朱 勇，林 冬，劉雅坤，陳 晶，秦 林

(1.中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京100120；2.中國石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，成都610041；3.四川蜀電集團(tuán)有限公司，成都610000；4.中國石油西南管道公司蘭州輸油氣分公司，蘭州730070)

基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀分析的管道失效頻率計(jì)算方法

朱 勇1，林 冬2，劉雅坤3，陳 晶4，秦 林2

(1.中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京100120；2.中國石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，成都610041；3.四川蜀電集團(tuán)有限公司，成都610000；4.中國石油西南管道公司蘭州輸油氣分公司，蘭州730070)

為了對(duì)運(yùn)行管道完整性進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，利用自主建立的管道失效數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)了管道的基本失效頻率，并應(yīng)用管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分體系綜合考察了管道現(xiàn)狀，進(jìn)而修正了管道的基本失效頻率。提出了基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀分析的管道失效頻率計(jì)算方法，給出了5類管道危害因素的修正因子公式，建立了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分體系。該體系包含第三方損壞、腐蝕、設(shè)計(jì)制造與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害5個(gè)一級(jí)指標(biāo)，權(quán)重分別為0.3、0.3、0.1、0.1和0.2，同時(shí)包含相應(yīng)的27個(gè)二級(jí)指標(biāo)，并通過算例演示了其適用性。

管道；失效數(shù)據(jù)庫；修正；失效頻率

1 概 述

管道運(yùn)輸是油氣資源配送的主要方式，管道一旦發(fā)生泄漏、火災(zāi)及爆炸等事故，則會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極其嚴(yán)重的后果。如何保證管道安全平穩(wěn)運(yùn)行，始終是管道企業(yè)乃至國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門關(guān)心的重大問題。而對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估正是解決這一問題的有效手段。目前，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)使用的技術(shù)手段按結(jié)果的量化程度通常劃分為定性、半定量和定量評(píng)價(jià)3類。定性、半定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法由于管道危害因素多、評(píng)價(jià)方法多、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較少、數(shù)據(jù)支持少而經(jīng)常出現(xiàn)評(píng)價(jià)缺少依據(jù)、過度依靠經(jīng)驗(yàn)等問題[1-2]。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過對(duì)單個(gè)事故頻率的計(jì)算得出最終事故的發(fā)生頻率，再結(jié)合量化后的事故影響后果計(jì)算出管道的風(fēng)險(xiǎn)值，是一種較為嚴(yán)密的評(píng)價(jià)方法，其評(píng)價(jià)結(jié)果在安全、成本、效益分析中具有重要的實(shí)用價(jià)值[3-6]。

管道的失效頻率是指一段時(shí)期內(nèi)管道的失效次數(shù)與這段時(shí)期內(nèi)管道系統(tǒng)總長的比值，該值是開展定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的必要數(shù)據(jù)。世界多個(gè)國家和組織已建立了專門記錄管道事故的數(shù)據(jù)庫，用于指導(dǎo)本國油氣管道的設(shè)計(jì)、建設(shè)和風(fēng)險(xiǎn)管理，管道失效頻率即可以從中統(tǒng)計(jì)得到。當(dāng)前較為知名的管道失效數(shù)據(jù)庫有美國DOT數(shù)據(jù)庫、歐洲EGIG數(shù)據(jù)庫、英國UKOPA數(shù)據(jù)庫、加拿大NEB數(shù)據(jù)庫、澳大利亞POG數(shù)據(jù)庫等，這些油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)發(fā)達(dá)國家和組織均應(yīng)用數(shù)據(jù)庫開展了大量的風(fēng)險(xiǎn)管理工作。這種從數(shù)據(jù)庫歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到管道失效頻率的方法具有來源真實(shí)可靠、切合實(shí)際等優(yōu)點(diǎn)，在工程安全評(píng)價(jià)、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中起到了重要作用。然而，該失效頻率數(shù)據(jù)畢竟由歷史統(tǒng)計(jì)而來，并不能完全表達(dá)管道的當(dāng)前狀況。因此，需要有一種既能夠反映管道歷史失效狀況又能夠表示管道當(dāng)前安全狀況的失效頻率計(jì)算方法。本研究即是從這一需求出發(fā)，利用自主建立的管道失效數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)基本失效頻率，應(yīng)用管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分體系綜合考察管道現(xiàn)狀，進(jìn)而修正基本失效頻率，最終得到更加科學(xué)合理的修正的管道失效頻率。

