1、硕 士 学 位 论 文秦京输油管道工程安全评价摘 要随着我国社会经济的高速发展，能源的战略地位日益重要。输油管道作为石油生产系统的重要组成部分，在石油系统中占有重要的地位，输油管道尤其是长输管道的快速发展致使其安全可靠性问题日益突出。伴随西气东输、陕京线、川气东送等一系列输气动脉的建成，天然气管道在我国社会、工业中扮演着越来越重要的角色，其安全状况不仅关系管道周围的生命、财产和环境安全，更关系着我国能源安全。利用油气管道系统的风险评价技术提高油气管道工程的安全可靠性，预测油气管道高风险区和隐患部分，尽量减小各事故因素所造成的损失。因此，为保障管道的安全运行，对油气长输管道工程进行风险性分析和风
2、险评价进而实行风险管理是十分重要的。首先，介绍了国内外管道安全的现状，从目前国内外的管道风险评价技术入手，分析了现有的管道风险评价技术的特点和我国相关技术的不足，提出了研究目标和研究内容，分析了研究的关键技术和技术路线。本文介绍了油气管道安全及安全评价的基本概念和油气管道的安全评价模式，论述了风险评价和风险分析方法，简要介绍了国外长输管线安全管理和技术。阐述了管道的适用性评价模式、风险评价模式、完整性评价模式、可靠性评价模式。讨论基于断裂力学的管道剩余强度评价和油气管道缺陷安全评价。介绍了油气管道风险评价的基本原理、方法。评价分析了概率风险评价技术和模糊风险评价技术以及神经网络技术；以及诱发输
3、油管道事故的可能性因素，估计事故造成的后果，确定了油气长输管线的系统可靠性。利用可靠性分析方法对油气长输管线进行了安全性评估，计算油气长输管道系统可靠性和管道线路部分的可靠性，最终确定管道系统的安全水平，对油气管道安全可靠性目标及改进的措施进行了总结。本文结合秦京输油管道工程实例介绍了目前油气长输管道风险评价中较为常见的安全评价技术。分析了工艺站场火灾爆炸危险有害因素和管道危险有害因素以及自然灾害、社会危险有害因素，确定管道评价单元的划分和评价方法的选用。讨论了秦京输油管道的定性、定量风险评价，具体介绍了管道定性风险评价方法，说明了安全检查表评价方法的具体评价方法，并详细分析了线路安全检查表、
4、站场安全检查表、安全管理检查表的具体过程。其次讨论了管道的定量风险评价方法，并介绍并分别了各事故因素的专家评分，最终确定管道的相对风险值。关键词：输油管道；安全评价模式；剩余强度评价；可靠度分析；定量风险评价；模糊风险评价；安全检查表评价AbstractWith the rapid development of Chinas economy, the strategic position of energy has become more and more important. Pipeline as an important part of the oil production system
5、 and plays an important role in the petroleum system. Rapid development of pipeline, especially the long-distance pipeline, to bring their security and reliability problems has become increasingly prominent. Recently, a series of gas trunk line have been completed construction, such as Shaanxi-Beij
6、ing pipeline, West-East Pipeline and Sichuan-Shanghai pipeline. Natural gas pipelines play an increasingly important role in our society and industry，its safe condition not only affect the lives, the property and the environment security around the pipeline, but also relate to our countrys energy se
7、curity. The safety and reliability of oil and gas pipeline project can be improved by using the risk assessment techniques of oil and gas pipeline. Forecast the high-risk areas and the parts of hidden trouble in the oil and gas pipelines, to minimize the damage caused by the accident factor. Therefo
8、re, in order to ensure the safe operation of pipelines, risk analysis and risk assessment for oil and gas long-distance pipeline project, and then execute risk management is very important.First of all, the domestic and international pipeline security situations are introduced. The domestic and inte
9、rnational current techniques of pipeline risk assessment are surveyed, and then available risk assessment of pipeline technologies and the disadvantage of domestic related technologies are analyzed. Accordingly, the research targets and research contents, , and the studys key technologies and techno
10、logy roadmap are analyzed.This article introduces the basic concepts of oil and gas pipeline safety and security assessment, and safety assessment model of oil and gas pipeline. The methods of risk assessment and risk analysis are discussed and the long-distance pipeline safety management and techno
