长输管线风险与故障处理-毕业论文-管道工程 20页

福建交通职业技术学院毕业论文2011届毕业论文长输管线风险与故障处理学生：张庆章学号：专业：管道工程技术班级：08管道（2）班指导教师：安全技术与环境工程系2011年06月17\n福建交通职业技术学院毕业论文目录摘要：1关键词:11长输管道的分类、构成和施工流程11．1分类21．2构成21．3施工流程22长输管线背景、运行状况和故障处理意义32．1背景32．2运行状况32．3维护意义33长输管道的隐患43．1风险43．1．1事故的六种常见原因43．1．2结果和教训43．2数据来源分析53．3事故全失效频率52．4事件后果64GPS长输管线在线巡检系统94．1GPS在线巡检管理系统94．2GPS系统功能104．2．1巡检管理104．2．2实时监控114．2．3统计分析114．3成功案例（如表4-3）：125故障树分析125．1故障树分析法125．2基于三角模糊数的长输管线故障树分析135．2．1三角模糊数145．2．2建立长输管线故障树145．2．3模糊重要度分析156结束语177致谢1817\n福建交通职业技术学院毕业论文长输管线风险与故障处理张庆章摘要：管道运输行业发展的这些年来，事故发生率较高，其中不乏恶性事故，后果严重，包括经济损失以及人员伤亡，引起了社会的强烈反响。因此，管道系统的后期管理，可靠性分析及维护和抢修也引起来自了各方面的重视。发展和完善这些技术刻不容缓。本文就简约论述了长输管线的背景、运行状况、故障处理意义、长输管线存在的隐患、GPS长输管线在线巡检系统和对管线失效事件类型和后果的分析等等问题。强调出在如何有效的控制有关危险，预防是最重要的，和对不同管道系统的风险识别及确认。关键词:长输管线风险GIS故障处理我国管道运输行业发展的这些年来，事故发生率较高，有些具有危险的管道没有进行风险评估，或者没有被国家安全规范考虑。虽然在设计和铺设输送危险介质管线经过敏感的或者人口稠密地区时,也参照了全面的设计验收规范执行。但这些年来在管道运行，事故发生率还是比较高，带来了非常严重的后果，包括经济损失以及人员伤亡，引起了社会的强烈反映。因此管道系统的后期管理，在线监测，可靠性分析及风险评估[4]也越来越引起来自各方面的关注和重视。1长输管道的分类、构成和施工流程所谓油(气)长输管道是指长距离输送原油(成品油或油产品)或天然气的管道，一般其长度在25km以上如图1-1和图1-2。图1-1长输管线图1-2万米长输管线17\n福建交通职业技术学院毕业论文1．1分类按材料性质分类：分为金属管道和非金属管道。按设计压力分级：可分为真空管道（P＜O）、低压管道（0≤P≤1.6Mpa）、中压管道（1.6Mpa＜P≤10Mpa）、高压管道（10Mpa＜P≤100Mpa）和超高压管道（P＞10OMpa）。按输送温度分类：低温管道、常温管道、中温和高温管道。按输送介质的性质分类：给排水管道、压缩空气管道、氢气管道、氧气管道、乙炔管道、热力管道、燃气管道、燃油管道、剧毒流体管道、有毒流体管道、酸碱管道、锅炉管道、制冷管道、净化纯气管道、纯水管道。下面主要讲燃气（输气）管道。1．2构成长距离输气管线系统通常由集输管网、燃气净化设备、输气干线、压气站、分输阀室、分配站（终点调压计量站）、管理维修站、通讯与遥控设备、阴极保护站（或其他电保护装置）、及管路附件等组成。由气源点采集的燃气，经节流、分离出游离水、油和机械杂质等后，由集气管进入集气站。从集气站出来的燃气进入处理厂进一步净化后进入起点站，在起点站中除尘、凋压，计量后送入输气干线，如果燃气的起点压力较低，则应设置压气站升压。长距高输气管线采用超高压力输气，输送的起点压力一般为1.0~2.5Mpa。通常每隔一段距离设置中间压气站，以便保持长输管线恒定的输气压力。