2 修正的管道失效頻率模型

2.1 失效頻率的分類和表示方法

將天然氣管道的失效原因劃分為第三方損壞、腐蝕、設(shè)計(jì)制造與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害5類，按此5類失效原因分別統(tǒng)計(jì)失效頻率。

根據(jù)國際通常做法[7]，采用基于管道暴露值的計(jì)算方法來表示管道基礎(chǔ)失效頻率，即某段時(shí)期內(nèi)每千米每年的管道失效次數(shù)，即

式中：Ninc—某個(gè)時(shí)間段的管道失效次數(shù)；

Exposure—管道暴露值，km·y。

管道暴露值由管線長度和管線被納入數(shù)據(jù)庫的時(shí)長組成。例如，A公司被數(shù)據(jù)庫監(jiān)控5年，擁有的管線長度保持為1 000km，則其管道暴露值為5×1 000，即5 000km·y。

2.2 管道失效數(shù)據(jù)庫

管道失效數(shù)據(jù)庫是將管道運(yùn)行中實(shí)際發(fā)生的事故及事件集合在一起，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與分析，從而形成便于使用者掌握管道歷史狀況、預(yù)測(cè)事故發(fā)生趨勢(shì)的基礎(chǔ)性風(fēng)險(xiǎn)管理工具。目前，世界上多數(shù)油氣儲(chǔ)運(yùn)業(yè)發(fā)達(dá)國家均建立了管道失效或事故數(shù)據(jù)庫，用于指導(dǎo)本國油氣管道的設(shè)計(jì)、建設(shè)和風(fēng)險(xiǎn)管理[8-9]。中國石油西南油氣田公司根據(jù)50余年的管道運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，建立了起始自1969年的管道失效數(shù)據(jù)庫，涵蓋了公司管轄川渝地區(qū)所有的集輸、長輸天然氣管道，其總里程超過20 000km。通過該數(shù)據(jù)庫，管理者可以方便地進(jìn)行管道基本信息及失效信息的查詢，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)計(jì)算管道失效頻率。

2.3 失效頻率的修正方法

2.3.1 修正的基本原則及技術(shù)流程

管道基礎(chǔ)失效頻率的修正采用數(shù)據(jù)庫計(jì)算結(jié)合管道現(xiàn)狀評(píng)分的方法，根據(jù)管道失效數(shù)據(jù)庫得到基礎(chǔ)失效頻率，再分別通過管道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)第三方損壞、腐蝕、設(shè)計(jì)制造與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害5項(xiàng)危害因素進(jìn)行評(píng)分，得到相應(yīng)的失效可能性得分。評(píng)分法得到的分?jǐn)?shù)需利用轉(zhuǎn)換公式將其得分轉(zhuǎn)換為修正因子。轉(zhuǎn)換關(guān)系設(shè)置的原則是以管道在當(dāng)?shù)胤笤O(shè)的一般情況為評(píng)分基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)管道現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)分，圍繞此一般情況給出或高或低的修正系數(shù)。一般情況時(shí)，可認(rèn)為基礎(chǔ)失效頻率不需要進(jìn)行修正，修正系數(shù)為1。

修正系數(shù)轉(zhuǎn)換公式為

式中：Nbase—管道現(xiàn)狀得分；

Ni—各項(xiàng)失效可能性評(píng)分基準(zhǔn)值。

失效頻率修正方法流程如圖1所示。

圖1 失效頻率修正方法流程圖

2.3.2 修正系數(shù)αi計(jì)算模型

管道基礎(chǔ)失效頻率修正系數(shù)的計(jì)算首先需要通過管道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和資料收集分析等手段對(duì)第三方損壞、腐蝕、制造設(shè)計(jì)與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害5項(xiàng)失效因素進(jìn)行評(píng)分，得到相應(yīng)的失效可能性得分，再根據(jù)轉(zhuǎn)換公式將得分轉(zhuǎn)化為修正因子。

