基于风险的油气长输管道完整性管理.pptx

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1、目目 录录第一部分：概述第一部分：概述第二部分：基于风险的管道完整性管理第二部分：基于风险的管道完整性管理 第三部分：管道完整性管理实施案例第三部分：管道完整性管理实施案例第1页/共59页第一部分第一部分概概 述述内容：内容：国内外油气长输管道分布及发展国内外油气长输管道分布及发展 油气长输管道失效分析油气长输管道失效分析第2页/共59页一一、国国内内外外油油气气长长输输管管道道分分布布及及发发展展发展概况：管道已成为油气运输的重要方式，在工业国家的社会运输中占有重要地位，已成为五大运输方式的重要组成；至2003年，全世界已建成原油、天然气和成品油干线管道188104km，其中美国80.710

2、4km，俄罗斯22.1104km。欧美国家原油的大部分，天然气的全部是利用管道输送，成品油管道运输基本取代了铁路运输；管道运输技术已达到成熟，从设计、施工技术与装备、管材与制管技术、主要的工艺设备、管道防腐、自动化与监控等方面，均能适应任何复杂条件下大型管道建设需要。第3页/共59页中东地区南 美北 美非 洲亚 洲欧 洲 独联体中 美数据取自A.Cosham“THE ASSESSMENT OF PIPELINE DEFECTS”2003（管道缺陷的评价）全球油气长输管道分布概况全球油气长输管道分布概况第4页/共59页发展趋向 天然气将成为21世纪全球能源可持续发展的主要选择；未来天然气管道建设

3、的重点地区是亚洲和太平洋地区；管道建设技术向着长运距、大口径、高压力、网络化、逐 步形成大型供气系统方向发展。第5页/共59页中国油气管道发展及未来管道运输发展概况：至2003年，油气管道累计长度45865km，其中原油管道15915km，天然气管道21299 km，成品油管道6525 km，海底管道2126 km；大型管道工程达到了同期世界先进水平 设计计算机化和各种运行工况的预先模拟，应用卫星遥感、数据成像技术，GIS系统、GPS系统结合工程物探进行管道选线 管输工艺过程控制广泛采用SCADA系统，管道运行管理由各线单独控制分散性管理，向集中控制管理方向发展第6页/共59页存在的主要问题

4、天然气工业发展缺少战略性研究，没有建立起合理的运价体系；成品油管道建设严重滞后于油品运输需要；高粘易凝原油管道输送理论不成熟、能耗高；管道安全保障没有形成系统有效的控制能力；计量仪器仪表精度低；天然气储存基础设施和能力落后；海底管道设计、施工、检修技术有待发展；管道气液多相混输技术缺乏理论和方法。第7页/共59页未来发展未来发展中国油气资源：我国石油地质资源量940108t，其中陆上694108t，海域为246108t，最终石油可采资源量140108t，石油资源主要分布在东部、西部和海域地区；我国天然气总资源量为53万亿立方米；与我国邻近的俄罗斯、中亚、中东和亚太地区是世界天然气主要产地和出口

5、地，是我国可利用的境外资源。第8页/共59页 未来需求 到2020年国内石油需求量达到4.2108t4.5108t，天然气需求量达到2000108m3，占整个能源构成的10%，其中发电用气和城市燃气增长最快，约占总量的1/3；据石油输出国组织提供的数据，在目前世界能源消费构成中，天然气大约占21%，到2025年，这一比例将上升到近30%；2002年全球液化天然气需求量1.1亿吨，国际天然气协会预测2010年，需求量将达到2.3亿吨，届时，中国液化天然气消费量将达到2000万吨。第9页/共59页二、油气长输管道失效分析油气长输管道事故统计：欧洲输气管道事故数据组织（EGIG）：1970-2004

6、年，管线平均失效概率以及每前五年的管线平均失效概率总体上呈逐年下降趋势；管线失效频率从1970年的0.87次/1000km-yr逐年下降至2004年的0.41次/1000km-yr；欧洲输气管道失效因素有：外部影响、施工和材料缺陷、腐蚀、地层运动、带压维修失误及其它未知原因，分别占49.7%、16.7%、15.1%、7.1%、4.6%、6.7%，外部影响是导致气体泄漏的主要原因，其次为施工或材料缺陷。第10页/共59页第11页/共59页 前苏联：每 1000公 里 年 的 失 效 频 率 由 1981年 的 0.71次/1000km-yr逐年下降到1990年的0.26次/1000km-yr；腐

