韓 濤

(中海油安全技術服務有限公司，天津 300456)

1 項目背景

本管道建于1996年，全長32km，管道運輸的介質為氣態(tài)乙烯，年最大運輸能力為2.5萬t。管道管徑為6inch，材質為20﹟無縫鋼管，設計壁厚8mm，設計壓力3MPa。操作壓力首站1.75MPa，末站1.55MPa。在近期開展的管道隱患整治活動中，發(fā)現該管道的管理存在很大的問題。計劃采用基于風險的檢測技術(RBI)，對乙烯管道進行風險分析，得到管道的量化風險，并根據風險提出合理的建議措施和日常維保策略，為乙烯管道的安全平穩(wěn)、長周期的運行提供技術保障。

2 乙烯管道的RBI風險計算

2.1 管道分段

為了便于分析管道風險，基于管道中設有6個閥門，將該管道系統(tǒng)劃分為7段，見表1。

表1 管道分段情況

2.2 失效可能性分析

管線的失效概率是指單位長度(km)、單位時間(a)內發(fā)生泄漏事故的次數，實質上就是管線泄漏事故率。RBI失效概率的計算通過設備修正因子和管理系統(tǒng)評價因子兩個因素來對設備平均失效概率進行修正。其計算公式如下：

Frequencyadjusted=Frequencygeneric×FE×FM

式中：Frequencygeneric—通用失效概率

FE—設備修正因子(FE=T+U+M+P+D)

FM—管理系統(tǒng)修正因子(FM=0.1～10.0)

1)RBI中各種設備及管道的通用失效概率有一個推薦值，經查詢，該管道的公稱直徑為6inch，1/4 inch小孔泄漏的通用失效概率為4×10-7，1 inch小孔泄漏的通用失效概率為4×10-7，斷裂的通用失效概率7×10-8，故，管道通用失效概率為8.7×10-7。

2)設備修正因子FE是根據設備運行的特定環(huán)境，為每一設備制定的設備修正系數。結合輸氣管道系統(tǒng)的失效特點對設備修正因子FE進行了修正，增加了輸氣管道的第三方破壞子因子D。設備修正系數由下面五個子系數組成：技術因子T，通用子因子U，機械因子M，工藝子因子P，第三方破壞子因子D。

a、技術因子T主要涉及到腐蝕減薄T1、應力腐蝕開裂(SSC、HIC/SOHIC-H2S)T2與外部腐蝕T3三種失效模式。T值為各種失效模式下損傷系數的總和：T=T1+T2+T3。

技術子因子T的計算結果見表2所示。

表2 技術子因子T的計算結果

b、通用因子U：通用子因子對工業(yè)設施中的所有設備的影響是相同的。通用子因子包括下列三個因素：工廠條件、低溫環(huán)境下的操作、地震活動。經調查計算，通用子因子U的取值結果見表3所示。

表3 通用子因子U的取值結果

c、機械子因子M：機械子因子取決于設備設計與制造的最初狀況。由以下4個要素組成：復雜度、建造規(guī)范、設備壽命周期、安全系數。

經調查計算，機械子因子M的取值結果見表4所示。

表4 機械子因子M的取值結果

d、工藝子因子P：工藝子因子包括對設備影響嚴重的工藝條件，以及設備自身的工藝條件。該因子包括兩個因素：計劃停車和非計劃停車。

經調查計算，工藝子因子P的取值結果見表5所示。

表5 工藝子因子P的取值結果

e、第三方破壞子因子D，主要是指由于非管道員工的行為而造成的所有的管道意外損害。文中考慮影響第三方風險的因素有以下6方面：管線最小埋深、活動程度、管線地面設施、公共教育、管線用地標志、巡線頻率。

表6 第三方破壞子因子D取值結果

經調研得知，該管線的巡線方式為每日巡線，該數值取0。第三方破壞子因子D取值結果見表6所示。

通過a～e的分析計算，可以得到設備修正因子F_E的結果，見表7所示。

表7 設備修正因子FE的計算結果

3)管理系統(tǒng)修正因子FM。

風險評估程序根據與通用工藝安全管理系統(tǒng)的比較而得出管理系統(tǒng)修正系數來對通用失效概率進行調整。因為整個廠區(qū)都遵守同樣的管理規(guī)則，所以管理系統(tǒng)修正系數不會改變設備項之間的基于風險值的順序排列。

