齊加德 于波 等
摘 要:在國(guó)內(nèi)外的高含氣油井試油工藝中,因其特殊井況,常因三相分離設(shè)備的腐蝕、設(shè)計(jì)缺陷等因素引發(fā)設(shè)備泄露事故造成爆炸、火災(zāi)等情況。該文建立三相分離設(shè)備的事故樹模型,通過(guò)分析各影響因素之間的邏輯關(guān)系,以最小割集來(lái)表示出各影響因素對(duì)三相分離設(shè)備泄露的影響程度,從而得出在試油工藝中,為預(yù)防三相分離設(shè)備泄露需注意的管理事項(xiàng)。該研究可以為高含氣井的試油風(fēng)險(xiǎn)控制提供必要的理論依據(jù),從而保證高含氣井試油及生產(chǎn)的高效與安全。
關(guān)鍵詞:高含氣井 三相分離設(shè)備 事故樹 最小割集
中圖分類號(hào):X92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)08(a)-0121-02
隨著我國(guó)試油工藝技術(shù)的不當(dāng)發(fā)展和進(jìn)步,暴露出許多新的問(wèn)題,在試油生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都有著不同程度的安全隱患,如三相分離設(shè)備泄露引起的爆炸、火災(zāi)、污染等,本文通過(guò)事故樹分析對(duì)引起三相分離設(shè)備泄露的各因素進(jìn)行分析,以保證試油生產(chǎn)的安全進(jìn)行。
1 事故樹分析法
事故樹分析法是一種從事故結(jié)果到事故發(fā)生原因進(jìn)行層層分析系統(tǒng)安全分析方法。通過(guò)邏輯符號(hào)將事故與各層原因相連接,簡(jiǎn)潔而形象的通過(guò)邏輯數(shù)圖形表達(dá)它們的邏輯關(guān)系。進(jìn)行事故樹分析可以達(dá)到的目的有:(1)對(duì)造成事故的各因素進(jìn)行全面而形象的邏輯關(guān)系描述;(2)能夠發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的各種潛在危險(xiǎn)因素,便于設(shè)計(jì)的優(yōu)化及施工過(guò)程中的管理;(3)通過(guò)邏輯運(yùn)算,便于對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的定性定量分析。
在事故樹中,將可能會(huì)引發(fā)頂事件的事件稱為基本事件;將對(duì)于可能引發(fā)頂事件的所有基本事件稱為割集;對(duì)于引發(fā)頂事件的最低限度的基本事件的集合稱為最小割集;對(duì)于不能引發(fā)頂事件發(fā)生的最低限度的基本事件集合稱為最小徑集。當(dāng)割集中的每個(gè)基本事件都發(fā)生則頂上事件一定發(fā)生;最小割集的數(shù)量決定系統(tǒng)的危險(xiǎn)程度。
事故樹分析一般采用行列法、布爾代數(shù)法、矩陣法、質(zhì)數(shù)代入法和結(jié)構(gòu)法,求得頂事件的最小割集或最小徑集。
2 建立三相分離設(shè)備的泄露事故樹模型
三相分離設(shè)備在高含氣油井的試油作業(yè)中,常因?yàn)楦g、設(shè)計(jì)缺陷、外部干擾等因素引發(fā)設(shè)備泄露事故,嚴(yán)重影響著三相分離器的可靠性。本節(jié)以三相分離設(shè)備泄露為頂事故建立事故樹模型,如圖1所示。
2.1 求取最小割集
利用布爾代數(shù)法求事故樹的最小割集如下:
T=B1+B2=(C1+C2)+(C3+C4+C5)=(X1+X10+D1+D2+D3)+(X22X23+D4D5D6+X22X34)
=X1+……+X12+X17(E2E3)+X22X23+(X24+X25+X26)(X27+X28+X29)(X30+X31+X32+X33)+X22X34=X1+……+X12
+X17(X13+X14+X15+X16+X18+X19+X20+X21)+X22X23+(X24+X25+X26)(X27+X28+X29)(X30+X31+X32+X33)+X22X34
最后求得事故樹最小割集58個(gè),其中,一階最小割集數(shù)12個(gè),二階最小割集數(shù)10個(gè),三階最小割集數(shù)36個(gè),或門個(gè)數(shù)占邏輯門總數(shù)的81%。由此可知三相分離設(shè)備的泄漏危險(xiǎn)很大。
2.2 結(jié)構(gòu)重要度分析
結(jié)構(gòu)重要度的分析主要是通過(guò)事故樹的結(jié)構(gòu)來(lái)分析判斷各基本事件的重要程度。假設(shè)基本事件的發(fā)生概率相等,分析每個(gè)基本事件對(duì)頂事件的影響程度。在結(jié)構(gòu)重要度分析中需滿足以下三個(gè)原則。
(1)最小割集為單事件,則其基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)最大。
(2)只出現(xiàn)在同一割集中的基本事件,其結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)相等。
(3)兩基本事件出現(xiàn)在不同割集中,則出現(xiàn)次數(shù)相等時(shí)其結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)相等,出現(xiàn)次數(shù)多的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)大;
