天然气管道验收安全评价

1、重庆科技学院毕业生毕业设计（论文）天然气输气管线竣工验收安全评价院（系） 安全工程学院 专业班级 安技专2006-01 学生姓名 指导教师 赵一姝 高级讲师 2009年 6 月 8 日学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）：

2、 年 月 日摘 要长输管道输送天然气是最经济，最安全的运输方式，但由于天然气的易燃，易爆及毒性等特点，一旦发生事故，就会带来极大的社会和政治影响。纵观管道运输行业多年的发展，压力管道事故频发，压力管道安全形势严峻，引起了社会的强烈反响。因此，无事故运行已成为当今管道运输行业追求的目标。在现场调查，实验分析的基础上，合理的建立天然气管线失效的故障树，分析管道系统的薄弱环节，失效概率，定性定量评价天然气管线的失效危害及损失程度，从而有效的对天然气管线进行安全评价以达到竣工验收的目的。本文将针对新的天然气管道的竣工验收，可靠性分析及风险评价及后期管理采用一定的分析方法进行论述，保证建设工程项目安全设

3、施与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用，保证天然气管道工程安全平稳运行。关键词:天然气管道 事故 故障树 风险评价 目 录摘 要I1 绪 论11.1国内外研究现状11.2竣工验收的目的和意义31.3研究内容及亮点31.4技术路线42 天然气管道风险52.1压力管道事故多发的原因52.2影响天然气管道安全的危害因素分析52.3天然气管线生产试运行期危险有害因素83 管道竣工验收风险评价方法103.1风险评价主要方法103.2 天然气管道风险评价的定性分析法103.3 天然气管道故障树的建立123.4 事故树分析163.5事故树基本事件结构重要度164 天然气管道风险评价的定量分析19

4、4.1蒸气云爆炸定量模拟计算194.2 最大泄漏量的计算194.3 蒸气云爆炸的冲击波的损害半径计算公式194.4 蒸气云爆炸定量模拟计算结果分析205 减少天然气管道安全危害因素的建议及对策215.1 建议215.2 对策措施226 结 论26参考文献27致 谢281 绪 论天然气管道运输是一个国家国民经济的大动脉，管道安全与人民的生活息息相关。天然气管道的自投产至使用寿命终结，其事故率一般遵循浴盆曲线，在投产初期，管道设计，施工，管材，设备等方面的不足就会慢慢的暴露出来，事故率较高，面临的安全问题是十分严峻，因此要对这些新管道的进行竣工验收风险评价。1.1国内外研究现状管道风险评价又称危险

5、评估，它是根据危险源评价方法确定影响系统发生事故的各种因素，并对这些因素进行定性和定量分析，评价系统发生危险的可能性和程度，以寻求最小的事故率、最小的损失和最优的安全投资效益。首先了解一下天国内外对天然气管道竣工验收风险评价的研究现状1。1.1.1天然气管道竣工验收风险评价国外研究现状20世纪70年代，美国首先开始了管道风险评估分析技术的研究，即应用风险评估的基本原理对管道的各区段进行评价，以风险值的大小来评定各区段的安全性。美国的pRCI针对美国和欧洲的输气管道事故数据进行了分析，归纳总结出22种引起压力管道失效的基本因素。其中，只有一种因素的本质原因是“未知的”，即不能确定它的本质特性。其

6、余的21种失效因素按照与时间的关系分为3类，如表1.1所示2。从二十世纪70年代到90年代，美国一边研究一边实践应用，逐步确定了管道风险评价的基本模型，提出了压力管道风险评估的评分系统。最近10多年，许多工业发达国家相继开发这一先进技术来管理本国的长输管道和燃气管道，开始了建立适合本国国情的管道风险管理系统的研究工作。目前国外的管道风险评价技术正在向成熟应用阶段过渡。总之，发达国家在管道风险识别和风险评价研究的基础上，已经实施了对新建压力管道进行开工前风险论证，对在用压力管道进行风险管理，并定期向社会公告风险管理措施的执行情况。通过风险评价，在提高在役管道管理水平、减少管道事故、延长管道使用寿

7、命和提高管道公司的经济效益等方面取得了显著效果。表1.1 PRCI针对输气管道总结出的21种失效“基本因素”发生变化且变化规律与时间关系密切的因素外腐蚀内腐蚀应力腐蚀稳定存在的失效因素与制造有关的因素管道焊缝缺陷管体缺陷与焊接，安装有关部门的缺陷管道环焊缝缺陷管道安装缺陷弯头起皱管道焊缝(纵焊缝或螺旋焊缝)缺陷与设备有关的失效密封圈失效控制/安全泄放设施故障密封泵体包装失效杂项发生变化但变化规律与时间无关的失效因素机械破坏由第一第二或者第三方引起的破坏误操作管道先前遭受破坏蓄意破坏与自然和外力有关失效因素严寒雷电暴雨洪水，地层运动1.1.2 我国天然气管道风险评价现状 在我国，最早由潘家华在1