11、logy are briefly introduced. Expound the applicability assessment model of the pipeline, risk assessment model, integrity assessment model, reliability assessment model. Based on the fracture mechanics of pipeline residual strength assessment and oil and gas pipeline defects safety assessment are Di
12、scussed. Basic principles and methods of Oil and Gas Pipeline Risk Assessment are introduced. Probabilistic risk assessment, fuzzy risk assessment techniques, neural network technology and the possibility factors of inducing the pipeline accidents have been Evaluated and analyzed. The consequences o
13、f the accident are estimated and reliability of the Oil and Gas Pipeline system are determined.Safety assessment of long-distance oil and gas pipeline has been carried out by using reliability analysis method. The reliability of oil and gas pipeline systems are Calculated. Ultimately the safety of p
14、ipeline systems are determined, safety reliability objectives of oil and gas pipeline and improvement measures are summarized.In this paper, the current risk assessment of oil and gas pipeline safety assessment and the more common technology based on the Qin - Beijing Oil Pipeline Project introduced
15、 The harmful factors of fire and explosion in the process of station are analyzed, harmful factors of pipeline dangerous, social dangerous and natural disasters, to determine the pipeline division of the assessment units and assessment methods used. Qualitative Risk Assessment and Quantitative Risk
16、 Assessment of the Qin - Beijing pipeline has been discussed. Qualitative Risk Assessment of pipeline has been detailed described, and the assessment method of safety checklist has been explained. Detailed analysis of the line safety checklist, safety inspection station table Checklist of specific s
17、afety management process.Keywords: Oil pipeline; Safety Assessment Model; Residual Strength Assessment; Reliability Analysis; Quantitative Risk Assessment; Fuzzy Risk Assessment; Safety Checklist Assessment 目 录中文摘要英文摘要第1章 绪论11.1 研究背景11.2 研究的必要性和意义21.3 国内外研究现状41.3.1 国外研究现状41.3.2 国内研究现状101.3.3 油气管道风险及
18、失效模式101.4 研究目标与研究内容121.4.1 研究目标121.4.2 研究内容131.4.3 关键技术131.5 研究技术路线131.6 创新点131.7 本章小结14第2章 管道安全评价模式比较分析162.1 引言162.2 管道安全评价模式162.2.1 适用性评价模式162.2.2 风险评价模式172.2.3 完整性评价模式192.2.4 可靠性评价模式192.3 管道安全评价模式决策建议202.3.1 管线安全评价模式比较结论202.3.2 管线安全评价模式框架构想212.3.3 管道安全评价模式建议212.4 本章小结22第3章 管道安全评价技术现状233.1 引言233.2
19、 油气管道风险评价技术233.2.1 风险评价基本原理233.2.2 风险评价基本方法243.2.3 概率风险评价方法253.2.4 模糊风险评价技术283.2.5 神经网络模型303.3 基于断裂力学的管道剩余强度评价323.3.1 油气管道缺陷安全评价方法323.3.2 油气管道失效概率研究基础423.3.3 应力强度干涉理论433.4 油气长输管线的系统可靠性评估453.4.1 管道系统可靠性的定义453.4.2 油气长输管道系统可靠度453.4.3 管道线路部分的可靠性分析473.4.4 管线系统的可靠度计算483.4.5 管线系统的安全水平493.4.6 管道可靠性目标及改进措施49
20、3.5 本章小结50第4章 秦京输油管道的安全性技术514.1 秦京输油管道城项目概况514.1.1 工程概况514.1.2 输油线路工程及输油工艺514.1.3 站场工程534.1.4 防腐工程574.1.5 给排水和供配电系统594.1.6 采暖及通风系统594.1.7 通信和自动控制系统594.1.8 建（构）筑物604.1.9 消防系统604.1.10 维修和抢修624.1.11 安全管理现状624.2 主要危险有害因素分析634.2.1 主要危险有害物质特性634.2.2 重大危险源辨识654.2.3 工艺站场火灾爆炸危险有害因素分析664.2.4 管道危险有害因素分析704.2.5