2.3.2.1 第三方損壞

第三方損壞引起的管道失效具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，需要研究和分析大量的管道失效數(shù)據(jù)，才能找出相應(yīng)的分布規(guī)律并建立有效的失效頻率預(yù)測(cè)模型，這里可采用以下兩種方法確定失效頻率。

(1)在有大量管道失效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)且管道信息齊全時(shí)，根據(jù)不同管道直徑、埋深、壁厚條件下的失效頻率，使用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。通過對(duì)比不同曲線的擬合精度，選用精度較高的曲線函數(shù)建立計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)不同管道直徑、埋深、壁厚條件下的失效頻率定量計(jì)算。

失效頻率計(jì)算表達(dá)式為

式中：F1—第三方損壞導(dǎo)致管道的失效頻率(修正后)；

f(x1)、f(x2)、f(x3)—分別與管道的直徑、埋深、壁厚有關(guān)的函數(shù)；

α1—第三方損壞修正系數(shù)。

(2)在收集到的管道信息數(shù)據(jù)量沒有達(dá)到方法(1)的要求時(shí)，第三方損壞導(dǎo)致的失效頻率計(jì)算表達(dá)式為

式中：f1—第三方損壞導(dǎo)致管道的失效頻率；

α1—第三方損壞修正系數(shù)。

根據(jù)管道企業(yè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)并參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[10]，對(duì)第三方損壞、腐蝕、制造設(shè)計(jì)與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害5項(xiàng)危害因素進(jìn)行評(píng)分體系設(shè)計(jì)。將第三方損壞失效可能性評(píng)分項(xiàng)設(shè)置為埋深(22.5分)、地面活動(dòng)水平(45分)、管道標(biāo)識(shí)(30分)、巡線頻率和巡線效果(30分)、公眾及政府保護(hù)態(tài)度(22.5分)，應(yīng)用相應(yīng)的評(píng)分指標(biāo)對(duì)評(píng)分項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分。

以川渝油氣田為例進(jìn)行管道一般情況定義。經(jīng)過資料統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，管道平均埋深約為1m。管道經(jīng)過地區(qū)主要以農(nóng)田為主，地面活動(dòng)水平低，管道沿線標(biāo)識(shí)保護(hù)一般，存在少量缺失和破損，巡線頻率為每周一次，效果良好，管道保護(hù)與政府公眾建立了良好的協(xié)作保護(hù)機(jī)制。因此，以上述一般情況為評(píng)分基準(zhǔn)，第三方損壞失效可能性得分為102.7分，即可以認(rèn)為在這種情況下管道第三方損壞的失效頻率不需要修正，作為管道的基礎(chǔ)失效頻率，建立第三方損壞修正系數(shù)計(jì)算模型為

其中，N1為第三方損壞失效可能性現(xiàn)狀得分；第三方損壞修正系數(shù)α1為0.539～2。

2.3.2.2 腐蝕

腐蝕導(dǎo)致的管道失效頻率計(jì)算表達(dá)式為

式中：f2—腐蝕導(dǎo)致管道的失效頻率；

α2—腐蝕修正系數(shù)。

將腐蝕失效可能性評(píng)分項(xiàng)設(shè)置為介質(zhì)腐蝕性(15分)、內(nèi)腐蝕防護(hù)(15分)、土壤腐蝕或大氣腐蝕(15分)、陰極保護(hù)措施(15分)、陰極保護(hù)運(yùn)行(15分)、陰極保護(hù)電位(15分)、雜散電流(15分)、深根植物分布(15分)、防腐層狀況(15分)、檢測(cè)時(shí)間(15分)，應(yīng)用相應(yīng)的評(píng)分指標(biāo)對(duì)評(píng)分項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分。

以川渝油氣田為例進(jìn)行管道一般情況定義。經(jīng)過資料統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在一般情況下，腐蝕失效可能性得分為102分，即可認(rèn)為在這種情況下，腐蝕失效頻率不需要修正，為管道的基礎(chǔ)失效頻率。建立腐蝕修正系數(shù)計(jì)算模型為