1．3施工流程测量放线→施工作业带清理、修筑施工便道→防腐管运输→加工坡口→再布管→管口准备、管口组对→管道组对焊接→焊口检验→热收缩套（带）补口→管沟开挖→管道下沟（如图1-3-1和图1-3-2）→管口组对、管道焊接→焊口检验→清理及试压→管沟回填→地貌恢复。17\n福建交通职业技术学院毕业论文图1-3-1管道下沟图1-3-2管管掩埋2长输管线背景、运行状况和故障处理意义2．1背景世界上长输管道的总长度已经超过2×106km，但我国的管道运输起步晚，所占比例较低，且管道运行管理相对落后。而我国的原油产量在世界上排第5位，天然气也多，因此管道的建设与我国经济发展相比，并不能适应经济发展的要求，还有很大的发展空间。因此，在以后的发展阶段，管道系统的可靠性分析更应该引起足够的重视。我们要在修建新管道的同时，要切实保证在役管道安全可靠经济的运行。这就对我国输送危险介质，油气管道运输的技术可靠性、安全性、风险性、经济性提出了更大的挑战。输送危险介质的油气管线失效可能造成严重的危害，可燃或有毒物质泄漏是引起许多悲惨意外事故的开始事件。公众和社会对环境污染和意外事件的宽容度现在正在减退，同时，意外事件发生之后，管理者所要承担的责任则越来越大。尽管危险事件在全世界屡屡发生，但跟铁路，公路运输相比，管线输送仍然被认为是输送大量危险物质的最安全模态之一。2．2运行状况近几年，美国，俄罗斯、加拿大、英国、阿根廷、委内瑞拉等欧美国家发生过多起油气管道爆裂、泄漏事故，损失惨重，给社会造成极大影响。当今，在全球范围内，有超过一半的管道己经进入老龄阶段(我国长输管道有82%的管龄己经超过24年，66%的超过25年)，更存在不少事故隐患。长期以来，由于管理分散、法规不健全，技术水平落后等原因，管道普遍缺陷严重，带“病”运行，每年因第三方破坏、腐蚀、误操作等原因造成泄漏与爆炸事故也时有发生。17\n福建交通职业技术学院毕业论文据不完全统计，仅输油管道在近30年内共发生大小事故上千次；天然气管道也发生事故几百起。2．3维护意义我国在大型的管道工程建设、运行管理、日常维护、事故检测和故障排除等方面缺乏经验和技术。为保证管道安全运行，必须从管道建设的每个环节入手，借鉴国外建设和运营管理的经验，以防为主，杜绝事故隐患。为此，要针对国外管道建设大国如俄罗斯、欧洲以及美国管道事故进行专项分析和比较，了解国外管道事故状况，分析其原因，以便得到可以借鉴的经验，以防患于未然。3长输管道的隐患3．1事故隐患3．1．1事故的六种常见原因己经被石油工程行业识别的六种事故原因：外部的干扰(主要指第三方破坏)；腐蚀；构造缺陷和机械或材料失效；基础移动或自然灾害；误操作；其他的或未知的因素。3．1．2结果和教训下面首先引述两个例子1989年在加州，汽油蒸气爆炸，引起列车脱轨，并带来许多意外事件和财产损失。1993年在委内瑞拉，天然气管线爆炸，卷入在高速公路上行驶的一辆大巴和9辆轿车，引起超过50个意外事件。17\n福建交通职业技术学院毕业论文管道事故能造成非常严重的后果，这会被经常重复强调。由许多事故得到的典型教训包括对外界干扰的控制，强烈腐蚀的检查，安全操作和养护程序的准备和应急计划。但似乎在某些情况下，纯粹的机会，例如事故中事件发生的精确时间，在事故的发展中起重要作用。举例来说，在委内瑞拉事故中，结果由于爆炸在交通堵塞时并接近于一条高速公路发生，结果酿成巨大的悲剧。另外管道工业还面临长期未被发现但可能会造成严重后果的泄漏隐患。其中一起未被发现的长时间气体泄露是在1989年在前苏联发生，并且以结果造成600人死亡和568人受伤成为管道历史上最严重的事故。泄露长时间未被发现还会造成水和土壤的污染。1990年的一个典型的事件就能说明这个问题的严重性，原油泄露二十年未被发现，最终漏失量达57OOOm3，导致亚马逊104km的一个雨林被污染。