21、 腐蚀危害714.2.6 自然灾害危险因素分析724.2.7 社会危害危险因素分析734.2.8 主要危险有害物质的分布744.3 评价单元的划分和评价方法的选用744.3.1 评价单元的划分和评价方法的选用744.3.2 安全检查表法简介754.3.3 管道风险评分法754.3.4 火灾、爆炸危险指数评价分析法804.4 本章小结82第5章 秦京输油管道的定性定量风险评价835.1 秦京输油管道的定性分析评价835.1.1 安全检查表评价835.1.2 线路安全检查表835.1.3 站场安全检查表865.1.4 安全管理检查表925.1.5 安全检查表小结955.2 秦京输油管道的半定量分析
22、评价955.2.1 管道工程分段955.2.2 各评价路段概况965.2.3 风险评价975.2.4 评价结果分析1025.3 火灾、爆炸危险指数评价分析1035.4 本章小结106第6章 结论与展望1076.1 结论1076.2 创新点描述1086.2 展望108致谢110参考文献111攻读博士学位期间参与的科技活动与成果115CONTENTSABSTRACT1 Introduction11.1 Research Background11.2 Necessity and Significance of Research21.3 Research at Domestic and Aboard4
23、1.3.1 Research at Aboard41.3.2 Research at Domestic101.3.3 Risk and failure mode of oil and gas pipelines101.4 Research Object and Research Content121.4.1 Research Object121.4.2 Research Content131.4.3 Key Technology131.5 Technology Course of Research131.6 Innovations131.7 Brief Conclusion142 Compar
24、ative and Analysis of Pipeline Safety Assessment162.1 Introduction162.2 Pipeline Safety Assessment Model162.2.1 Applicability Assessment Model162.2.2 Risk Assessment Model172.2.3 Integrality Assessment Model192.2.4 Reliability Assessment Model192.3 Policy Recommendations of Pipeline Safety Assessmen
25、t Model202.3.1 Comparison Conclusion of Pipeline Safety Assessment Model202.3.2 Framework Idea Risk of Pipeline Safety Assessment Model212.3.3 Recommendations of Pipeline Safety Assessment Model212.4 Brief Conclusion223 Status of Oil Pipeline Safety Assessment Technology233.1 Introduction233.2 Oil a
26、nd Gas Pipeline Risk Assessment Technology233.2.1 Basic Principles of Risk Assessment233.2.2 Basic Methods of Risk Assessment243.2.3 Method of Probabilistic Risk Assessment253.2.4 Method of Fuzzy Risk Assessment283.2.5 Neural Network Model303.3 Based on the Fracture Mechanics Assessment Residual Str
27、ength of Pipeline323.3.1 Safety Assessment Method of Oil and Gas Pipeline Detection323.3.2 The Basis of Oil and Gas Pipeline Failure Probability423.3.3 The Theory of Stress - Strength Interference433.4 System Reliability of Oil and Gas Pipeline Assessment453.4.1 Definition of the Reliability of Pipe
28、line System453.4.2 Reliability of Oil and Gas Long-distance Pipeline System453.4.3 Reliability Analysis of Pipeline Route Section473.4.4 Reliability Calculation of Pipeline System483.4.5 Security Level of Pipeline System493.4.6 Pipeline Reliability Target and Improvement Measures493.5 Brief Conclusi
29、on504 Safety Technology of Qinjing Oil Pipeline514.1 General Situation of Qin Jing Pipeline514.1.1 Project General Situation514.1.2 Oil Lines Engineering and Oil Process514.1.3 Station Project534.1.4 Anticorrosive Engineering574.1.5 Water Supply and Drainage System and Power Supply System594.1.6 Hea
30、ting and Ventilation Systems594.1.7 Communication and Automatic Control System594.1.8 Buildings and Structures604.1.9 Fire Control System604.1.10 Maintenance and Repairs624.1.11 Safety Management Situation624.2 Major Risk Harmful Factors Analysi634.2.1 Major Risk Harmful Material Characteristics634.