其中，N2為腐蝕失效可能性現(xiàn)狀得分；腐蝕修正系數(shù)α2為0.529～2。

2.3.2.3 設(shè)計(jì)制造與施工缺陷

設(shè)計(jì)制造與施工缺陷導(dǎo)致失效頻率計(jì)算表達(dá)式為

式中：f3—設(shè)計(jì)制造與施工缺陷導(dǎo)致的管道失效頻率；

α3—設(shè)計(jì)制造與施工缺陷修正系數(shù)。

將設(shè)計(jì)制造與施工缺陷失效可能性評(píng)分項(xiàng)設(shè)置為運(yùn)行安全裕量(7.5分)、鋼管材料選擇(10分)、施工檢驗(yàn)(12.5分)、施工質(zhì)量(20分)，應(yīng)用相應(yīng)的評(píng)分指標(biāo)對(duì)評(píng)分項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分。

以川渝油氣田為例進(jìn)行管道一般情況定義。經(jīng)過資料統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在一般情況下，設(shè)計(jì)制造與施工缺陷失效可能性得分為33分，即可以認(rèn)為在這種情況下，設(shè)計(jì)制造與施工缺陷的失效頻率不需要修正，作為管道的基礎(chǔ)失效頻率。建立設(shè)計(jì)制造與施工缺陷修正系數(shù)計(jì)算模型為

其中，N3為設(shè)計(jì)制造與施工缺陷失效可能性現(xiàn)狀得分。設(shè)計(jì)制造與施工缺陷修正系數(shù)α3為0.485～2。

2.3.2.4 運(yùn)行與維護(hù)誤操作

運(yùn)行與維護(hù)誤操作導(dǎo)致失效頻率計(jì)算表達(dá)式為

式中：f4—運(yùn)行與維護(hù)誤操作導(dǎo)致管道的失效頻率；

α4—運(yùn)行與維護(hù)誤操作修正系數(shù)。

將運(yùn)行與維護(hù)誤操作失效可能性評(píng)分項(xiàng)設(shè)置為員工培訓(xùn)(12.5分)、數(shù)據(jù)與資料管理(12.5分)、維護(hù)計(jì)劃的執(zhí)行(12.5分)、線路保護(hù)構(gòu)筑物狀況(12.5分)，應(yīng)用相應(yīng)評(píng)分指標(biāo)對(duì)評(píng)分項(xiàng)評(píng)分。

以川渝油氣田為例進(jìn)行管道一般情況定義。經(jīng)過資料統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在一般情況下，運(yùn)行與維護(hù)誤操作失效可能性得分為33分，即可以認(rèn)為在這種情況下，運(yùn)行與維護(hù)誤操作的失效頻率不需要修正，作為管道的基礎(chǔ)失效頻率。建立運(yùn)行與維護(hù)誤操作修正系數(shù)計(jì)算模型為

其中，N4為設(shè)計(jì)制造與施工缺陷失效可能性現(xiàn)狀得分。運(yùn)行與維護(hù)誤操作修正系數(shù)α4為0.507～2。

2.3.2.5 地質(zhì)災(zāi)害

地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致失效頻率計(jì)算表達(dá)式為

式中：f5—地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致管道的失效頻率；

α5—地質(zhì)災(zāi)害修正系數(shù)。

將地質(zhì)災(zāi)害失效可能性評(píng)分項(xiàng)設(shè)置為地形地貌(25分)、管道敷設(shè)方式(25分)、人類工程活動(dòng)(25分)、地質(zhì)災(zāi)害防治情況(25分)，應(yīng)用相應(yīng)的評(píng)分指標(biāo)對(duì)評(píng)分項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分。

以川渝油氣田為例進(jìn)行管道一般情況定義。經(jīng)過資料統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在一般情況下，管道地質(zhì)災(zāi)害失效可能性平均得分為75分，即可以認(rèn)為在這種情況下，管道地質(zhì)災(zāi)害的失效頻率不需要修正，即為管道的基礎(chǔ)失效頻率。建立地質(zhì)災(zāi)害修正系數(shù)計(jì)算模型為

其中，N5為地質(zhì)災(zāi)害失效可能性現(xiàn)狀得分；地質(zhì)災(zāi)害修正系數(shù)α5為0.667～2。

2.3.3 修正的管道失效頻率計(jì)算

根據(jù)修正系數(shù)分別對(duì)第三方損壞、腐蝕、設(shè)計(jì)制造與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的失效頻率進(jìn)行修正，將各失效頻率相加，得到式(14)所示修正的管道失效頻率