8、995年全面介绍了美国的管道风险管理手册，引起国内学术界和有关部门的广泛关注4。在工程应用上，一方面，国内的研究人员对管道的风险评估开展了试验性的应用，另一方面，在一些重点工程中，聘请国外的公司对部分管道进行了开工设计前的风险评估。这些工作的开展，对推动我国管道风险评估水平起到了非常重要的作用。总体来看，我国的压力管道的风险评价技术仍处于起步阶段，没有制定出针对我国压力管道实际情况的风险评价技术标准，夜没有相应的管道信息数据库作为支持，需要在今后的研究和实际应用中，紧密跟踪国外的最新研究成果，并不断进行基础数据的积累，结合我国管道的具体情况，组织多学科的技术力量协同解决。由于我国正处在全面建设

9、小康社会的关键时期，以压力管道作为基础设施的建设项目呈大量增长态势，压力管道事故频发，而新时期构建和谐社会的客观需要要求我们要努力杜绝特大事故，降低重大事故，减少一般事故，创造一个人与自然安全协调相处的和谐社会。 近年来，我国除加大对压力管道的安全监察力度外，国家相关部门如国家质量监督检验检疫总局、国家科委以及其他相关部门也加大了对压力管道安全科学技术的科研经费投入和人才培养力度。国家已经并将继续重点依靠压力管道安全科学技术加强对天然气管道的风险评价，来保障压力管道的安全运行。1.2竣工验收的目的和意义天然气管线的施工质量直接关系到人民的生命和财产的安全，为了加强对天然气管线的监督管理，认真贯

10、彻落实天然气管线设计规范和施工，验收规范，就需要依据现行的规范标准对天然气管线进行验收评价5。天然气管线的竣工验收应该是对工程的综合，整体的验收，竣工验收有利于弄清天然气管线的实际承载能力，失效规律，危险有害因素，从而预测管线事故和隐患区段，这对于管线的可靠性，安全运行具有重要的意义。竣工验收也是贯彻“安全第一，预防为主”方针，有利于提高新建天然气管线的本质安全程度。1.3研究内容及亮点1.3.1研究内容根据天然气管道的特点,对天然气管道风险及危险有害因素进行了系统阐释,并对天然气管道风险评价的关键技术的突破和现状作了介绍；通过安全检查表，事故树定性分析天然气管道的主要危险有害因素，通过蒸汽云

11、爆炸模型定量计算天然气管道泄漏爆炸的危害程度，并在定性定量分析的基础上针对主要的风险提出相应的对策措施； 故障树分析是适用于大型复杂系统的可靠性和安全分析的一种技术，本文应用故障树分析的原理尝试建立基于破裂和泄漏两种失效形式的天然气管道故障树，在故障树定性模型的基础上进行管道定量风险分析，达到竣工验收评价的目的7；1.3.2主要亮点选用安全检查表法，事故树分析法(FTA)对管道工程进行定性评价，采用蒸气云爆炸定量模拟进一步分析气源管道工程的危险性；引入故障树分析法,应用故障树分析的原理建立了基于破裂和泄漏两种失效形式的天然气管道故障树,对故障树进行定性分析,求出最小割集,识别了引起管道失效的主

12、要影响因素；引入事故树基本事件结构重要度，通过重要度分析来确定基本事件的发生对顶上事件发生所产生的影响，认为结构重要度能为人们改进系统的安全性提供重要信息。1.4技术路线在现场调查，实验分析的基础上，深入分析新建天然气管线发生失效的众多因素，合理的建立天然气管线失效的故障树分析管道系统的薄弱环节，失效概率，定性定量评价天然气管线的失效危害及损失程度，从而有效的对天然气管线进行安全评价以达到竣工验收的目的8。主要的技术路线如下：安全对 策故障树建立失效因素分析调查分析定性，定量评价图1.1 天然气管线竣工验收安全评价技术路线2 天然气管道风险2.1压力管道事故多发的原因对压力管道构成威胁的因素越

13、来越多，但归纳总结一下，在役压力管道事故多发的原因主要表现为以下几个方面9:压力管道周边安全生态环境遭到破坏，如道路改造、河流箱涵改造、管线改造等，使得原来符合安全要求的管道出现安全隐患，特别是违章建筑屡禁基于故障树分析的长输管道定量风险评价方法研究不止;建筑施工等人为因素造成管道断裂;压力管道腐蚀严重，未及时更新和修补;缺乏科学合理有效的压力管道管理规章和制度;缺乏科学严密的风险辨识预测方法和能力;压力管道检验手段和方法老化，国家有关压力管道的强制性标准落后;监控、决策、调度、信息共享等监控管理水平和层次不高;压力管道风险预警响应能力差。2.2影响天然气管道安全的危害因素分析2.2.1 设计

14、长输管道建设规模大，投资高，勘察设计是确保工程本质安全的第一步，设计质量对工程质量有着直接的影响。精心设计，深入研究，做好多种方案的比选，并遵照有关的工程设计规范，才能使设计方案技术经济合理而且安全可靠性好。设计合理性及其危害主要表现在：管道选线、站场选址管道的路由是设计中非常重要的一项工作。线路的走向、长短和通过的难易程度将对整条管线的投资、施工、运行安全都有很大影响。设计时要注意站场选址及站内的建筑物布局、分区、防火间距、防火防爆等级、消防设施配套、与周围及他建筑物的安全距离等问题，以防相互影响，产生安全事故，并危及相邻设施。工艺流程、设备选型长输管道运行安全与系统总流程、各站场工艺流程及