31、2.2 Major Hazard Identification654.2.3 Fire and Explosion Danger Harmful Factors Analysis of Process Station664.2.4 Risk Harmful Factors Analysis of Pipeline704.2.5 Corrosion Harm714.2.6 Natural Disaster Risk Factor Analysis724.2.7 Social Harm Risk Factor Analysis734.2.8 Distribution of Major Risk H
32、armful Material744.3 The Evaluation Units Classification and Evaluation Method to Choose744.3.1 The Evaluation Units Classification and Evaluation Method to Choose744.3.2 Safety Inspection Table Method Introduction754.3.3 Pipeline Risk Score Method754.3.4 Fire and Explosion Danger Index Evaluation A
33、nalysis824.4 Brief Conclusion835 Qualitative and Quantitative Risk Evaluation of Qinjing Pipeline835.1 Qualitative Analysis and Evaluation of Qin Jing Pipeline835.1.1 Safety Inspection Table Evaluation835.1.2 Circuit Safety Inspection Table835.1.3 Station Safety Inspection Table865.1.4 Safety Manage
34、ment Inspection Table925.1.5 Safety Inspection Table Summary955.2 Quantitative Analysis and Evaluation of Qin Jing Pipeline955.2.1 Pipeline Engineering Section955.2.2 Each Evaluation Section Profiles965.2.3 Risk Evaluation975.2.4 Evaluation Result Analysis1025.3 Fire and Explosion Danger Index Evalu
35、ation Analysis1035.4 Brief Conclusion1066 Conclusion and Prospect1076.1 Conclusion1076.2 Description of Innovations1086.3 Prospect108Acknowledgments110References111About Author115西南石油大学硕士研究生学位论文第1章 绪论1.1 研究背景管道是油气从油气田走向用户的重要纽带。在产地、储存库、用户间的用于运输油气介质的管道即为油气长输管道1，不含站内工艺管道、集输管道、燃气管网及企业内部管道。1865年，世界上第一条长输
36、管道在美国宾西法尼亚州建成。此后，由于管道运输拥有诸多优点，如：输量大、成本低、占地少、安全性高、易于自动化、适应恶劣环境以及连续运输等，管道运输逐渐成为世界范围内油气资源运输的最重要的方式。20世纪以来，世界石油工业的迅速发展更是极大促进了管道工业的前进。统计数据表明，目前世界范围内的管道总里程已超350万公里，1948年-2000年全世界已建管道总里程见表1-1。表1-1中1948-1956年间统计数据为美国管道里程数，约14.8万km，其他地区为零2。2003年8月，由美国Oildom公司（国际权威机构）所公布的调查显示，全球已建成和在拟建中的油气管道总里程为75504km，其中在拟建中
37、的管道58581km，已经建成的管道16923km。另外，美国HART公司2003年的调查显示，全球拟建管道123960km，在建管道27785km，总里程为151745km。世界未来将新增的3大输气管网为东北亚、东南亚和南美洲。伴随着改革开放的深入和社会经济的高速发展，21世纪以来，我国也迎来了管道工业的高速发展期。截至2008年年底，我国已建天然气管道3.2万km，成品油管道1.3万km，原油管道1.9万km，油气管道总里程约为6.4万km。新建设的重点工程包括：西气东输二线、川气东送（天然气管道）、曹妃甸天津（原油管道）、兰郑长、长岭株洲（成品油管道）等。就天然气管网而言，当前我国局部地
38、区已建成了较完善的区域性管网，如：川渝、环渤海；中南地区、长三角地区以及珠三角地区也形成了区域管网的主体框架3。其中，川渝地区管网为我国最早发展也是截止目前最为发达的天然气管网，总里程超过7000km，已形成以南北干线为主，与其他干线（屏渠线、屏石线）连通的环形骨干管网。“十一五”期间，中国规划新建原油管道约4000 km，成品油管道约1万km，天然气管道约1万km。表1-1 全世界范围内已经建成的管道里程数的统计（单位：km）年份天然气管道油管管道其他类型管道海上的气管道海上的油管道总计194810067.201427.2011494.401949至195020704.0010412.803
