城市燃气管道风险评估和控制

1、浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 郑津洋教授浙江大学化工机械研究所所长高压过程装备与安全教育部工程研究中心主任2009年10月12曰t-UBM.jsirf.!11r主要内容1、概述2.风险辨识3.事故类型和原因分析风险评价5.若干建议:I浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 1.1城市燃气管道的发展概况HI2004年我国城市燃气年供气量已达980亿立方米（以人工煤气计），其中天然气供气量已经打破城市燃气（人工煤气、LPG、天然气）三足鼎立的局面,达到42%的供气比例；用气人口2.78亿；燃气普及率达到815%。在全国660个设市城市中，己有600多个城市建有城市燃气设施

2、，绝大部分城市居民都已使用燃气。2001年金冋鮭丽世代骨道狀况我曾追燃弋人工煤叫LPG&计564193011971411147W占比例2A-L11.64B.3100RWL鷺1.2我国天然气管网分类低压配气管网P005Mpa中压配气管网B0.005Mpap2Mpa中压配气管网A0.2Mpap4Mpa高压配气管网B04Mpap8Mpap31.4(7500kcal/m3)B组14.66314(35007500kcal/m3总硫（以硫计）含量mg/m3=150=270480硫化氢含童mg/n?=6=20实测实测二氧化碳含屋（体积）505020200200100100PH值8.56.56.54.54.5

3、极化电流密度mA/m20.2TOCT9.015-74门:ft4城市燃气管道风险评价风险定义为失效（或危险）后果（用c表示）和失效可能性（用F表示）的乘积。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.对供气系统的影响、维修费用、对社会影响等。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。长按二维码关注公众号每天都能免赍获取安全删公众号:EHS无止境丹示桂双重预防机制合账应急预案安全管理规划与总结消防.錢筑.环诡公路.矿业聲各种安全删加入我们提升自己浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 #MRUMn4.1定性评价方法:定性评估法是一种典型的模糊分析

4、方法,可对资源、威胁、脆弱性进行快捷的风险评估,同时对现有的防范措施进行评估,从主要的角度对风向成分进行分析,在实际中已得到广泛运用。预先危险分析（PHA）危险和可操作性研究（HAZOP）安全检查表法事件树分析矩阵分析法1-浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 矩阵分析法矩阵分析法是将失效可能性和失效后果的严重性列入4X4的风险矩阵中（下图），按高风险、中等风险和低风险来分级。（美国石油学会API581提供）7效可能ABCD果严重频繁发生很可能发生有时可能发生不太可能发生I灾难的9864II严重的8753皿轻度的6542IV轻微的4321失效后果严重性划分为I

5、、H、皿、IV四个等级I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，设备损坏导致停工90天以上。II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。m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1io天。IV级轻微的：无人员伤害设备摄坏轻微。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/aB很可能发生：2X10-2/aV概率P10-1/a心有时可能发生：2X10-3/aV概率PS2X10-2次/a。不大可能发生：概率PS2X10-3次/a浙江大学化工机械研究所 #浙江大学

6、化工机械研究所 Mi卜；4.2定量评价方法HRU定量风险评估方法利用概率结构力学、有限元方法、断裂力学、可靠性与维修技术和各种强度理论，对管道的风险进行定量评价和决策。它必须建立在大量设计、施工和运行资料的基础上，建立完善的数据库管理系统，并掌握裂纹缺陷的扩展规律和管材的腐蚀速率，由此运用确定性或不确定性方法来建立评估的数学模型，然后进行分析求解。模拟仿真法排队论方法定量概率评估方法道化学公司火灾、爆炸危险指数评价法肯特(W.Kent.Muhlbauer)管道风险评价法伤害(或破坏)范围评价法浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 #肯特管道风险评价法肯特管道风险评价法是在求取管道相对

7、风险数大小的基础上，确定管道危险程度浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 第三方破坏指数第三方破坏是指非管道营运单位工作人员造成的管道意外破坏，它与管道的最小埋深、管道所经地域活动水平、地上管道设备、公众教育、线路状况及巡线频率等因素有关，但不包括人为的蓄意破坏。A.最小埋深020B.活动水平020C.地上管道保护设施010D.巡线频率015E公众教育015F.线路状态05G.单号呼叫系统015合计0100厂该系统设置专用电话号码供即将在管线附近施、工的单位或个人，通知道营运单位、政府管理部门和管线负责人，以便临时给岀施工处埋輪鷹工勰熾有关的管道事故。浙江大学化工机械研究所浙江大学化