15、系统设备布置有着非常密切的关系。工艺流程设置合理、设备选型恰当，系统运行就平稳，安全可靠性就高。否则，将给系统安全运行造成十分严重的威胁。在进行水力、热力等工艺计算时，设计参数或工艺条件确定不合理，将造成站场的位置设置或压缩机等设备的选型不当，从而给系统造成各种安全隐患10。管道强度计算管道强度设计计算时，对管道的受力载荷分析不当，或强度设计系数取值有误，将使强度计算产生偏差，造成管材、壁厚的选用不恰当。例如，输气管道是根据管道所经地区的分级或管道穿跨越铁路、公路等级。河流大小等情况，确定强度设计系数。如果管道沿线勘察不清楚，有可能出现地区分级不准确，造成强度设计系数选取不恰当。若这种失误导致

16、管道壁厚计算值偏低，将不能满足现场实际工况的安全；若偏高，将会造成管材不必要的浪费。因此，管道应力分析、强度、刚度及稳定性校核产生偏差，将会造成管道变形、弯曲甚至断裂等严重后果。2.2.2 施工缺陷施工质量的好坏不仅关系到管道的使用寿命，更直接关系到管道的安全可靠性。管道施工缺陷主要有以下几方面：焊接缺陷焊接是管道施工中最重要的一道工序。管道焊缝处产生的缺陷常见有裂纹、夹渣、未熔透、未熔合、焊瘤、气孔和咬边等，管道一旦建成、投产，一般情况下都是连续运行。因此，管道中若存在焊接缺陷，不仅难以发现，而且不易修复，会给管道安全运行构成威胁11。影响焊接质量或产生焊接缺陷的主要因素有：1）焊接方法的影

17、响。手工向下焊工艺采用多机组流水作业，劳动强度较低，效率较高，焊接质量也较好，但焊接质量还取决于焊接环境和焊工素质。2）管口质量差。在钢管运输过程中没有保护好管口，造成如椭圆度超差、局部变形等，若采用强力装配方式进行焊接对口，会在焊缝内产生较高的安装残余应力，造成较大的应力集中。防腐层补口、补伤的质量问题 主要表现：表面粗糙度达不到标准要求；补口时未按规定要求与钢管已有的防腐层进行搭接，或搭接长度不够；补伤时面积不能满足标准、规要求；补口、补伤的粘接力或厚度不符合要求，造成再次损坏或防腐能力不足等。补口、补伤质量较差将会直接影响管道抗腐蚀性能，从而引起管道的腐蚀。管沟开挖及回填的质量问题如果管

18、沟开挖深度或管沟基础不实，特别是采用机械压实时，将造成管道向下弯曲变形；地下水位较高而管沟内未及时排水就敷设管道，会使管道底部悬空，如果夯实不严，极易造成管道拱起变形。回填土的土质达不到规范要求时，其中的石块等可能硌伤防腐层。回填高度、夯实程度不够，会造成管道埋深不够、管沟基础不实等问题12。穿跨越质量问题对于需要穿越公路、铁路及江河等特殊地段的管道， 由于敷设完成以后难以实施再检修等工作，因此，施工质量的优劣对充分保证穿越管道质量显得尤为重要。穿越河流段的管道，当河床受水流冲刷而使其深度逐渐减小，将可能造成管道悬空。对于通航河道，如果进行疏浚或船舶抛锚时，将对管道构成危害。河流堤岸防护工程的

19、施工或公路和铁路养护工程的施工也有可能对管道造成损坏。2.2.3 第三方损伤人为外力损伤已成为天然气长输管道泄漏、火灾、爆炸的主要原因之一。由于长输管道管廊土地所有权属不属于企业，而长输管道线长、面广、点多，所经行政区域范围大，因此造成对管道的管理难度较大，其危害主要表现在以下几方面：建筑、施工损伤管道当管道经过经济发达地区或人口稠密的城镇范围内时，该区域内的建筑物的施工、道路和桥梁等基础设施较多。由于各种施工管理涉及的管理部门众多，在缺乏有效机制和观念淡漠情况下，难以协调，所以在施工时，经常会出现损坏长输管道的现象。在河床上作业损伤管道在河床上进行挖沙、取土、航道清淤等作业时，如果未充分考虑

20、管线的安全，可能造成管道裸露、悬空或破坏。违章建筑占压管道有一些单位和个人受经济利益的驱使，常常忽视安全生产和管理，在管道附近空地甚至管道上修建公路、房屋、建构筑物等，或进行开挖沟渠、挖沙、生产、打井等作业，造成占压埋地管道的现象。这种占压现象，既构成了对管道基础的破坏，引起下沉，又增加了管道的负荷，造成管道弯曲变形甚至损坏。 有意破坏一些不法人员为了获取经济利益，盗、扒管道防腐层，偷盗仪器仪表、阀门或附属设施，并人为蓄意破坏管线其他设施。特别是无人值守的阀室尤为严重。2.2.4 地质灾害对管线造成损坏的地质灾害有：山体滑坡、崩塌以及地面沉降。山体滑坡、崩塌山体滑坡、崩塌除直接成灾外，还常常造