根據(jù)上述三條原則判斷三相分離設(shè)備泄露的事故樹中各基本事件的重要度系數(shù)大?。ㄓ肐j表示基本事件Xi的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù),j=i):
(1)I1~I(xiàn)12所在最小割集都只有一個(gè)基本事件且只出現(xiàn)一次,則I1~I(xiàn)12=1,其結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)最大。
(2)I13~I(xiàn)21,I23,I34都只出現(xiàn)兩次且所在最小割集只有兩個(gè)基本事件,則I13~I(xiàn)21=I23=I34=1/2。
(4)I17出現(xiàn)8次且最小割集只有兩個(gè)基本事件,則I17=8/2。
(5)I22出現(xiàn)2次且最小割集只有兩個(gè)基本事件,則I22=2/2。
(6)I24~I(xiàn)29出現(xiàn)12次且最小割集只有3個(gè)基本事件,則I24~I(xiàn)29=12/3。
(7)I30~I(xiàn)33出現(xiàn)9次且最小割集只有4個(gè)基本事件,則I30~I(xiàn)33=9/4。
3 事故樹分析
3.1 最小割集分析
最小割集可以表示出系統(tǒng)的危險(xiǎn)程度,通過(guò)求最小割集來(lái)掌握各種事故發(fā)生的可能,從而為事故預(yù)防和事故調(diào)查提供方便,同時(shí)也提出了施工和設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。每個(gè)最小割集都代表一種頂事件發(fā)生的可能。如果事故樹的最小割集只有一個(gè),則說(shuō)明只有一種事故模式。如果事故樹的最小割集越多,就說(shuō)明系統(tǒng)發(fā)生事故的模式越多,系統(tǒng)也就越危險(xiǎn)。如果事故樹的最小割集只含有一個(gè)基本事件,則只要該基本事件發(fā)生,頂事件必然發(fā)生,即事故樹的最小割集含基本事件越少,系統(tǒng)越危險(xiǎn)。
在三相分離設(shè)備泄漏事故樹中,最小割集的總數(shù)有58個(gè),一階最小割集數(shù)12個(gè),二階最小割集數(shù)10個(gè),三階最小割集數(shù)36個(gè),系統(tǒng)模式較為危險(xiǎn)。一階割集主要為壓力破壞事件,10個(gè)二階割集中有中的基本事件主要是在施工過(guò)程中操作失誤引起的管道方面的問(wèn)題,由此可知,在施工過(guò)程中由于操作失誤和第三方破壞(自然災(zāi)害和人為破壞)引起的管道缺陷和超壓是造成三相分離設(shè)備泄漏的主要原因。三階割集主要由腐蝕因素組成,所以腐蝕也是造成設(shè)備泄漏的一個(gè)重要因素。
3.2 結(jié)構(gòu)重要度分析
總體上而言,I1~I(xiàn)12>>I17=I24~I(xiàn)29>>I30~I(xiàn)33>>I22>>I13~I(xiàn)21=I23=I34。
(1)由I1= I2……=I12可知,安全閥和破裂閥故障對(duì)三相分離設(shè)備的泄漏影響最大。
(2)由I24~I(xiàn)29>>I30~I(xiàn)33>>I22>>I23=I34可得,就腐蝕而言,外防腐層的絕緣涂層缺陷對(duì)三相分離設(shè)備的泄漏影響最大,其次是土壤對(duì)管道的腐蝕,最后是內(nèi)腐蝕和應(yīng)力腐蝕等事件。
(3)在管道缺陷對(duì)頂事件的影響中,除了人為操作不當(dāng)對(duì)三相分離設(shè)備的泄漏造成影響,在管道加工工藝缺陷和管道材料缺陷兩環(huán)節(jié)任何環(huán)節(jié)出錯(cuò),都會(huì)對(duì)設(shè)備泄露造成直接的影響。
4 結(jié)語(yǔ)
該文主要對(duì)高含氣井試油工藝中的三相分離設(shè)備進(jìn)行基于事故樹的風(fēng)險(xiǎn)分析,通過(guò)分析三相分離設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)影響因素間的邏輯關(guān)系,以最小割集來(lái)表示各基本事件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響程度,得出在試油工藝中預(yù)防三相分離設(shè)備泄露應(yīng)在以下幾方面加強(qiáng)管理。
(1)嚴(yán)格要求對(duì)安全閥和破裂閥的使用規(guī)范。
(2)對(duì)接觸腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備應(yīng)注意腐蝕材料的選用,尤其是對(duì)外防腐層的絕緣涂層材料的選取。
(3)另外在管道的選材、設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)方面應(yīng)嚴(yán)格遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
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