8、工机械研究所Al管道在空气中的暴露方式A大气腐蚀A2大气类型010A3保护层B.内腐蚀B1介质腐蚀性010B2内腐蚀保护010C1阴极保护010C2保护层C3土壤腐蚀性03C4使用年限C埋地金属腐蚀C5其他金属埋地物C6交流电干扰C7应力腐蚀C&测试桩C9密间隔管地电位0100C10管道猪合计设计指数A钢管安全指数020B系统安全指数020C疲劳指数015D水击指数010E水压试验指数025F.土壤移动指数010合计0100浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 错误指数A.设计A1危险有害因素辨识04C.操作C1.操作规程07A2达到最大允许工作压力的可能性012C2.SCADA系统

9、05A3安全系统010C3.药检02A4材料选择02C4.安全管理02A5.设计检査02C5.安全检査02B.施工B1.施工检验010C6.培训010B2.材料02C7.机械故障保护装置07B3.接头02D.维护D1.维护记录02B4.回填02D2维护计划03B5.储运保护与组对控制02D3.维护作业指导书010B6保护层02合计0100A.介质危险分A1急性介质危险分N介质可燃性分值04凡介质化学活性分值04Nh介质毒性分值04A2.慢性危害分010合计022B.泄漏影响系数B1泄漏分值06B2人口密度分值04B=B1/B206指数和二第三方破坏+腐蚀指数+设计指数+错误指数泄漏影响系数=管

10、道的相对风险数:相对巩险数=泄鳥霊篇集数介质危险指数影响系数相对风险数越大，管道安全性越高Qg=ap亚音速流动的气体泄漏质量流量瞬时排放(1)介质泄漏扩散危害程度评价泄漏量估算音速流动的气体泄漏质量流量泄漏危害范围连续排放c(x.y,z)=exp(x-ut)2浙江大学化工机械研究所浙江大学化工机械研究所(2)爆炸危险程度评价TNT当量法AWfQf=nvnooolOOOkgTNT爆炸时的冲击波超压距离Rio(x/m567891()1214PMIPa2.942.061.671.270.950.760.500.33距离RMm1618202530354045APiow/MPa0.2350.170.12

11、60.0790.0570.0430.0330.027距离Rio(x/m505560657075AP1005/1风险评估Li;.建立燃气管道的信息数据库丰富燃气管道运行的历史数据库，使管道信息数据库具有规范性和通用性，为风险评价体系做好基本数据准备。数据库内容:历史资料的调查：包括管道及附件设计.施工、制造、维修、检验和竣工资料等；管道失效事故及技术处理资料;环境因素，包括地面.地下设施、违章建筑、交通、人口以及地貌、土壤、气象、地下水等资料;人口因素状况、管理机制、管理模式等数据;长按二维码关注公众号每天都能免赍获取安全删公众号:EHS无止境丹示桂双重预防机制合账应急预案安全管理规划与总结消防

12、.錢筑.环诡公路.矿业聲各种安全删加入我们提升自己浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 :管网抽样检验结合管道材料、气源性质、管道附近地面、地下设施情况，管道埋深情况,交通情况，居民分布状况以及地区位置重要性等，确定地面开挖位置。根据确定的开挖位置，进行开挖和检验。检验内容为：管道材料、管道尺寸.管道壁厚、接头类型、接头结构、可燃气体检漏.土壤类型、土壤水份、植物根系.管道埋深、防腐层外观、防腐层类型、防腐层厚度等。失效可能性预测根据大量失效的统计分析，一般认为，埋地管道的失效主要由四个方面的因素构成，即第三方破坏、腐蚀破坏、设计与施工失误和操作失误。通过分析以上四个因素，可估算出管

13、道的失效可能性。.失效后果严重度预测预测失效后果严重度涉及的主要因素有：失效造成的人身伤亡、财产损失、对环境的影响、对供气系统的影响.维修费用、对社会影响等。确定高风险区域根据风险评价方法确定高风险区域和低风险区域，在此基础上对管道完整性维护决策进行优化，从而科学的分配维护资源，采取经济合理性的措施提高管道安全性。确定优化的检验策略即确定检验周期、风险级别、检验方法检验方法：检验方法需要有针对性和有效性，不同的运行损伤机理和失效模式应采用不同的检验方法,这主要依赖的是检验人员的水平和能力Ommw确定可接受风险：由政府的有关部门和企业主管单位综合多方面因素确定。在满足风险降低要求下选择相应检验方