纵览管道事故带来的长期危害或短期危害，应该将由广为人知的事件公布数据得到的统计趋势特征和个别的特殊事件进行比较研究。虽然跟随事故后评估的建议通常是针对具体类型事故的，但是，由某一特性的事件可以认识到，事故预防政策中应采取不同的尺度。3．2数据来源分析事故分析中，最基本的是收集较长期间内的大量数据样本，这也是为了获得代表性的频率数据并且衡量事故引起因素的权重。数据应该从包括管道(例如气体，油)和管网以及可能失效的管道附属设备的全部类型的大范围来收集。经过参阅了大量相关文献资料后，引用许多西方(包括欧洲、美国、前苏联)己有事故报告数据。并重新整合，进行相关分析。西方的管道运输行业已有多年历史，七十到九十年代是欧洲美国以及原苏联长输管道建设迅猛发展时期，并且数据资料相对国内规范全面。国内可以通过借鉴这些己有资源，对未来一段时期我国油气储运行业发展及管道建设过程中可能遇到的问题得出有意义的建议和结论。收集到数据的主要部分是油气管线的事件(燃气、原油和油产品)，适用于氨水，氯和其他危险的液体和气体的数据很有限。采用美国运输部(DOT)的使用的分类可以把这些数据分为两个主要方面:天然气管道事件、危险的液态油管事件(主要是原油和油产品)3．3事故全失效频率全失效频率是由在这一定时间间隔(t-to)内的失效事件总数(x)这个时间段内的三种不同气体管网系统的各自的总纳入量(E)获得。这里计算了EGIG和USDOT1970到1996年间((to=1970)的每年管网的全部失效频率。前苏联的只有1981到1990年间(to=1981)的。EGIG基于1970到1992年间管网纳入率的全部失效频率x/E=6.75x10-}/km·年。如果只考虑最后几年Ctn=1988-1992)，失效率较低。图2.10中为CONCAWE传输系统以及1970-1995年间美国的危险液体管道的全失效率。美国的全失效率源自整个调查期间240000km的持续长度系统。大体上，危险液体失效率是比在天然气管道高。CONCAWE呈现的全失效率x/E=7.5x10-0ltan·年，基于大约1972-1993数年间CONCAWE管网405OOOkm的纳入量。只考虑过去((to=1987-1993)，事件频率是4.98x10-y/km·年。.依照CONCAWE报告，过去这些年中泄漏数据的表现是改良行为长期趋势的继续。美国液体管道呈现的全失效频率x/E=9.Sx10-4/km·年是基于1970到1995数年I}l持续长度为24017\n福建交通职业技术学院毕业论文OOOkm的管网。如果就.a论1982到1991(to=1982)时期，和340OOOkm的可能系统长度，事故频率就降低到5.6x10-4/km·年。有害液体图3-3-1中为CONCAWE传输系统以及1970-1995年间美国的危险液体管道的全失效率。美国的全失效率源自整个调查期间240000km的持续长度系统。图3-3-1危险液体传输的总失效率大体上，危险液体失效率是比在天然气管道高。CONCAWE呈现的全失效率x/E=7.5x10-0.ltan·年，基于大约1972-1993数年间CONCAWE管网405OOOkm的纳入量。只考虑过去((to=1987-1993)，事件频率是4.98x10-y/km·年。.依照CONCAWE报告，过去这些年中泄漏数据的表现是改良行为长期趋势的继续。因素的失效频率3．4事件后果大多数过去事件造成结果的数据仅仅指对人类的直接影响。对环境和财物的损害仅在几个事件中有报道，精确的损害数据却几乎没有。对死亡和受伤的数据分析仅仅在美国的管道事故报道中看到。在欧盟的油气管线伤亡事故数据很少，同时也没有官方的报道，仅有的只是很有限的几个管网。西欧的石油输送管线发生事故的死亡数据也仅仅是近几年的一个总数。