21、成一些次生灾害，如在滑、崩过程中雨水或流水的参与下直接形成泥石流。滑坡、崩塌的发生所形成的岩石或泥石流挤压管道，造成管道出现拉伸、弯曲、扭曲等变形甚至断裂。地面沉降作为自然灾害，地面沉降的发生有着一定的地质原因，也有人为因素，随着人类社会经济的发展、人口的膨胀，地面沉降现象越来越频繁，沉降面积也越来越大，人为因素已大大超过了自然因素。地面沉降会导致管道下部悬空或产生相应变形，严重时发生断裂；造成设备与管道连接处变形或断裂。2.2.5 管道腐蚀的危害腐蚀是造成天然气长输管道事故的主要原因之一。腐蚀既有可能大面积减薄管道的壁厚，从而导致过度变形或破裂，也有可能造成管道穿孔，或应力腐蚀开裂，引发漏气

22、事故。站场的地面管道、设备，由于受到大气中水、氧气、酸性污染物等物质的作用而引起管道腐蚀。长输管道主要采用埋地方式敷设，埋地管道受所处环境的土壤、杂散电流等因素的影响，容易造成管道电化学腐蚀、细菌腐蚀、应力腐蚀和杂散电流腐蚀等。2.2.6 误操作操作失误的主要原因有：管理、操作人员自身技术水平、业务素质不操作人员没有认识到严格执行操作规程、遵守安全生产规定的重要性，有章不循或违章操作。2.3天然气管线生产试运行期危险有害因素输气管线试运行期间存在的主要危险有害因素有管道腐蚀穿孔、管材质量、第三方破坏、自然灾害和穿越因素等。天然气管道在正常运行期间，由于腐蚀穿孔等原因可能引发的天然气泄漏，如果泄

23、漏的天然气遇着火源，将产生喷射火焰，甚至发生火灾、爆炸事故，从而引起热辐射和爆炸冲击波伤害；若泄漏天然气为含硫化氢超标，可能发生硫化氢中毒事故14。表2.1在管道生产试运行过程中的主要危险有害因素危险有害因素原 因后 果腐蚀穿孔防腐措施不当或输送天然气气质超标，腐蚀穿孔引发天然气泄漏；可能导致火灾、爆炸事故；防腐措施不当或输送天然气气质超标，管道腐蚀穿孔引发含硫天然气泄漏；可能发生高浓度H2S致人中毒、死亡；长期接触低浓度的硫化氢，会引起神经衰弱和神经紊乱等症状；管材质量不达标管材质量不合格；管材型号规格与设计不符；可能引发管道裂缝、裂纹、砂眼、爆管等事故；自然灾害山体滑坡、洪水冲刷、泥石流、

24、风雹等自然灾害；可能使管道裸露，严重时使管道拉裂，引发事故；第三方破坏在管道投入正式运行后，违反管道保护条例，在管道附近或上层地面乱搭乱建在修建房屋或进行其它施工时，可能造成管道的损伤，严重时可能发生爆管事故；管道腐蚀穿孔或人为破坏造成天然气外泄处理不及时；对附近居住人员会产生很大的危险，可能造成硫化氢中毒事故发生。管道受压穿越公路的管道因车辆通过而受压，使管道受到影响；严重时可能致使管道疲劳破裂而引发天然气泄漏。3 管道竣工验收风险评价方法3.1风险评价主要方法 安全评价方法是对系统的危险性、危害性进行分析评价的工具。按照是否运用数学方法评价危险性(量化危险程度)，可分为定性评价方法和定量评

25、价方法。定性的评价方法是通过科学方法，找出系统中存在的危害因素，然后根据这些危险危害因素(发生的可能性及产生的后果严重程度，定性得出危险的等级),从技术和管理上提出对策，加以控制，达到系统安全的目的。在天然气管道风险评价中，根据规划资料、现场踏勘，选用安全检查表法，事故树分析法(FTA) 对管道工程进行定性评价，采用蒸气云爆炸定量模拟进一步分析气源管道工程的危险性16。3.1.1事故树分析(FTA)事故树分析是一种演绎的系统安全分析方法。它从要分析的特定事故或故障开始，层层分析其发生原因，一直分析到基本原因；将特定的事故和层层原因(危险因素)之间用逻辑门符号连接起来，得到形象、简洁的表达其逻辑

26、关系的逻辑树图形，即事故树。本评价方法通过对事故树结构进行简化，得到最小割集，确定各基本事件的结构重要度来进行定性分析。3.1.2蒸气云爆炸定量模拟易燃气体泄漏到空气当中，其蒸气与空气混合形成可燃性云雾，当这种云雾的浓度处于爆炸范围内时，遇到火源将发生爆炸，产生冲击波，对周围的人员和设施造成一定的损伤和破坏。 因此，为了进一步说明管道因各种原因发生泄漏后的危害程度，应该对天然气管道泄漏蒸气云爆炸定量计算。并以此计算结果作为定量分析依据。3.2 天然气管道风险评价的定性分析法3.2.1故障树分析法简介故障树分析(FTA)是适合用于大型复杂系统的可靠性和安全分析的一种技术 。它是一种图形演绎法，

27、它把系统不希望出现的事件作为故障树图的顶事件，通过对可能造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素)进行分析，用规定的逻辑符号自上而下的由总体至部分，按树枝状结构逐层细化，分析导致各事件发生的所有可能的直接因素，及其相互间的逻辑关系，并由此逐步深人分析，直到找出事故的基本原因，即故障树图的底事件为止。从而确定系统故障原因的各种组合方式和发生概率，并采取相应的改进措施，提高系统的可靠性。故障树图是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。一个故障树图是从上到下逐级建立并且根据事件而联系，它用图形化”模型”路径的方法，使一个系统能导致一个可预知的，不可

