方法基于“二八法則”對定量RBI方法進(jìn)行簡化。在許多情況下，影響設(shè)備失效概率的因素中，技術(shù)模塊次因素遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所有其他次因素的權(quán)值，因此半定量失效可能性分析首先利用設(shè)備材料的退化率(或腐蝕率)和檢驗(yàn)程序效果計(jì)算技術(shù)模塊次因素的值，并通過將次因素值劃分不同范圍，實(shí)現(xiàn)可能性類別的確定(見表1)[9]。
表1 失效可能性類別等級表
可能性類別
技術(shù)模塊次因素
低
↓
高
1
＜1
2
1～10
3
10～100
4
100～1000
5
＞1000
    綜上所述，考慮到我國城市埋地燃?xì)夤艿廊狈v史數(shù)據(jù)資料的實(shí)際情況，燃?xì)夤艿朗Э赡苄苑治隹梢圆捎冒攵糠椒ā?/span>
3 基于RBI的埋地燃?xì)夤艿腊攵渴Э赡苄苑治龅膽?yīng)用
    埋地管道失效可能性評判首先應(yīng)根據(jù)管道的尺寸、技術(shù)條件、地域特點(diǎn)、外部氣候條件等因素劃分管段，分別對每一管段進(jìn)行失效可能性分析。
3.1 某市埋地燃?xì)夤艿阑緟?shù)
    已知該市某段現(xiàn)役管道主要輸送天然氣，主要成分為甲烷。天然氣介質(zhì)中H2S的體積分?jǐn)?shù)小于0.01%，水和二氧化碳含量也很少。管道實(shí)際運(yùn)行壓力約為0.4MPa，僅達(dá)到最高操作壓力的40%。管道為中壓管道，介質(zhì)流速一般為12m/s。管材為中壓管道Q235B(A3)，管道壁厚8mm。管道運(yùn)行時(shí)間為10a，全長1km。管道外防腐層設(shè)計(jì)質(zhì)量高，但由于施工技術(shù)原因，焊接和回填等管道施工過程導(dǎo)致外防腐層存在一定缺陷。該段管道的事故檢修記錄顯示有管道應(yīng)力腐蝕開裂情況的記錄。管道的最小埋深為0.6～1.2m。燃?xì)夤艿缆裆钐帨囟绕骄鶠?0℃。城市地區(qū)的氣候條件溫和。
    管道檢測方面，該段管道在10a內(nèi)，僅完成一次90%以上的非侵入性超聲檢驗(yàn)，并且近5a內(nèi)未進(jìn)行該類檢驗(yàn)；燃?xì)夤静捎脤?shí)時(shí)的管線關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)監(jiān)測和管理系統(tǒng)，并依據(jù)各個(gè)管段管道的使用、檢查和維修信息及時(shí)更新管線數(shù)據(jù)庫；對管道的日常檢測有專人巡檢，每天1次，采用外部觀察和文件記錄上報(bào)方式。管線周圍設(shè)施偶爾有外力破壞現(xiàn)象，且有設(shè)施外力破壞搶修記錄，因此暫不考慮外力破壞因素的影響。
3.2 半定量失效可能性分析
    根據(jù)以上基本數(shù)據(jù)，可知管道主要涉及腐蝕減薄(T1)、應(yīng)力腐蝕開裂(SSC、HIC/SOHIC-H2S) (T2)與外部腐蝕(T3)3種失效模式。技術(shù)模塊次因素的值(T)為兩種失效模式下子因數(shù)的總和。
3.2.1腐蝕減薄
    1) 確定腐蝕率(ar/t)(見文獻(xiàn)I-9]附錄G)。腐蝕率的數(shù)值相當(dāng)于因減薄而造成的壁厚減薄的分?jǐn)?shù)。計(jì)算用時(shí)間(n)、腐蝕速率(r)和厚度(t)數(shù)據(jù)來得到ar/t的值。根據(jù)RBI補(bǔ)充資料，結(jié)合實(shí)例數(shù)據(jù)可以確定腐蝕速率為0.381mm/a。利用時(shí)間(n)、腐蝕速率(r)和厚度(t)得到ar/t的值約為0.47625。
    2) 確定減薄類型以及檢測有效性類別和次數(shù)(見文獻(xiàn)[9]附錄G)。①確定減薄的類型(總體腐蝕或局部腐蝕)。結(jié)合實(shí)例數(shù)據(jù)，確定減薄類型為局部減薄。②對各類檢測方式進(jìn)行分類。實(shí)例中管道檢測有效性類別可確定為高度有效。③確定檢查次數(shù)和最高效檢查的數(shù)量。實(shí)例中采取的非侵入性超聲檢驗(yàn)和專人巡檢，可確定最高效檢測為非侵入性超聲檢驗(yàn)，次數(shù)為1次。
    3) 確定減薄技術(shù)模塊子因數(shù)T1的值。根據(jù)表2，用ar/t的值和最高效檢驗(yàn)次數(shù)及類別確定減薄技術(shù)模塊子因數(shù)的值為236.75。
表2 減薄技術(shù)模塊子因數(shù)表
ar/t
檢驗(yàn)效果差
非常有效
通常有效
高度有效
0.18
200
130
70
7
0.20
300
210
110
15
0.25
450
290
150
20
0.30
550
400
200
30
0.35
650
550
300
80
0.40
800
700
400
130
0.45
900
810
500
200
0.50
1100
970
600
270
注：檢驗(yàn)次數(shù)為1次。
    4) 對減薄技術(shù)模塊子因數(shù)T1進(jìn)行修正(見文獻(xiàn)[9]附錄G)。①根據(jù)超安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)對T1修正。結(jié)合實(shí)例，超安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)系數(shù)確定為0.5。②根據(jù)在線監(jiān)測對T1調(diào)整。結(jié)合實(shí)例可確定在線監(jiān)測修正泵數(shù)為10。