CONCAWE报道了事故中总的石油泄漏损失的体积。但是，除了伤亡数据以外数据很难证实其可靠性。因此得到的结论是:调查的结果会被限定在一种趋势内，这种趋势是通过一些可靠的那些管网的泄漏和伤亡数据得到的。伤亡比率美国运输部门报道的陆地油气事故结果的分析数据由图3-4-117\n福建交通职业技术学院毕业论文表示，这是1984-1996年间的伤亡事故，图中显示:每年气体输送管道的伤亡在1987-1995年间基本保持不变，甚至每年的有伤亡的事故比率也没有下降。换句话说:造成结果的事故概率在过去几年里没有下降。根据事故比率而采取的改进措施，事实表明油气管线存在很大的潜在危险。图3-4-1每年美国天然气管道传输中的死亡事故图3-4-2每年美国天然气管道传输中的死亡比率1984-1996年间每次事故造成的伤亡比率由图3-4-2表示。由图显示:美国气体输送管线每年每次事故的伤亡比率在1984-1996年间没有明显的改进，同期年均的每公里的伤亡约为3X10一5/km·年，死亡占15%；46%的伤亡事故属于管道本身，34%的属于阀门的问题，20%属于机械联接和焊接质量问题。假定在1970-1996年间美国气体输送系统爆炸的比率大概为8X10"6/km年，平均伤亡率是过去十年的三倍(C9X10-Slkm·年)死亡约占16%。EGIG系统的的伤亡数据没有公开的资料。一项非官方的伤亡估计关于欧盟输气管网由于管道本身造成的事故伤亡率在1970-1991年间为1.1X10-5lkm·年。这个数字比同时期美国输气管网由于管道本身造成事故的伤亡率(<4X10-5/km·年)小四17\n福建交通职业技术学院毕业论文CONCAWE报告了1970-1992年近十二年间的恶性事故死亡总数。基于系统纳入量的总的恶性事故死亡率为3X10"Slkm·年。欧盟石油输送管线恶性事故的概率高于气体输送管线，其中包括一小部分的总体伤亡事故。最后必须再次强调通过管道概率的对比对管道安全性得到的结论，当这个概率是从不同时间段得到的时候，会给人一种误导。世界范围内的伤亡事件由以上这些数据源中所收集的随机事件并不涵盖大量伤亡事故数量，因此不能很好的描绘衡量社会风险的曲线(伤亡F-n曲线)。F-n曲线(频率·人数)是表现社会风险的一种常用形式。它是一张相对于后果(表现为死亡人数)的累积频率图。一般使用对数图(因为频率与死亡人数涉及到几个数量级)。它也常表示为选定事件相对于总F-n曲线的贡献，总F-n曲线对于主要风险贡献的识别非常有用。为了这个目的，收集样本数(>700)世界范围的管道事件，其中大多数(65%)由内部机构得到的数据都是在欧洲发生在从六十年代初期起的整个欧洲的运输管线。我们从美国和欧洲国家关于伤亡的事故中抽取出包含167个事件的子集。值得注意的是，世界范围内，带有大量伤亡的天然气输送事故发生在近15年这说明了天然气管道输送系统的很大的潜在危险。图2.4（3）全世界燃气传输事故造成的死亡f-n曲线（1964-1994）17\n福建交通职业技术学院毕业论文图2.4（4）全世界燃气传输事故造成的受伤f-n曲线（1964-1994）4GPS长输管线在线巡检系统4．1GPS在线巡检管理系统石油天然气长距离输送线路的稳定运行关系着人民生产、生活，乃至国家和社会的稳定。长距离输送线路的每一次故障都有可能给社会造成无法估量的损失。所以，保证长距离输送线路的安全运行是输送线路管理部门的首要任务。长距离输送线路巡检正是有效保证管线安全的一项基础工作。巡检的目的是掌握线路运行状况及周围环境的变化，及时发现设施缺陷和线路安全的隐患，保证线路的安全和稳定。输送电线路GPS在线巡检管理系统主要解决了长距离输送线路巡检工作中的五个重要问题：17\n福建交通职业技术学院毕业论文巡检终端通过自身的GPS模块实时获取当前地点定位数据（定位坐标、时间），以GPRS/GSM定时(定距)向服务器传送定位数据。