28、预知的故障事件(失效)，路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号(与，或等等)表示。 在建立故障树时要用到许多符号，在建树之前简要介绍一下有关术语和本文所用的符号17。主要符号如表3.1：顶事件:所谓顶事件就是系统不希望发生的事件，也就是要研究的事件。通常选择系统最不希望出现的故障为顶事件，它位于故障树的顶端把它形象地理解为“树根”。中间事件:又称故障事件，它位于顶事件和底事件之间 并紧跟一个辑门表示，可形象地理解为“树枝”。底事件:位于树的底部。底事件可理解为“树叶”。表3.1 事故树分析所用的主要符号名称逻辑符号描述名称逻辑符号描述与门表示仅当所有输入事件发生时，输出事件才发生或门表示至

29、少有一个输入事件发生，输出事件才能发生顶端事件故障树的顶事件组合事件故障树的中间事件基本事件故障树的底事件基本事件如果需要，还可以进一步分析的底事件输入事件转移事件，来自另一个事故树输出事件转移事件， 转移到另一个事故树3.2.2 FTA应用及其研究现状1961年美国贝尔实验室的Watson博士首创了FTA技术，并成功的运用于民兵式导弹发射控制系统的设计之中，60年代初，FTA在航空业中得到应用，推动了它的发展。从60年代初期到70年代，利用FIA定量分析有了迅速的发展，并且成为原子反应堆，化学工厂等一些单位对可靠性、安全性有特别要求的系统不可缺少的分析方法之一18。目前，FTA己从宇航、核能

30、，进入一般电子、电力、化工、机械、交通乃至土木建筑等领域，科学工作者和工程技术人员愈来愈倾向于采用FTA作为评价系统可靠性和安全性的手段，用FTA来预测和诊断故障，分析系统薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。我国的FTA技术引进较晚。 1980年首次介绍了FTA技术，FTA作为系统可靠性分析的有力工具，在航天、航空、核能、电子、化工等领域被相继引用，大批学者和研究人员对其的开发，应用作了广泛的研究。经过近四十年的发展，FTA技术己经有相对成熟的理论，并在许多领域内得到广泛应用。利用FTA，可以对系统的可靠性进行定性分析和定量计算，求出系统的所有失效模式组合，确定系统中的关键部件和重

31、要度，反过来又可以帮助设计人员进行系统的可靠度分配等设计工作。本文将故障树分析法应用于天然气长输管线系统进行竣工验收的可靠性分析，首先需要建立长输管线故障树。3.3 天然气管道故障树的建立3.3.1故障树的建立的步骤根据故障树顶端事件的确定原则:根据可能发生事故的危险程度，把对系统影响大的灾害或事故作为分析对象，即顶事件。顶事件是故障树分析的起点和主体。确定顶事件应针对分析对象的特点，抓住主要的危险(事故状态)，按照一种事故编制一个树的原则进行具体分析。FTA分析的过程，是对系统深入认识的过程，它要求分析人员要把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，以便在分析过程中发现

32、并及时解决问题，从而提高系统可靠性19。其分析步骤如下图3.1:故障树的定性分析（故障树简化或者模块化，求最小割集，最小径集）选择合理顶事件，确定边界定义和故障规则建造故障树故障树定量分析（求顶事件发生概率，重要度分析）确定薄弱环节采取措施提高系统可靠性图3.1 故障树建立步骤FTA技术实用于:系统的可靠性分析，可靠性特征量的定量计算;系统的安全分析和事故分析，寻找薄弱环节、制定预防措施;系统的风险评价;系统部件的重要度分析;故障诊断和检修表的制定。3.3.2 建立事故树 根据顶上事件的确定原则，天然气管道的事故树的顶上事件为“天然气管道泄漏”。根据相关分析，逐层确定各种原因，建立了天然气管道

33、泄漏事故树，见下图3.2所示，20 天然气管道断裂属于泄漏的一种特殊情况，专门建立的事故树见图3.3。 图3.2 天然气管道泄漏事故树图3.3 天然气管道断裂事故树表3.2 事故树中各符号含义符号事件符号事件符号事件F1抗腐蚀性能差F16管材加工质量差F31人员状况F2输送天然气含水F17金相组织不均匀F32通信、控制F3含H2SF18管材含杂质F33设备F4含CO2F19晶粒粗大F34仪器F5含O2F20安装质量差F35材料机械性能差F6清管效果差F21焊接质量差F36管道处违章施工F7阴极保护失效F22管沟质量差F37地质、自然灾害F8防腐绝缘层质量差F23机械损伤F38管道附近滑坡、塌方

34、等F9材料抗腐蚀性能差F24管线构造力学模型建立F39人为破坏F10土壤氧化还原电位高F25管线设计安全系数选取F40沿线压管严重F11土壤含水率高F26管线地基土壤参数确定F41存在应力集中F12土壤含硫化物F27管线疲劳强度分析F42存在残余应力F13土壤PH值低F28管线表面缺陷F43内应力较大F14土壤含细菌F29管线椭圆度不达标F15土壤含盐高F30管线壁厚不均匀3.4 事故树分析事故树定性分析的任务是求出事故树的全部最小割集。所谓最小割集，是指导致顶上事件发生的所有可能的基本事件的最小限度集合。当集合中的全部基本事件都已发生时，顶上事件必然发生。其基本原理是从顶上事件开始，由顶上向

