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          管道研究

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          基于風險的輸油管道設計選線優化

          來源:《管道保護》雜志 作者:姜一民 吳海東 時間:2018-7-21 閱讀:

          姜一民 吳海東

          中石化管道儲運有限公司


          輸油管道具有點多、線長、面廣的特點,管道沿線會經過各類環境敏感區域、人口稠密區等高后果區,優化管道的線路工程設計,有利于后期運行中的安全保護和環境保護。在遵循相關設計標準規范和法律法規的基礎上,將管道完整性管理中的風險評估方法引入到管道線路規劃設計中,實現管道線路設計的優化,在源頭上預防管道事故的發生,對保證管道運行安全具有重要的現實意義。

          1 高后果區識別

          高后果區是指如果管道發生泄漏會對人的健康、安全及環境、社會等造成破壞的區域。當設計人員在經過現場勘查并確定管道的線路走向后,為了優化設計選線的路由,首先應進行設計路由管段劃分,然后從每一管段的高后果區的識別和管理開始,重點針對管段內的高后果區路由走向進行優化。通過已掌握的沿線自然環境、人文環境、水文環境、地形和地質條件等數據,分析設計路由的現狀,找出設計路由中的高后果區,同時識別高后果區存在哪些風險和威脅,從而進一步明確設計選線優化的重點。

          1.1 設計線路管段劃分

          管段劃分是高后果區識別和風險評估的前提和基礎,管段劃分越細,越有利于風險識別和評估。管道劃分可依據管道輸送介質的腐蝕性及管道沿線的人口密度、土壤腐蝕性、雜散電流狀況、工程地質狀況、建(構)筑物密集程度和重要程度等進行劃分。

          1.2 高后果區分級

          管段劃分以后,可按表1對每一管段內的高后果情況進行分級識別,分級識別可以使設計人員進行路由優化時更加明白哪些位置是優化的重點地段,進而使設計優化更加清晰。

          2 管段失效可能性計算

          管段高后果區識別后,可通過《埋地鋼質管道風險評估方法》(GB/T 27512)中的相關內容,分別確定設計控制得分S11、施工控制得分S12、第三方破壞控制得分S13、腐蝕控制得分S14,按照式(1)計算失效可能性得分S:

          S=100-(0.40S11+0.15S12+0.30S13+0.15S14) (1)

          當采用修正模型進行失效可能性評分時,應針對所評價管段,結合管道設計方面的專家意見, 在基本模型的基礎上確定針對具體情況的修正模型,確定評分項和評分項的權重,并且進行歸一化處理,保證設計控制、施工控制、第三方破壞控制、腐蝕控制的權重均為100,同時各個評分項的權重等于由其分解而得到的各個子評分項的權重之和。按照修正模型進行評分,分別確定設計控制得分S11、施工控制得分S12、第三方破壞控制得分S13、腐蝕控制得分S14,按照式(2)計算失效可能性得分S:

          S=100-(a11S11+ a12S12+ a13S13+ a14S14) (2)

          式中:

          a11+ a12+ a13+ a14=1

          a11:針對設計階段的失效可能性評分修正模型中設計控制得分的修正系數;

          a12:針對設計階段的失效可能性評分修正模型中施工控制得分的修正系數;

          a13:針對設計階段的失效可能性評分修正模型中笫三方破壞控制得分的修正系數;

          a14:針對設計階段的失效可能性評分修正模型中腐蝕控制得分的修正系數。

          3 風險計算

          3.1 潛在生命損失計算方法

          潛在生命損失(簡稱PLL)是指由于重大危險源發生火災、爆炸、中毒等意外事故單位時間內造成人員死亡的可能性,最早用于重大危險源的風險排序。PLL的大小用潛在生命損失值來衡量,定義為個人風險和人口密度的乘積。由于PLL在計算時既考慮了危險源的個人風險指標, 同時又結合了周邊人口密度考慮了危險源的社會風險,所以PLL可以作為衡量區域風險水平的綜合考核指標。對于劃分的每一個設計線路管段, 其PLL按下式進行計算:

          式中,PLL為潛在生命損失值,IR(x,y)是所劃管段內(x,y)點處個人風險,d(x1,y1│x2,y2 )是所劃管段內人口密度。

          3.2 管道沿線生命損失計算方法

          設計選線完成并對路由走向進行管段劃分和高后果識別后,某一管段在管道運行時產生的個人風險IRj (x,y)可通過下式進行計算:

          式中,IRj (x,y)為管道運行在劃分的管段內的個人風險;Ftjn為管段內原油泄漏事件產生的原始頻率;FRj為管段內危險源的修正系數;FMj為管段內危險源安全管理、人員修正系數;Pwj為管段內危險源所處的氣象條件概率;Pkj為管段內危險源的點火概率;Vtj (x,y)為管段內危險源所在位置處引起個體死亡概率;Tj為管段內泄漏事件的個數;Wj為管段內氣象條件的個數;Kj為管段內點火源的個數。

          因此,該管道輸送總的潛在生命損失值為:

          式中Dj為管段內的人口密度函數,N為管道分段的總數。

          由于管段高后果區內的危險源在一定時間段內一般均為固定危險源,所以,固定危險源潛在生命損失體現的是管段內固定危險源的風險大小,潛在生命損失值越大,說明該管段對周邊脆弱性目標產生的風險越大,因此它可作為設計選線優化合理性的衡量指標。

          4 設計選線優化

          從設計選線的安全角度看,在管段產生的風險能滿足個人風險和社會風險標準要求的情況下,通過比較管段內高后果區潛在生命損失值的大小,就可判斷哪一個選線方案是最優的,因此,可按下列組合方程建立設計選線優化模型:

          式中,S為前面計算的失效可能性值,IR為管道輸送個人風險限值, IRmax為管道輸送最大可接受個人風險限值,FN為管道輸送整體社會風險限值,FNmax 為管道輸送最大可接受社會風險限值, FSmax 為管道失效風險限值。

          5 結束語

          本文雖對基于風險的輸油管道設計選線優化作了說明, 但管道的安全運行除了做好設計選線和施工建設階段的相關工作外,管道后期運營中的安全管理工作仍然十分重要。因此,加強管道沿線的環境保護和巡護線管理,防止第三方施工的破壞, 實施管道全生命周期完整性管理,進行完整性檢測、完整性評價和完整性維修與維護,才是保證管道本質安全的根本。◢

          參考文獻:

          [1] 《基于潛在生命損失的裝置風險排序及應用研究》,盧傳敬等編著 中國安全生產科學技術,2014(10)

          [2] 《油氣長輸管道事故風險及選線方法探討》,謝容,化工管理,2015(4)

          [3] 《輸油管道設計與管理》,楊筱蘅 張國忠編著

          作者簡介:姜一民,男,1968年4月生,工作于中石化管道儲運有限公司管道管理處,主要從事管道技術管理、管道信息化建設、管道內外檢測管理和管道完整性管理等工作。

          《管道保護》2015年第6期(總第25期)

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