其中，F(xiàn)i為通過第三方損壞、腐蝕、設(shè)計(jì)制造與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害5項(xiàng)修正因子修正后的失效頻率。

3 應(yīng)用算例

選取川渝氣田某管道進(jìn)行失效頻率修正系數(shù)計(jì)算應(yīng)用。該管道為原料氣集氣支線，輸送含硫濕氣，2009年11月建成投產(chǎn)，管線全長22.7km，管線規(guī)格Φ273mm×11mm，管材為L245 NCS，三層PE防腐，設(shè)計(jì)輸氣量為116×104m3/d，設(shè)計(jì)壓力7.85MPa。假設(shè)已對(duì)該管道進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)管段劃分，選取其中某管段作為分析對(duì)象。

3.1 修正因子分析

管道面臨來自第三方損壞、腐蝕、制造設(shè)計(jì)與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害5方面的威脅，對(duì)應(yīng)每一類危害因素進(jìn)行失效頻率和修正因子的分析。由于該管道屬川渝油氣田管轄，因此可采用川渝氣田管道失效數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)得出的基礎(chǔ)失效頻率，在此基礎(chǔ)上通過前文所述方法進(jìn)行修正。

3.1.1 第三方損壞

3.1.1.1 管道直徑

根據(jù)管道失效數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)由于第三方損壞造成的失效事件，以確定失效頻率與不同的管徑范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系。失效數(shù)據(jù)見表1。采用最小二乘法對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可得不同回歸模型的管徑與事故頻率預(yù)測(cè)值，如圖2所示。不同一元線性回歸模型預(yù)測(cè)精度對(duì)比結(jié)果見表2。

表1 第三方損壞導(dǎo)致的事故頻率與管道直徑的關(guān)系

圖2 不同回歸方程的事故頻率與管道直徑的關(guān)系數(shù)據(jù)擬合圖

表2 不同一元線性回歸模型對(duì)事故頻率與管道直徑關(guān)預(yù)測(cè)精度對(duì)比

由表2可知，指數(shù)函數(shù)的判定系數(shù)最大，顯著性最高，故得到數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中：y1—與管道直徑有關(guān)的第三方損壞導(dǎo)致的失效頻率，10-3/(km·y)；

x1—管道直徑，mm。

因此，可確定式(3)中 f(x1)的函數(shù)表達(dá)式為

3.1.1.2 管道埋深

根據(jù)管道失效數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)由第三方損壞引起的失效事件，以確定失效頻率與埋深的對(duì)應(yīng)關(guān)系。失效數(shù)據(jù)見表3。

表3 第三方損壞事故頻率與埋深的關(guān)系

采用最小二乘法對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可得不同回歸模型的埋深與事故頻率預(yù)測(cè)值，如圖3所示。不同一元線性回歸模型對(duì)事故模型與管道埋深關(guān)系的預(yù)測(cè)精度對(duì)比結(jié)果見表4。

圖3 不同回歸方程的事故頻率與管道埋深的關(guān)系數(shù)據(jù)擬合圖

表4 不同一元線性回歸模型對(duì)事故頻率與管道埋深關(guān)系的預(yù)測(cè)精度對(duì)比

由表4可知，多項(xiàng)式的判定系數(shù)最大，顯著性最高，故得到數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中：y2—與埋深有關(guān)的第三方損壞導(dǎo)致的失效頻率，10-3/(km·y)；

x2—管道埋深，cm。

因此，可確定式(3)中 f(x2)的函數(shù)表達(dá)式為

3.1.1.3 管道壁厚

根據(jù)管道失效數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)由第三方損壞引起的失效事件，以確定失效頻率與管道壁厚的對(duì)應(yīng)關(guān)系。失效數(shù)據(jù)見表5。

表5 第三方損壞事故頻率與壁厚的關(guān)系

采用最小二乘法對(duì)表5數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可得不同回歸模型的壁厚與事故頻率預(yù)測(cè)值，如圖4所示。不同一元線性回歸模型對(duì)事故頻率與管道壁厚關(guān)系的預(yù)測(cè)精度對(duì)比結(jié)果見表6。