35、下部进行，与门增加割集的容量，或门增加割集的数量。每一步按上述原则自上而下排列，直到全部逻辑门都置换为基本事件，再利用布尔代数法则，进行简化吸收，得到全部最小割集。图中事故树的全部最小割集为：T=T1+T2T1=F1F2F3F6+F1F2F4F6+F1F2F5F6+F7F8F9F10+F7F8F9F11+F7F8F9F12+F7F8F9F13+F7F8F9F14+F7F8F9F15+F8+T2= F9F41+ F9F42+ F9F43+F2F3F9+F2F4F9+F2F5F9+最小割集为：P1=F8 P2=F16 P3=F17 P4=F18 P5=F19 P6=F20P7=F21 P8=F22

36、 P9=F23 P10=F24 P11=F25 P12=F26P13=F27 P14=F28 P15=F29 P16=F30 P17=F31 P18=F32P19=F33 P20=F34 P21=F35 P22=F36 P23=F37 P24=F38P25=F39 P26=F40 P27=F1F，2F，3F6，P28=F1，F2，F4F6P29=F1，F2，F5，F6 P30=F9，F41 P31= F 9，F42 P32= F9，F43 P33=F2，F3，F9 P34=F2，F4，F9P35=F2，F5，F9根据计算可知：事故树的最小割集共有35个，35个最小割集表示了天然气管道失效事故发

37、生有35个模式，从求事故树的最小割集分析可知，最小割集越多，表示系统安全性越低，一个最小割集代表一种事故模式，因此，最小割集数目越少，发生事故的可能性相应降低。如P1表示若防腐绝缘层质量差就可能导致管道缺陷而发生泄漏，使管道失效；P27表示若管道抗腐蚀性能差，输送的天然气中又含有水、H2S，清管效果差，致使水、酸性气体聚集在管道中，使管道腐蚀损坏从而导致管道失效。其它最小割集物理意义类推。3.5事故树基本事件结构重要度结构重要度分析是分析是从事故树结构上分析各基本事件的重要程度，即在不考虑基本事件发生概率，或者说假定各基本事件发生的概率都相的情况下，分析各基本事件的发生对顶事件发生所产生的影响

38、程度，基本事件结构重要度越大，它对顶事件的影响程度就越大。结构重要度分析方法有两种：一种是求结构重要系数，另一种是利用最小割集或最小径集判断重要度。前者精确，但烦琐，后者简单，但不够精确。考虑事故影响模式有轻重缓急，通常在生产中用第二种已经能够满足工程要求。只从事故树树形结构方面分析，各基本事件所处理位置和分布的割集(或径集)的情况来判定各基本事件的重要程度称结构重要度。其基本判断原则有：一阶最小割集中的基本事件结构重要度大于所有高阶最小割集中基本事件的结构重要系数。仅在同一最小割集中出现的所有基本事件，结构重要系数相等几个最小割集均不含共同元素，则最低最小割集中基本事件重要系数大于高阶割集中

39、基本事件系数。阶数相同，重要系数相同。比较两基本事件，若与之相关的割集阶数相同，则两事件结构重要系数大小由他们出现的次数决定，出现次数大的系数大。相比较的两事件仅出现在基本事件个数不等的若干最小割集中。若它们重复在各最小割集中出现次数相等，则在少事件最小割集中出现的基本事件机构系数大。因此是：在割集中事件数量相同时，出现次数多的事件其结构重要度大；在出现次数相等时，在事件割集中出现的事件其结构重要度大; 也可以根据简易法则可判定：所有一阶最小割集中的基本事件结构重要度最大；即：F8，F9，F10，F13，F40是管道失效模式事故树中我们最应该必须注意，最重要的参数指标。因此，在设计施工中，要按

40、照国家规范，相应的法律法规，确保质量达标。这26个指标同样重要，必须预留更多的安全储备，确保管道经久耐用，做到无腐蚀，无泄露，无爆炸，确保人民的生命财产。F2、F9基本事件结构重要度其次。这就表明天然气水分含量过高，易引起管道腐蚀，管道的材质抗腐蚀性能重要，本气源工程输送的是净化天然干气，内部腐蚀情况轻微，建议本管道工程把防腐注意力集中在管道外防腐。外防腐全部采用三层PE普通级防腐层，特殊地段采用加强级防腐层，所有冷弯弯管采用三层PE防腐，热煨弯头采用辐射交联聚乙烯热收缩套搭接防腐，环焊缝补口采用聚乙烯热收缩套（片）防腐，阴极保护采用牺牲阳极阴极保护。结构重要度大的说明最重要，但是从基本事件可

41、以看出，一阶割集中的基本事件，属于设计、施工以及人员方面，若在施工、设计中把好关，针对实际采取可行的防腐、防应力突变、防第三方破坏的措施，在将来的运行管理中，加强线路巡查，发现问题及时处理，并依靠先进科技监测运行参数，就可以使管道失效的概率大大降低。4 天然气管道风险评价的定量分析4.1蒸气云爆炸定量模拟计算当天然气管线发生爆裂时，天然气会大量泄漏，若在地面形成一个蒸气云团，遇着火源可能发生爆炸事故，后果会十分严重，因此对其进行定量分析评价。由于管道所经区域为高低起伏的类地区，全年静小频率风较高，若发生事故时发现或处理不及时，易形成蒸气云产生较大危害。建议安装防爆排风设备,一旦发生天然气泄漏,