服务器通过通讯管理模块实现与终端的数据交互功能，同时将数据相应地存入服务器数据库。各监控人员通过巡检业务管理程序，向服务器获取相应数据，同时以GIS地图形象展示巡检人员的具体位置。4．2GPS系统功能4．2．1巡检管理建立巡检计划，完成对巡检任务的安排、修改和查询；对巡检数据查询统计生成月度和季度巡检报表。17\n福建交通职业技术学院毕业论文4．2．2实时监控在巡检过程中，系统实时地将巡检员的位置、时间等信息上报给监控中心；若发现故障，则把故障的时间、地点、设备类型和发现人员编写成一条短信息，上报监控中心；监控中心将上报的信息解读并自动地将其存入数据库，同时将故障信息网上发布；并在监控中心实时的显示每个巡检员的位置信息。4．2．3统计分析根据不同的事件类型进行对巡检人员上报数据汇总；查看特定条件下的历史巡检数据，巡检率的统计，某时间段内巡检人员工作统计，某区域的事件的统计；利用趋势分析列表及图表对任意时期内的的某一类缺陷的数量及发展趋势进行分析。可直接打印输出报表。17\n福建交通职业技术学院毕业论文4．3成功案例（如表4-3）：表4-35故障处理方法——故障树分析5．1故障树分析法故障树分析(FTA)是适合用于大型复杂系统的可靠性和安全分析的一种技术。它是一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。它把系统不希望出现的事件作为故障树图的顶事件，通过对可能造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素)进行分析，用规定的逻辑符号自上而下的由总体至部分，按树枝状结构逐层细化，分析导致各事件发生的所有可能的直接因素，及其相互间的逻辑关系，并由此逐步深人分析，直到找出事故的基本原因，即故障树图的底事件为止。从而确定系统故障原因的各种组合方式和发生概率，并采取相应的改进措施，提高系统的可靠性。故障树图是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而联系，它用图形化“模型”路径的方法，使一个系统能导致一个可预知的，不可预知的故障事件(失效)，路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号(与，或等等)表示。在故障树图中最基础的构造单元为门和事件。由于故障树分析法是一种图形演绎法，因而需要一些专门的表示逻辑关系的门符号、事件符号以及基本术语，籍以表示事件之间的逻辑关系和因果关系。在建树时要用到许多符号，在建树之前简要介绍一下有关术语和本文所用的符号。顶事件:所谓顶事件就是系统不希望发生的事件，也就是要研究的事件。通常选择系统最不希望出现的故障为顶事件，它位于故障树的顶端把它形象地理解为“树根”。17\n福建交通职业技术学院毕业论文中间事件:又称故障事件，它位于项事件和底事件之间，并紧跟一个逻辑门表示，可形象地理解为“树枝”。底事件:位于树的底部。底事件可理解为“树叶”。故障树分析图中的标准符号，具体见表5.1表5.1用于故障树分析的标准符号FTA技术实用于:系统的可靠性分析，可靠性特征量的定量计算;系统的安全分析和事故分析，寻找薄弱环节、制定预防措施;系统的风险评价;系统部件的重要度分析;故障诊断和检修表的制定。5．2基于三角模糊数的长输管线故障树分析故障树分析法是可靠性分析中一种非常重要的分析方法．在长输管线系统故障树的分析计算中，导致系统失效(顶事件)的底部基本事件发生原因复杂，而且可能性也很小，很难确定其发生概率的准确值，这便使得传统的故障树分析方法很难对长输管线系统中不确定的因素用传统数学模型或公式来分析计算．