圖4 不同回歸方程的事故頻率與管道壁厚的關(guān)系數(shù)據(jù)擬合圖對(duì)比

表6 不同一元線性回歸模型對(duì)事故頻率與管道壁厚關(guān)系的預(yù)測(cè)精度對(duì)比

由表6可知，多項(xiàng)式的判定系數(shù)最大，顯著性最高，故得到數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中：y3—與壁厚有關(guān)的第三方損壞導(dǎo)致的失效頻率，10-3/(km·y)；

x3—管道壁厚，mm。

因此，可確定式(3)中 f(x3)的函數(shù)表達(dá)式為

由式(16)、(18)、(20)可得出，利用管道失效數(shù)據(jù)庫得到第三方損壞導(dǎo)致的管道失效頻率為

3.1.1.4 修正因子計(jì)算

根據(jù)該管道相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)情況，依據(jù)修正系數(shù)計(jì)算模型，其得分情況為：①埋深18.65分；②地面活動(dòng)水平(低活動(dòng)水平)36分；③管道標(biāo)識(shí)(一般)15分；④巡線頻率(每周一次)12分；⑤巡線效果(優(yōu))1分；⑥公眾及政府保護(hù)態(tài)度(積極)22.5分。

綜上，第三方損壞得分為105.15分。根據(jù)式(5)計(jì)算修正因子 α1=0.98。

3.1.2 腐蝕

(1)基礎(chǔ)失效頻率。利用管道失效數(shù)據(jù)庫，計(jì)算管道投運(yùn)至今由腐蝕導(dǎo)致的失效頻率f2=3.01×10-3次/(km·y)。

(2)修正因子計(jì)算。根據(jù)該管道相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，依據(jù)修正系數(shù)計(jì)算模型，其得分情況為：①介質(zhì)腐蝕性(濕含硫天然氣)0分；②內(nèi)腐蝕防護(hù)(定期清管3分、內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)3分、內(nèi)涂層6分)；③土壤腐蝕或大氣腐蝕(中等腐蝕性)10分；④陰極保護(hù)措施(有陰極保護(hù))15分；⑤陰極保護(hù)運(yùn)行(運(yùn)行率大于98％且管道有效保護(hù)率為100％)15分；⑥陰極保護(hù)電位(-0.85～-1.2V)15分；⑦雜散電流(有排流措施且運(yùn)行良好)12分；⑧深根植物分布(管道兩側(cè)5m范圍內(nèi)無可能損壞管道防腐層的深根植物)15分；⑨防腐層狀況(一般)9分；⑩檢測(cè)時(shí)間(2012年7月進(jìn)行過漏磁檢測(cè))0分。

綜上，腐蝕得分為103分。根據(jù)式(7)計(jì)算修正因子α2=0.99。

3.1.3 設(shè)計(jì)制造與施工缺陷

(1)基礎(chǔ)失效頻率。利用管道失效數(shù)據(jù)庫，計(jì)算管道投運(yùn)至今由設(shè)計(jì)制造與施工缺陷導(dǎo)致的管道失效頻率 f3=1.94×10-4次/(km·y)。

(2)修正因子計(jì)算。根據(jù)該管道相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，依據(jù)修正系數(shù)計(jì)算模型，其得分情況為：①運(yùn)行安全裕量5.7分；②鋼管材料選擇(符合設(shè)計(jì)材料原則)10分；③施工檢驗(yàn)(施工全過程均有完整的檢驗(yàn)記錄)12.5分；④施工質(zhì)量(工藝合理、施工規(guī)范)20分。

綜上，設(shè)計(jì)制造與施工缺陷得分為48.2分。根據(jù)式(9)計(jì)算修正因子α3=0.54。

3.1.4 運(yùn)行與維護(hù)誤操作

(1)基礎(chǔ)失效頻率。利用管道失效數(shù)據(jù)庫，計(jì)算管道投運(yùn)至今由運(yùn)行與維護(hù)誤操作導(dǎo)致的管道失效頻率 f4=3.53×10-5次/(km·y)。