7、蚀、焊接和管材缺陷、外部干扰是排在前三位的失效原因，分别占总数的39.9%、16.9%、10.8%。第12页/共59页美国运输部（DOT）：各种失效原因分为五大类，分别是：外力、腐蚀、焊接和材料缺陷、设备和操作及其它；外力是第一位的，约占失效总数的43.6%；其次是腐蚀，占22.2%；设备和操作居第三位，占15.3%；焊接和材料缺陷引起的失效较少，约占8.5%。加拿大：19751982年事故率为2次/1000公里年；大部分为泄漏，断裂事故发生较少。第13页/共59页第14页/共59页 油气管道的主要失效模式油气管道主要失效模式断裂过量变形表面损伤脆性断裂：低温脆断、应力腐蚀、氢致开裂韧性断裂疲

8、劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、腐蚀疲劳等腐蚀：内腐蚀（输送介质引起）、外腐蚀（外部环境引起）机械损伤：表面划伤、凹坑等过载引起的鼓胀、屈曲、伸长，外力引起的压扁、弯曲等第15页/共59页典型失效案例典型失效案例典型失效案例 迄今为止，破裂裂缝最长的管道失效事故是1960年美国的Trans-Western公司的一起输气管道脆性破裂事故，这条管道管径30in，钢级X56，裂缝长度达13km；损失最惨重的是1989年前苏联乌拉尔山隧道附近的输气管道爆炸事故，烧毁两列列车，伤亡1024人（其中约800人死亡）；1965年美国路易斯安纳州发生一起严重的输气管道爆裂事故，当场炸死17人，钢管爆裂8m；199

9、5年7月29日，加拿大TransCanada公司的一条干线输气管道，在Manitoba附近发生爆炸，造成三条天然气管道输气中断，爆炸产生的火球在30英里以外都可看见。第16页/共59页1994年美国新泽西州发生了天然气管道破裂泄漏着火事故，400500英尺高的火焰毁坏了8幢建筑。破裂处曾发生过机械损伤，壁厚减薄。第17页/共59页1999年美国华盛顿发生一起汽油管道破裂事故，25万加仑汽油流入河中并着火燃烧，导致3人死亡。破裂是从有机械损伤处开始的。内检测曾检测出此缺陷，但未及时处理。事故前事故后第18页/共59页2000年8月美国新墨西哥州发生天然气管道爆炸着火事故，造成12人死亡。这段管线

10、于1950年建造，在破裂处可以发现明显的内腐蚀缺陷。第19页/共59页2004年7月30日，比利时布鲁塞尔以南40公里处发生一起天然气管道爆炸着火事故，造成21人伤亡。管道钢级为X70，管径36”,壁厚10mm。系第三方损伤引起。损伤尺寸为长280mm、深7mm，损伤处剩余壁厚3mm。第20页/共59页第二部分第二部分基于风险的管道完整性管理基于风险的管道完整性管理内容：内容：管道完整性管理的概念及其重要性管道完整性管理的概念及其重要性 油气管道完整性管理的内容油气管道完整性管理的内容第21页/共59页管道在物理及功能上始终处于安全可靠的工作状态；管道公司通过对油气管道运营中面临的风险因素进行

11、识别和技术评价，制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利因素，从而将管道运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内。通过科学的设计、监测、检测、检验、检查等方式和各种技术的应用，获取与专业管理相结合的管道完整性信息，以可靠性为中心，对可能造成管道失效的危险因素进行管道的完整性评价，指导维修决策和维修。一、管道完整性管理的概念及其重要性第22页/共59页设计、建设和改进检测、测试、检查、检验维修、维护分析、评价管道数据信息持续改进持续改进管道完整性管理的要素循环第23页/共59页油油气气长长输输管管道道完完整整性性管管理理程序程序管道潜在危险识别数据收集、检查和综合风险评价所有危险评价完整性