39、1116.801951至195565859.2017966.40262.4084088.001956至1960110320.0054918.40165238.401961至196581628.8071481.601243.20154353.601966至1970104819.0067883.203908.802755.20179366.401971至197587696.0087313.607142.405612.80187764.801976至1980104978.00135665.609673.607057.60257374.401981至1985110581.0098134.4014116
40、807614.40230446.401986至199090539.2053899.206380.807019.202779.20160617.601991至199575563.2040257.60608.009083.202526.40128038.401996至200076000.0054137.6016529.005848.00152514.60总计938755.00693497.608494.4067473.0034193.601742414.00目前，油气管道在世界范围内的总里程长达350万km。其中，旧管道数量占总管道的一半以上，例如，美国在用管道约100万km，其中运营40年以上
41、超过50%，许多管道可以在达到设计寿命后，继续运营25年到50年。按照美国运输部的估计，未来10年，世界范围铺设新管道约8万km，未来50年内40万km现有管道将继续使用。在俄罗斯，20%的油气管道已接近设计寿命，这个数字在数年内将增大到50%。西欧管道截止到2000年，运营超过35年的占了42%（总31万km），运营期低于10年的只有11%45。于是，随着管道运营年限的增加，管道失效风险变得越来越大，如何保障管道安全成为全世界管道从业人员共同关注的话题。秦皇岛北京输油管道工程1975年建成投产，主要担负着将大庆原油、冀东原油等输送到中国石化北京燕山石化炼油厂和中国石油华北石化分公司以及秦皇岛
42、油港装船外运的任务，是北京的“输油大动脉”。 对秦皇岛北京输油管道进行评价主要是查找其安全管理、工艺流程、设备、消防等方面的事故隐患，以提高生产的本质安全度。同时也是秦京公司贯彻执行安全生产法等法律、法规的具体举措。1.2 研究必要性和意义油气长输管道具有管径大、运输距离长、压力高和输量大的特点，逐渐成为油气输送的主要途径。随着建设量的增大，老管线服役时间的增长，长输管道事故的增多，油气长输管道安全问题越来越受到人们的重视。美国2000年5月一份安全报告显示，仅2000年，美国管道总泄漏量就达180万加仑，污染了多个州饮用水源并强制疏散500户居民。管道事故数每年增加4%， 致死226人（19
43、89-1998年）。2000年8月19日，一条50年的老管道在新墨西哥州卡尔斯巴德附近发生爆炸，造成11人死亡6。就我国管道工业现状而言，我国管道具有以下特点：管道里程数较低；早期管道的技术水平较低；近年来，随着社会经济的高速发展管道工业发展迅速，且技术水平和管理水平正在逐渐提高，但是较发达国家仍有明显差距。我国目前有许多管线已运行二三十年，临近设计寿命，逐渐进入事故高发阶段。例如，由于高含H2S，管材和制造质量不佳，四川输气管网建成后，频频发生SSCC破裂事故。我国早期油气管道多采用石油沥青作为防腐层，至今已严重老化，失去保护作用。东北输油管网为我国最建成的区域管网，已运行半个多世纪，大多数
44、已达到或超过了设计寿命；另外，我国已建海底管线约2000 km，一旦失效，将比陆上管道造成更大损失，其安全性更是尤为重要。受到建设时的技术经济条件限制，我国多数管道由于设计施工水平、材料缺陷、多年运行的损伤等原因，存在不少安全隐患。19711976年间，东北曾3次发生输油管道破裂事故。1992年，轮库输油管道在试压时发生爆裂多达14次。1999年，采石输油管道在试压时发生爆裂12次。19711990年内，四川输气南干线发生失效108起，每次事故停输时间超过24小时7。总体看来，我国油气管道面临的问题主要包括以下几点8： (1) 管线上的违章物，管线被占压是长期形成的目前国内各条管道普遍存在的问
45、题，由历史、现实、企业等多方面原因形成；(2) 打孔盗油盗气，石油石化改革调整后，个别地方与国家争夺石油资源的现象时有发生，此外油气资源高额的利润也使得部分地区犯罪分子铤而走险；(3) 地方建设与管道交叉，近年来，地方城镇建设发展迅猛，部分项目建设与管道交叉；(4) 与地方政府部门关系，管道运输企业多属央业，企业管理、效益等与地方政府无直接关系，很难建立起各级政府的长输管道工作责任制；(5) 基层单位存在的问题，主要是缺少有力的监控手段，巡线人员少，巡线人员素质不高，交通工具紧张等。由于在施工和运行过程中管道难免存在或出现各种缺陷、材料性能劣化、外力损伤等因素对结构性能造成影响。尤其伴着管道服
46、役年限增加，累积的各种损伤因素导致失效几率上升。随着不断增加的管道事故，公众和管道运营者对提高油气管道输送安全和减少管道失效灾难事故的要求也与日俱增。在此背景下，一些欧美发达国家从七十年代起开始了油气管道风险评价技术和管道完整性管理方面的理论研究和应用实践。管道完整性为管道抵抗结构破坏的重要属性，是管道系统安全的保证9。管道完整性研究主要分析各种因素对管道耐久性、损伤容限以及强度等性能的影响，综合识别管道完整性的各种影响因素，科学评价管道失效事故的发生概率，从而更好地管理管道运营。在进行油气长输管道工程安全评价技术研究现状及其展望分析的同时，需要说明的是，本次研究主要对油气长输管道系统安全评价，而不特别强调对油气长输管道结构安全评价分析。1.3 国内外现状及分析1.3.1 国外研究现状20时间60年代以来，为了评估一些大型结构的总体安全性和事故后果的危险性，国外相继出现了一
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