14、法可以降低检验成本。合理的检验周期：要确保在下一次检验到来之前，设备的各种损伤、退化、劣化不致影响安全使用。检验周期的确定至少要考虑以下五个因素:同类设备在国内外使用的历史经验；中国法规规范的要求；设备的风险等级；含缺陷设备完整性评估与寿命预测结果;国内外权威机构的指导建议。浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 RUIL一anihnhj确定降低风险的措施从两方面考虑:(D通过降低失效可能性调整风险(2)通过提高检验有效性调整风险.完整性管理燃气管道风险评估本身是一项循环进行、不断优化、自我更新的工程活动，对这些技术性的工作流程应加以详细规范化，以利于总结和经验交流。对风险评价的结果进

15、行认证也是一个总要的环节，可以确保评估结果有效并与实际的操作经验相符。:52降低风险的措施A、定期检测管道工作情况和周围环境并确定合理的保护措施检测内容:土壤腐蚀性杂散电流大小三层PE防腐管防腐层在线检测装置检测原理防腐层成型后的钢管经水冷却后，进入浮动探头，这时主机输出高频高压放电一级，当防腐层耐电压能力不够或有漏点、针孔时，导电橡胶环（板）就会产电，并调整到按防腐层规定的检测电压，输送给浮动探头的导电橡胶环（板）作为生放电，击穿空气与钢管金属基体，接地装置形成闭合回路，漏点处放电打火,漏点处打火时主机内高压电源的变压器里的线包电压发生变化，经检测电路测得的脉冲电压，经放大延时后，使继电器动

16、作输出漏点信号，此信号驱动报警蜂鸣器进行声、光报警，同时打标机动作在管子防腐层漏点处喷涂标记。tLIJ、，:!II:土壤腐蚀性检测包括：土壤含水率、土壤电阻率、土壤酸碱度、氧化还原电位、管地电位等。杭州市土壤测试调査结果电阻率（Q-m）氧化还原电位（mv）Ph值极化电流密度城北（8个点15.781.0921965.66.00.100.16城南（7个点）21.4109.51122254.55.80.0070.009城西（4个点）18.277.8981253.96.60.110.23城东（5个点）31.469.9891064.15.90.04（M3市中心（5个点）42.771.01072184.5

17、6.20.080.12下沙、滨江区（11个点）46.58&41252444.96.80.10（M3参考：杭州市地下燃气钢管腐蚀分析及牺牲阳极保护应用研究与土壤勘测分析规程测量结果比较可得：杭州市土壤的腐蚀程度介于中等腐蚀和弱腐蚀之间，城东、城西.城北某些区域的腐蚀程度为强腐蚀。浙江大学化工机械研究所 浙江大学化工机械研究所 牺牲阳极法与外加电流法比较优劣:1外加电流法是将被保护金属与电源负极相连；牺牲阳极法是将保护金属与电位更负的牺牲阳极相连。P一、2牺牲阳极法具有不需要外加电源、不会干扰临近金属设施、无需征地或占用其他建构筑物.保护电流利用率高等，因此特别适合于城市范围内的埋地钢管防腐蚀。3

18、外加电流法保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点，但会产生干扰电流而影响其他管线及建筑物，且还需要征地或占用建筑物，因此在实施时会带来较大的困难，故适合用于长输管线或市郊管线的防腐。4各自施工要求不同。r|检测阴极保护法效果:测量阴极保护系统的保护电位，是否满足设计要求。用超声波检测管道壁厚，与初始壁厚比较壁厚变化是否满足要求。测量土壤的导电性，确保阴极保护能建立起连续的电路。、加强工程材料的质量管理城市燃气工程作为城市基础设施之一，是按照30年使用寿命设计施工的,工程管材、设备的质量直接影响整个工程的使用年限，管材设备从设计、选型、招标、质检、采购、运输.库存到施工的整个过程要按标准进行。D、管道焊接严格要求I、管道焊接前必须检査管子外观，符合要求才准使用；=1=1n、焊接前先将管材，管件放置现场一定