    綜上，修正后的T1數(shù)值為11.8375。
3.2.2應(yīng)力腐蝕開裂(SSC、HIC/SOHIC-H2S)
    該模塊包括硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSC)和在硫化氫條件下的氫致開裂和定向應(yīng)力氫誘導(dǎo)開裂(HIC/SOHIC-H2S)兩種類型(見文獻(xiàn)[9]附錄H)。
    1) 確定該管段對兩種類型腐蝕開裂機(jī)理的潛在敏感性。結(jié)合實(shí)例數(shù)據(jù)，該管段對SSC的敏感性為“高”。
    2) 確定嚴(yán)重度指數(shù)。應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理的敏感性確定每一機(jī)理的嚴(yán)重度指數(shù)。結(jié)合案例數(shù)據(jù)，可確定最大嚴(yán)重度指數(shù)為100。
    3) 確定檢測效果類別和數(shù)量。結(jié)合案例中管道檢測數(shù)據(jù)，確定檢驗(yàn)有效性為通常有效、檢驗(yàn)次數(shù)為1次。依據(jù)表3確定應(yīng)力腐蝕開裂技術(shù)模塊子因數(shù)T2的值為10。
表3 應(yīng)力腐蝕技術(shù)模塊子因數(shù)表[9]
最大嚴(yán)重度指數(shù)
效果差
十分有效
通常有效
高度有效
10
8
3
1
1
50
40
17
5
3
100
80
33
10
5
注：檢驗(yàn)次數(shù)為1次。
    4) 對T2的修正。①根據(jù)管道最后一次檢測后的時(shí)間對T2進(jìn)行修正。②根據(jù)在線監(jiān)視類型對T2進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合實(shí)例中確定修正系數(shù)為5。
    綜上，最終的T2為50。
3.2.3外部腐蝕
    1) 確定引起該管道外部腐蝕的因素，從而確定外部腐蝕的ar/t(見文獻(xiàn)[9]附錄N)。①根據(jù)管道運(yùn)行壓力、溫度、管材類型、氣候條件等數(shù)據(jù)，確定保守的外部腐蝕速率為0.0762mm/a。②根據(jù)涂層的類別和生產(chǎn)日期調(diào)整腐蝕可能發(fā)生的時(shí)間長短。結(jié)合實(shí)例，ar/t的值可確定為0.047625。③根據(jù)該管子支撐損壞的情況調(diào)整腐蝕率。結(jié)合實(shí)例，管子支撐損壞系數(shù)為2。④根據(jù)各接口損壞的情況調(diào)整ar/t。接口損壞系數(shù)為2。最終確定ar/t的值為0.1905。
    2) 確定最高效檢驗(yàn)類別和檢驗(yàn)次數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[9]附錄N和實(shí)例數(shù)據(jù)，對碳鋼管材外部腐蝕減薄檢測的有效性確定為通常有效、次數(shù)為1次。
    3) 根據(jù)經(jīng)修正的腐蝕率數(shù)值和外部腐蝕減薄的檢測有效性類型及次數(shù)，對照表2確定T3為91。
    綜上所述，技術(shù)模塊次因數(shù)值為T1、T2、T3之和，即152.8375。根據(jù)表1，管道失效可能性類別為4類，處于較高失效可能等級。
4 半定量RBI得出的失效可能性評估結(jié)果及相應(yīng)檢驗(yàn)策略
    分析結(jié)果表明管道中存在的主要失效機(jī)理為外部腐蝕、失效可能性較高。該管段發(fā)生事故的危險(xiǎn)性較高，應(yīng)給予重視，并對該段埋地管道采取以宏觀檢查及測厚為主的檢驗(yàn)，增加檢測和檢修次數(shù)、維護(hù)外部防腐層等防范措施。
5 總結(jié)
    與傳統(tǒng)檢驗(yàn)相比，RBI方法在風(fēng)險(xiǎn)分析基礎(chǔ)上，確定存在重大危險(xiǎn)的區(qū)域，并優(yōu)先對失效可能高、后果危害大的重要設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，抓住重要風(fēng)險(xiǎn)源，提高檢修的針對性和有效性，避免對管道狀況“過度檢測”與“檢測不足或無效”等情況出現(xiàn)。
    RBI評估是一個(gè)動(dòng)態(tài)分析、持續(xù)改進(jìn)的過程。管道風(fēng)險(xiǎn)管理者進(jìn)行RBL分析，需要收集整理管道各種資料信息數(shù)據(jù)、對各單元的腐蝕機(jī)理進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識和認(rèn)知，這是進(jìn)一步學(xué)習(xí)、提高的過程，有助于提高管道風(fēng)險(xiǎn)管理效率。
    應(yīng)用RBI半定量方法進(jìn)行埋地燃?xì)夤艿朗Э赡苄苑治龃嬖谖纯紤]第三方外力破壞影響、數(shù)據(jù)尺度存在差別等不足之處，但將先進(jìn)的RBI風(fēng)險(xiǎn)管理理念應(yīng)用于燃?xì)夤艿兰捌涓綄僭O(shè)備的檢驗(yàn)上，有助于實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)安全性與檢驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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(本文作者：陳偉珂 馬法平 天津理工大學(xué))