42、强制扩散,使其达不到爆炸浓度。4.2 最大泄漏量的计算根据初设提供数据：管道设计压力.MPa，管径为426mm，日输气量为155104m3/d。气体泄漏时，按照5分钟内能够有效截断进行后果模拟计算，由初始条件可计算出最大泄漏量:V15104/（2460）5=3472m3 (4.1)4.3 蒸气云爆炸的冲击波的损害半径计算公式R=C5(NE)1/3 (4.2)式中：损害半径，m；经验常数，取决于损害等级，其取值情况见表4.1；效率因子，此处取100%；爆炸能量，kJ，E=VHC；其中V为参与反应的可燃气体的体积（m3）, HC为可燃气体的高燃烧值（天然气取为39860kJ/m3）。计算结果参见下

43、表4.1。表 4.1 蒸气云爆炸损害半径及其结果对照表损害等级设备损坏人员伤害损害半径/m1重创1%死亡于肺部伤害；大部分人耳膜破裂，被碎片击伤74000.032损坏建筑外表，可修复1%耳膜损坏，1%被碎片击伤148.000.063玻璃破碎被碎玻璃击伤370.000.15410%玻璃破碎985.000.44.4 蒸气云爆炸定量模拟计算结果分析以泄漏5分钟为例，分析计算结果：当天然气非正常泄漏发生蒸气云爆炸事故时，距离泄漏点中心位置1000m内的人员、设备将受到不同程度的损害，75m内半径的人和物将受到重创。管线经过的地区，属天然气工程四类地区，当天然气非正常泄漏发生蒸气云爆炸事故时，有可能造成

44、比计算值更为严重的人员伤亡和财产损失，后果十分严重，泄漏时间越长，危害越大。5 减少天然气管道安全危害因素的建议及对策5.1 建议5.1.1 严把设计关，确保设计质量设计工作是保障管道安全的第一个重要环节，站场的设计在符合规范和标准的情况下，要尽可能方便运行和维修。输气站场的位置选择必须严格按设计规范的要求，考虑与周围建筑、城市、村庄、公路的安全防火距离，应避免在低洼处进行选址。站场设备、设施的选择要可靠并考虑合理的备用。要按有关规范设计必要的安全火防爆设施。通信、自动化系统的设计要可靠。管道干线设计要合理选择路由、工作压力、管材的防腐形式，特别是在人口稠密区及滑坡、地面沉降、泥石流等地质灾害

45、多发区等特殊地段，必须充分考虑相关因素并采取针对性的保护措施。线路截断阀选择要可靠，确保需要时及时关闭。另外，建议要给予设计工作充分的时间保证，设计方案要反复论证取其最优，特别是涉及到定向钻、顶管穿越高速公路、铁路、特大型河流时，一定要充分论证，避免由于比选仓促而造成的设计缺陷。5.1.2 严格施工管理，确保施工质量施工质量是关系到管道能否安全、平稳投产和运行以及减少事故发生的关键。施工过程中除了要遵守国家、行业有关施工规范和符合设计要求外，还应注意以下几个方面的问题：根据管材情况，在经过严格的焊接工艺评定的基础上，优先出适用的焊接材料并制定出严格的焊接工艺规程，物质采办、工程施工、监理等各方

46、面要严格执行以确保焊接质量。对地质灾害多发地段的护坡、水工保护等工程的施工，应该严格管理，按照设计要求施工并确保施工质量。管道焊缝处的防腐补口问题需要引起高度重视，应该选用合格的高质量的补口材料，在补口作业时要严格按照工艺要求操作，保证补口质量，防止留下隐患。管道施工过程中，应该科学组织、文明施工，尽量避免管道防腐层的损坏和管体的损伤等，一旦发生损伤必须采取内部的清理，防止泥土、手套、焊条、焊接工具等杂物遗留在管道内。5.1.3 强化运行管理，杜绝操作失误一条输气管道建成投产后，管理跟不上或操作失误直接导致事故的发生或造成事故的扩大和损失的增加。因此必须采取有限措施，根据输气管道的特点，建议重

47、点在以下几方面加强管理：应根据管道运行状况，合理制定清管周期并及时组织管道的清管工作。特别是投产初期更应引起注意。加强运行管理。要有完善的安全管理规章制度、操作规程和事故预案。 要确保阴极保护系统的正常运行，对管道腐蚀状况要进行监测，发现问题及时采取措施。 要有一支精干、高效的维抢修队伍。配备完善的维抢修机具，确保事故状态下及时到位，并在最短时间内完成抢修作业。5.1.4 加强沿线的巡查制定完善的管道巡线制度，要利用GPS定位仪等先进的设备进行沿线的巡查， 定期监测管道埋深，特殊管段重点巡查，防止违章建筑占压管道，最大限度地减少自然灾害和人为因素的破坏。5.1.5 加大天然气管道安全保护工作的