(2)修正因子計(jì)算。根據(jù)該管道相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，依據(jù)修正系數(shù)計(jì)算模型，其得分情況為：①員工培訓(xùn)(通用科目-產(chǎn)品特性3.5分、維護(hù)維修3分、崗位操作規(guī)程6分等)；②數(shù)據(jù)與資料管理(有)7分；③維護(hù)計(jì)劃執(zhí)行(有計(jì)劃但部分未執(zhí)行)7分；④線路保護(hù)構(gòu)筑物狀況(狀況良好)12.5分。

綜上，運(yùn)行與維護(hù)誤操作得分為39分。根據(jù)式(11)計(jì)算修正因子α4=0.82。

3.1.5 地質(zhì)災(zāi)害

(1)基礎(chǔ)失效頻率。利用管道失效數(shù)據(jù)庫，計(jì)算管道投運(yùn)至今由地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的失效頻率f5=0.795×10-5次/(km·y)。

(2)修正因子計(jì)算。根據(jù)該管道相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，依據(jù)修正系數(shù)計(jì)算模型，其得分情況為：①地形地貌(黃土地、臺(tái)田地)15分；②管道敷設(shè)方式(在臺(tái)田地敷設(shè))20分；③人類工程活動(dòng)(農(nóng)田)20分；④自然與地質(zhì)災(zāi)害防治情況(已識(shí)別且已治理)22分。

綜上，自然與地質(zhì)災(zāi)害得分為77分。根據(jù)公式(13)計(jì)算修正因子α5=0.97。

3.2 修正的管道失效頻率計(jì)算

分別計(jì)算不同危害因素下的管道失效頻率，然后計(jì)算修正后的管道失效頻率，計(jì)算過程如下。

第三方損壞：F1=(f(x1)+f(x2)+f(x3))α2=8.01×10-5×0.98=7.85×10-5；

腐蝕：F2=α2f2=2.98×10-3；

設(shè)計(jì)制造與施工缺陷： F3=α3f3=1.05×10-4；

運(yùn)行與維護(hù)誤操作： F4=α4f4=2.98×10-5；

自然與地質(zhì)災(zāi)害： F5=α5f5=0.77×10-5。

因此，計(jì)算該管段失效頻率為

4 結(jié) 論

基于管道失效數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與管道現(xiàn)狀評(píng)分，建立了一個(gè)管道失效頻率的計(jì)算方法，并通過算例演示了其適用性。該方法綜合歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的客觀性及管道現(xiàn)狀評(píng)分的合理性，有效地將管道失效頻率的定量計(jì)算與定性評(píng)價(jià)結(jié)合了起來，為管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的失效頻率計(jì)算提供了一個(gè)新的途徑。

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A Calculation Method of Pipeline Failure Frequency Based on Statistical Data and Status Analysis

ZHU Yong1,LIN Dong2,LIU Yakun3,CHEN Jing4,QIN Lin2
(1.Gas Company,China Petroleum&Chemical Corporation,Beijing 100120,China;2.Institute of Safety,Environment Protection and Technical Supervision,Petrochina Southwest Oil and Gasfield Company,Chengdu 610041,China；3.Sichuan Shudian Group Co.,Ltd.,Chengdu 610000,China；4.Lanzhou Oil and Gas Transportation Branch Company,Petrochina Southwest Pipeline Company,Lanzhou 730070,China)

In order to effectively assess operation pipeline integrity,the basic failure frequency for pipeline was carried out statistics by using Independent establishment pipeline failure database,and applied the pipeline risk scoring system to investigate the current situation of the pipeline,and then modified the basic failure frequency.Based on statistical data and current situation analysis,the calculation method of pipeline failure frequency was proposed,and the correction factor formula of five kinds of pipeline hazard factor was given.The pipeline risk scoring system was established.The system included the third party damage,corrosion,design and manufacture,construction defects,operation and maintenance misoperation,geological disasters in five weights respectively 0.3,0.3,0.1,0.1,0.2 level indicators and corresponding 27 second level indicators.The example demonstrated its applicability.

pipeline;failure database;correction;failure frequency

TE88

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.08.011

朱 勇(1964—)，高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)主要從事長輸天然氣管道生產(chǎn)運(yùn)行與安全管理工作。

2016-04-20

李 超