12、评价完整性评价响应和减缓第24页/共59页墨菲定律：任何事物如果听其自然的话，总是向更坏的方向发展!全球（包括中国）二百多万公里油气管道中有20%-40%达到了设计寿命，需要进“延寿”管理。当前安全生产的严峻形式，对管道行业的管理提出新的挑战和思考。管道完整性管理是国外油气管道工业中的一个迅速发展的重要领域。管道完整性管理的重要性管道完整性管理的重要性 第25页/共59页二、完整性管理的内容 时效性风险因素 外腐蚀 内腐蚀 应力腐蚀开裂 风险因素识别（风险因素识别（9 9大类因素）大类因素）与时间无关的风险因素 第三方/机械破坏 误操作 气候和外力因素 稳定风险因素 与制管有关的缺陷 与焊接/

13、组装有关的缺陷 设备 第26页/共59页 风风险险排排序序及及高高风风险险区区域域的的确确定定潜在影响区域 R=(0.69)pd2第27页/共59页 数据收集、检查和整数据收集、检查和整合合 完整性管理的数据构成 数据收集、检查和分析 数据的整合 A.特性数据B.施工C.运行D.检测 形成数据库第28页/共59页 风险评价风险评价主要目的：主要目的：是对完整性管理工作进行优先级排序、分级，确定可接受的风险水平。作 用：1.风险评价提供了对不同类型事故的潜在影响和事故发生的可能性进行评估的方法;2.利用风险评价的结果，可确定需进行完整性评价和减缓活动的位置。第29页/共59页 风险定义为失效（或

14、危险）后果（用C表示）和失效可能性（用F表示）的乘积。对一种情况的风险：Risks=Cs Fs 失效可能性指失效的概率；失效后果主要有：经济损失、人员伤亡、环境破坏 风险值的单位是死亡人数/年或损失资金/年 风险评价也称风险排序，包括识别风险（潜在隐患）的来源，评价各种失效的可能性和失效后果的严重度。风险评价的方法分为定性、定量两种，二者之间的称为半定量方法。第30页/共59页 各国比较通用的作法是将失效可能性和失效后果的严重性列入44的风险矩阵中(下图)，按高风险、中等风险和低风险来分级。失效后果严重性划分为、级。级 灾难的：有人员死亡，引起公众不能食用的污染事件，大面积环境公害，设备损坏导

15、致停工90天以上。级 严重的：致伤人员丧失工作能力，给公众造成伤害，设备损坏导致1090天停工，区域性损失。级 轻度的：人员受到不丧失工作能力的伤害，环境污染小，停工110天。级 轻微的：无人员伤害，设备损坏轻微 失效可能性划分为A、B、C、D级 A 频繁发生：风险评价前10年发生1次或1次以上事故，概率P10-1次/a B 很可能发生：210-2/a概率P10-1次/a C 有时可能发生：210-3/a概率P210-2次/a D 不大可能发生：概率P210-3次/a 定性风险评价定性风险评价第31页/共59页 定量风险评价定量风险评价定量风险评价也称概率风险评价(PRA)，是将失效概率FS和

16、失效后果值CS代入下式，求出整个系统的总风险值。这种计算往往是一个相当复杂的、耗资巨大的过程，同时需要有价值的数据库作为支撑。Risksystem=Risks=(CsFs)第32页/共59页 半定量风险评半定量风险评价价美国几家公司联合开发的IAP(Integrity Assessment Program)风险评价程序和软件，采用的是一种半定量的或称为相对的，以风险指数为基础的风险评价方法，得到较广泛的应用。IAP将管道的失效类型分为：(1)外部腐蚀（EC）；(2)内部腐蚀(IC)；(3)外来(第3者)机械损伤(TP)；(4)设计/材料错误(DM)；(5)地层运动(GM)；(6)操作或工艺问题

17、(OP)，(7)应力腐蚀开裂(SCC)IAP将失效后果分为：(1)对居民的影响；(2)对环境的影响；(3)对运营的影响。评价结果将指出高风险的区域、高失效的概率区域和高失效后果区域。对每一种失效类型和失效后果的影响因素(变量)均要进一步分析评定，并加以权重处理，得到风险指数。第33页/共59页风险评价的最终目的风险评价的最终目的整体维护费用总成本风险 成本最佳风险值最小期望成本事故损失费用第34页/共59页 基于风险的管道检测 基于风险的检测是以风险评价为基础，对检测程序进行优化安排和管理的一种方法。是将检测重点放在高风险（HRA）和高后果（HCA）的管段上，而把适当的力量放在较低风险部分。在