48、宣传力度管道沿线各地、各有关部门要加强对沿线群众的管道设施安全保护的宣传教育，增强广大人民群众对天然气管道安全重要性和违规行为危险性知识的认识和了解，强化天然气管道安全保护意识，努力营造群众参与监督、全社会广泛支持的保护天然气管道安全的浓厚氛围。5.2 对策措施5.2.1 防用电事故对策措施编制临时用电方案，确定变压器容量、导线截面和电器开关类型等;变压器设在施工现场边角处，并设围栏；根据用电位置，在主干线电杆上装设分线箱;在施工现场专用中性点直接接地的电力系统中，必须采用TN-S接零保护系统，电气设备的外壳必须与专用保护零钱连接。不得在同一供电系统中有的接地，有的接零;工地内架设的电力及照明

49、线路，其悬吊高度及距工作地点的水平距离按当地电力部门的规定执行;工地内的电线按标准架设。不得将电线捆在无瓷瓶的钢筋、树木、脚手架上；露天设置的闸刀开关装在专用配电箱里，不得用铁丝或其它金属丝替代保险丝;生活区室内照明线路用瓷座固定，电线接头牢固，并用绝缘胶布包扎；保险丝按实际用电负荷量装设;使用高温灯具，与易燃物的距离不得小于1m，一般电灯泡距易燃物品的距离不得小于0.5m。电工操作接近高压线时，必须符合安全距离;移动式电动机具设备用橡胶电缆供电，经常注意理顺；跨越道路时，埋入地下或穿管保护；电器设备的传动轮、转轮、飞轮等外露部位必须安设防护罩;在施工作业区、施工道路、临时设施、办公区和生活区

50、设置足够的照明。5.2.2 管道试压过程的安全对策措施天然气管道在安装前，应严格质检：试压时的升压速度不宜过快，压力应缓慢上升，每小时升压不超过1Upa。试压合格后用空气进行严密性试压，其压力等于设计压力，24小时压力降不大于1试验压力值。在天然气管道投产前，充分消除管道内可能局部存在的积水。全线投入运行后，应认真检查各种设备、仪器仪表工作是否正常，各运行参数是否符合要求，工艺流程、阀门开关是否正常，发现异常情况应及时分析处理。5.2.3 试运行期管理安全对策措施 严格执行安全生产制度及操作规程，项目设备安装后必须整体试压，合格后才能投使用。管道和仪表严禁超压工作，若因生产需要提高压力时，应经

51、鉴定，试验合格后方能进行。定期检查防雷、防静电及保护接地电阻。对重大突发性事故，如地震、洪灾、泄漏、爆管及用户停产等紧急情况，必须及时采取应急措施，防止事态扩大，必须及时向领导、上级调度汇报，并经批准，下临时输供气计划和输供气流向调整的调度指令，并组织有关部门（或单位）进行事故处理。制定特殊危险事件及突发事件的应急预案，并进行必要的实战演练，保证突发情况下的应急处理能力。 5.2.4 检修的安全对策措施一旦发现管道或阀门有漏器气现象，立即向安全主管部门和生产调度部门汇报，现场人员用最快的方法立即关闭阀门，切断气源。用鼓风机或等一段时间待漏出的气体扩散开后，才允许工作人员进入现场进行抢险作业。在

52、进行气割与电焊时，要有确认后的安全措施才能动工，并严格执行动火三级审批制度。在管线、设备置换空气过程中，要严格控制气体流速（不超过5m/s），并加隔离球，以防天然气与空气混合后达到爆炸极限，待确认末端取样分析含氧量小于2时，才算置换合格。不合格不能进入下一道作业工序。5.2.5 职业健康保护防窒息措施：天然气主要成分是甲烷，它是一种窒息性气体，因此，在设备检修中应特别注意甲烷窒息事故的发生。为了防止在部分装置停产检修或紧急抢修发生甲烷窒息事故，检修前应充分做好防窒息准备工作，如：有害气体的隔离、装置清洗、惰性气体（N2）置换、空气吹扫置换、有害气体监测、O2含量分析等。在完全确认安全后才能拆开

53、设备和入内进行检修。同时，在检修中必须认真作好检测和监护，并采取有效防范措施。在有限空间内作业时应有两人，其中一人在外监护，并具备必要的现场应急救援工具（手段）。防爆措施：1)集气站场防爆措施：a.集气站场的设备、管道设计压力均按规范规定确定，集气站设计系数为0.5（相当于2.0安全系数）。b.为了防止泄漏引起爆炸、燃烧，对站场配备便携式可燃气体检测仪，供操作工定时巡回检查时使用，一旦天然气泄漏会发出警报，以便防患于未然。c.集气站场的总体布置按设计规范进行，保持各区的安全距离，设有万一发生事故情况下的紧急逃生通道和疏散口。d.集气站内的电气设计按防爆范围等级采用防爆电器，发避免可能泄漏的天然

54、气遇电火花而产生爆炸。e.集气站场设计上采用了防雷和防静电火花与天然气接触发生爆炸危害的措施。f.在站场生产区内设置安全警示语等标志牌，严禁携带火种、吸烟和敲击发生火花2）管道防爆措施：a.管道强度结构设计按设计规范执行，根据管道所经的不同地区分别采用不同的强度设计系数，提供不同的强度储备来保证管道不发生强度爆炸和减小爆炸的危害性。b.按施工验收规范对管道焊缝进行无损检验，保证焊接质量。天然气管线的其他防护措施：1）防噪声保护a.选用低噪声的设备，控制分离器进出口气体流速。b.减少或限制在噪声区工作人员的数量，按要求配备人员防护设备，减轻噪声危害。c.对经常在噪声区工作人员进行听力检查，进行医疗保护，当噪声超过国