調研發(fā)現，該工廠的管理水平屬于平均水平，FM=1。

根據通用失效概率、設備修正因子、管理系統(tǒng)修正因子的結果，各段管道失效可能性的計算結果如表8所示。

表8 各段管道失效可能性的計算結果

表8(續(xù))

2.3 失效后果分析

對于乙烯管道，其代表性流體是RBI基本資源文件中模擬的物質C1-C2。對于6 inch的管道，泄漏孔尺寸有：l/4 inch、l inch和破裂。泄漏率取決于物質的物理性質、初始相以及工藝條件。對于輸氣系統(tǒng)，它的初始相為氣體。計算氣體泄漏率分為兩步，首先根據轉換壓力Ptrans確定流動狀態(tài)，然后使用對應流動狀態(tài)方程計算泄漏率。乙烯的轉換壓力Ptrans=0.183MPa。乙烯管道內氣體壓力大于轉變壓力時，氣體流動屬于音速流動。計算得乙烯氣體的泄漏率及泄漏類型，見表9所示。

調研發(fā)現，該管道沒有安裝專門的探測系統(tǒng)，探測分類屬于C：肉眼檢查、覆蓋整個需要監(jiān)視的區(qū)域的照相機。隔離系統(tǒng)靠手動閥，屬于C類：靠手動操作閥啟動的隔離系統(tǒng)。通過核算，管道內的乙烯總質量為3561kg，在瞬時泄漏情況下，這些氣體能在3min內釋放到大氣內?？紤]管道內剩余壓力，泄漏量為2547kg。根據計算，每段管道的加權失效后果為1413.5 m2。

綜上所述，乙烯管道的風險計算結果如表10所示。

表10 乙烯管道的風險計算結果

3 乙烯管道風險評估

3.1 風險分布

圖1 API 581規(guī)定的風險矩陣

圖1為API 581規(guī)定的風險矩陣，其中橫坐標為失效后果等級，從低到高依次為A、B、C、D、E；縱坐標為失效概率等級，從低到高依次為1、2、3、4、5。四個不同的顏色將風險劃分為四個不同等級，從低到高依次為低風險、中風險、中高風險、高風險。

根據第二節(jié)的計算結果，該管道整體居于中高風險。這是由于管道閥門為手動閥，無自動關閉功能，當發(fā)生瞬時泄漏時，短時間內，整個管道內的氣體會泄漏出來，從而導致失效后果等級高。7段管道中，3段管道的失效概率較高。這是由于這3段管道的地面活動較為頻繁，第三方破壞的可能性較大。日常巡檢中應特別注意這3段管道的地方活動情況。

3.2 剩余壽命

式中，y為剩余壽命，yr；

tr為實測壁厚，mm；

CR為計算腐蝕速率，mm/yr。

該管道的內外部腐蝕總速率為0.06 mm/y。

經計算，各段管道的剩余壽命計算結果如表11所示。

表11 各段管道的剩余壽命計算結果

從表11可以看出，該管道腐蝕較慢，還有非常長的剩余壽命。但還要注意到，這是沒有考慮防腐層破損的計算結果。當防腐層破損之后，外部腐蝕速率可以達到0.16 mm/y。防腐層的壽命與地面活動有很大關系，地面活動劇烈，防腐層受損的可能性就大一些。維修記錄顯示，6#管道曾由于管道接口位置發(fā)生破損從而造成砂眼泄漏，從而可以說明接口存在傾向，這是后期檢測的一個重點。

3.3 檢修策略

1)建議進行定期檢驗。管道的檢測以超聲波測厚為主，針對可能出現的砂眼，可以采用超聲波C掃描技術進行局部全面檢測。檢測的位置應優(yōu)先考慮地面活動頻繁的管段及焊縫位置。

2)建議對養(yǎng)雞場附近裸露管段進行及時填埋，以滿足規(guī)范要求。

3)建議砂眼處理過程中嚴格控制收縮帶施工質量。

4 結論

通過對乙烯管道存在的各方面危險、有害因素進行系統(tǒng)、全面的辨識和分析，定量計算該管道的失效后果及失效可能性，得到該管道的風險等級?；谙嚓P法律法規(guī)、技術標準，結合失效機理分析的結果，預測該管道的剩余壽命，并提出合理可行的檢維修措施。在預測剩余使用期限內，企業(yè)應正確操作，并采取評估提出的各項安全對策措施及建議，可最大程度降低泄漏事故發(fā)生的可能性，使隱患的風險在可控制范圍內。