18、给定的检测活动水平下，RBI有利于风险的降低(见下页图)基于风险的检测程序的目的是：(1)识别高风险部位；(2)对各部位的运行进行风险评价；(3)进行风险排序；(4)设计适当的检测程序以降低总的风险并节约资源；(5)为完整性管理提供技术支撑。第35页/共59页基于风险检测（RBI）的意义第36页/共59页CIPS/DCVGCIPS/DCVG在线检测仪器在线检测仪器第37页/共59页 管道内检测技术（Smart Pig 技术）检测器类型 通径检测器（主要检测变形）金属损失检测器 类裂纹缺陷检测器 HIC及分层检测器 基本原理 漏磁原理 超声原理 射线原理 电磁声纳原理 涡流原理第38页/共59页

19、11GE PII 的系列化检测器金属损失类缺陷检测器TranScanMagneScanUltraScan WM裂纹类缺陷检测器UltraScan CDElastic WaveEmatScan CD通径检测器CalScanScoutScan Solo第39页/共59页MFL通径检测超声裂纹检测器超声壁厚检测器金属损失和变形检测Tuboscope Varco 的内检测技术第40页/共59页 完整性评价响应与维修、预防完整性评价响应与维修、预防立即响应：检测结果表明管道缺陷处于失效点；计划响应：检测结果表明管道存在严重的缺陷，但不处于失效点；进行监测：检测结果表明存在危险，但在进行下一次检测之前，该

20、危险不会导致管道失效。第41页/共59页00.40.71.11.51.92.33.02.750%SMYS30%50%SMYS30%SMYSPf/MAOP 5 10 152025响应时间（年）完整性管理对时效性危险因素的响应时间第42页/共59页修复技术第43页/共59页 完整性管理方完整性管理方案案 完整性管理方案是在数据收集、管道系统、管段的危险因素风险评价后制定的完整性管理内容。具体包括:1）完整性管理方案的更新2）方案的框架 A、数据收集、检查和综合 B、风险评价 C、完整性评价 D、对完整性评价、事故减缓及时间间隔的响应 第44页/共59页第三部分管道完整性管理实施案例第45页/共59

21、页管管 道：加拿大道：加拿大 Rainbow PipelineRainbow Pipeline Alberta Edmonton输送介质：轻质输送介质：轻质/重质重质 原油原油总总 长：长：720Km720Km服役年龄：服役年龄：27 27 年年执行公司：执行公司：GE PIIGE PII检测周期：5 年第46页/共59页 风险评价风险评价 使用风险管理软件进行风险评价，并重点进行风险后果的评价，主要确定：1.风险因素 2.风险排序 3.高风险地区 4.人、房屋的安全距离 5.泄露参数 6.后果第47页/共59页 Rainbow Rainbow 管线风险分管线风险分析析第48页/共59页 Ra

22、inbow Rainbow 管线风险分析结管线风险分析结果果第49页/共59页含缺陷管道本体的完整性评价技术含缺陷管道本体的完整性评价技术确定风险依据具体实施管道本体风险因素识别内外腐蚀缺陷制管、焊接缺陷第三方机械损伤缺陷管道变形公司完整性管理体系文件国家法律法规、国内外标准内检测缺陷评价缺陷维修有效性评价风险分析与评价风险评价第50页/共59页 实实 施施 管管 道道 内内 检检测测发现的机械损伤缺陷第51页/共59页高清晰度检测器第52页/共59页 缺陷评价 针对干线检测出的缺陷，使用含缺陷管道的剩余强度和剩余寿命预测评估技术，对检测的缺陷进行了承压能力评价，确定了开挖验证点的维修标准。第53页/共59页 缺陷评价方法 (DNV、B31.G、RESTRENG、API 579)第54页/共59页采用打补丁、打套袖、夹具、堆焊、夹具注环氧等方法补强。复合材料碳纤维补强维修技术。对评价后超标的缺陷点实施补强维修处理，消除隐患。缺陷维修第55页/共59页复合材料碳纤维补强维修技术第56页/共59页该管道实施新一轮完整性管理后的表现第57页/共59页谢 谢！Thanks Your Attention!第58页/共59页感谢您的观看。第59页/共59页