模糊是处理上述问题的最佳：具，它能解决概率理论难以解决的问题．对于那些得不到发生概率精确值的底部事件，可以应用模糊数学理论，认为这些底部事件的发生概率是一个模糊数，即用模糊概率来刻画该系统及其组成单元的故障行为．在长输管线系统中，各基本事件的概率通常情况是依据统计资料来确定．对于没有统计资料的基本事件，可采用专家打分的办法来对不确定因素进行评价．为了尽可能准确地描述事故发生的可能性，人们经常利用三角模糊数、梯形模糊数、LR模糊数、正态模糊数等模糊数作为基本事件的模糊发生17\n福建交通职业技术学院毕业论文概率，下面采用三角模糊数来表征基本事件发生概率。5．2．1三角模糊数5．2．2建立长输管线故障树通过分析引起长输管线失效的各种原因建立故障树，如图2所示．基本事件发生的概率依照有关文献[5]中事故统计数据(其中事件“管道遭到人为破坏”及“管道抗蚀性差”为专家打分法)采用三角模糊数刻画．基本件发生概率的模糊数的3个参数见表1。17\n福建交通职业技术学院毕业论文5．2．3模糊重要度分析重要度分析是故障树分析的重要组成部分．下面介绍长输管线故障树中模糊重要度分析的一种新方法：中值法．首先借助于文献[6]E83中有界闭模糊数中值的定义，可以求得三角模糊数的中位数．17\n福建交通职业技术学院毕业论文17\n福建交通职业技术学院毕业论文基本事件X模糊重要度大，表示其对系统的影响要大．因此如果想要提高系统的可靠性，应首先考虑如何改进模糊重要度大的事件．从上面长输管线失效基本事件模糊重要度排序可以看出，为提高管道可靠性，应主要加强改善第三方破坏(包括人为破坏，自然灾害和外力破坏)及管道初始和施工缺陷几个因素．这需要工作人员加强管线运行管理，对管线及标志物进行定期检测；并加强对管材质量检查、提高制造工艺水平．建立严格的施工质量检测制度，选择合适的焊接工艺．管道承压能力低也有较高的重要度，但该因素主要取决于初始设计及管材的选用，因此改善该因素需要做好初始设计工作．6结束语近20年内，世界上特别是在北美和欧洲一些国家许多地区，很多具有隐性危害的管道还未进行事故分析、风险评估等，未被国家安全规范考虑。虽然在设计和铺设输送危险介质管线经过敏感的或者人口稠密地区时，也参照了国家相关规范执行。但事故发生率还是比较高，后果很严重，包括经济、人缘的损失及伤亡，引起了社会的强烈反映，对管线失效导致的意外事件的分析强调出在如何有效的控制有关危险中，预防是最重要的。从过去的意外事件得到的教训中，我们明白必须落实相关的标准和规范。因此，长输管线的安全可靠性和维护抢修是一项非常重要的工作，发展和完善这些技术刻不容缓。17\n福建交通职业技术学院毕业论文7致谢在本次论文设计过程中，很感谢指导老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中不论是在学习上还是对于为人处事上得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。[参考文献][1]杨启明，压力容器与管道安全评价[M]，机械工业出版社，2008[2]王玉梅，郭书平.国外天然气管道事故分析〔J].油气储运，2000,19(7):5-10.[3]姜俊荣，丁建林，EuropeanGasPipelineIncidentDataG.1970}-1992年欧洲输气管道事故[J].油气储运，1997,3(5):52-56.[4]李旭东，雍岐卫.长输油气管道的风险评估与作用「J].天然气与石油，1997,15(3):1-3.[5]聂廷哲，段常贵．天然气长输管道可靠性故障树模糊分析[J]．油气储运，2003，22(6)：44—46[6]李青，陆廷金．模糊重要度分析方法的研究[J]．模糊系统与数学，2000，14(1)：91—95．17