輸氣站場(chǎng)站設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)概率探討

趙紅波 何沛璐 劉 軍（中石化西南油氣分公司，四川 德陽 618000）

輸氣站場(chǎng)站設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)概率探討

趙紅波 何沛璐 劉 軍
（中石化西南油氣分公司，四川 德陽 618000）

摘 要：輸氣站運(yùn)行過程中，面臨著各方面的風(fēng)險(xiǎn)因素，尤其是場(chǎng)站設(shè)備所面臨的風(fēng)險(xiǎn)，并且各個(gè)設(shè)備之間的風(fēng)險(xiǎn)是相互影響的，做好各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)概率的評(píng)價(jià)工作，制定出有效的風(fēng)險(xiǎn)控制策略是非常必要的，本文就主要結(jié)合輸氣站場(chǎng)站設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)輸氣站場(chǎng)站設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

關(guān)鍵詞：輸氣站；場(chǎng)站設(shè)備；風(fēng)險(xiǎn)概率

定量評(píng)價(jià)法與半定量評(píng)價(jià)法是輸氣站場(chǎng)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中最為常用的兩種評(píng)價(jià)方法，有研究指出多米諾效應(yīng)是導(dǎo)致重大安全事故的一個(gè)重要因素，因此本次研究中在對(duì)輸氣場(chǎng)站的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，引入多米諾效應(yīng)，這有利于對(duì)輸氣場(chǎng)站設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施客觀實(shí)際的評(píng)價(jià)。

一、輸氣站場(chǎng)站設(shè)備的固有風(fēng)險(xiǎn)

在實(shí)際的輸氣場(chǎng)站設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)分析過程中，為了保證分析方法的科學(xué)合理性，將設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)劃分為多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)與固有風(fēng)險(xiǎn)兩種類型，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)步驟主要表現(xiàn)為：先對(duì)設(shè)備的固有風(fēng)險(xiǎn)開展評(píng)價(jià)，然后再對(duì)設(shè)備的多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)開展評(píng)價(jià)，然后能夠在此基礎(chǔ)上得到場(chǎng)站設(shè)備的總風(fēng)險(xiǎn)。

首先對(duì)輸氣站場(chǎng)站設(shè)備的固有風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，在對(duì)設(shè)備的失效概率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)方法，應(yīng)用設(shè)備的管理因子與損傷因子來對(duì)設(shè)備的失效頻率進(jìn)行修正，從而得到設(shè)備的失效概率，其計(jì)算公式為：Pf=gff×Df×FMS，其中式中FMS表示的含義是企業(yè)的管理因子；Df表示的含義是：設(shè)備的損傷因子；gff表示的含義是：設(shè)備的通用失效頻率；Pf表示的含義是設(shè)備的失效頻率。

設(shè)備的危險(xiǎn)指數(shù)反映了事故后果的嚴(yán)重程度，可以依據(jù)TNO所發(fā)布的《定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》中的危險(xiǎn)系數(shù)模型來進(jìn)行改進(jìn)，其計(jì)算公式如下式所示：

上式中，MF表示的含義是：物質(zhì)系數(shù)，若場(chǎng)站中的氣體是天然氣，那么取其值為21；Glim表示的含義是：設(shè)備中的危險(xiǎn)物質(zhì)的臨界流量，對(duì)于天然氣來說，其取值為884.62kg/s；O1表示的含義是：設(shè)備的工藝穩(wěn)定性因子；O2表示的含義是：設(shè)備的外屏蔽因子；O3表示的含義是：物質(zhì)泄漏相態(tài)因子；G表示的含義是：設(shè)備中的危險(xiǎn)物質(zhì)的流量；C表示的含義是設(shè)備的危險(xiǎn)指數(shù)。因此場(chǎng)站設(shè)備的固有風(fēng)險(xiǎn)可以用下式來進(jìn)行計(jì)算：RI=Pf×C。

二、輸氣站場(chǎng)站設(shè)備的總風(fēng)險(xiǎn)

在輸氣站場(chǎng)站設(shè)備出現(xiàn)初始事故之后，其所產(chǎn)生的碎片、超壓及熱輻射等可能會(huì)導(dǎo)致附近的設(shè)備失效，導(dǎo)致出現(xiàn)多米諾效應(yīng)事故，依據(jù)相關(guān)的研究，考慮到輸氣站場(chǎng)站自身的特點(diǎn)，應(yīng)該對(duì)蒸汽云爆炸出現(xiàn)的沖擊波超壓所導(dǎo)致的設(shè)備失效情況予以綜合的考慮。首先對(duì)初始事件的概率計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，若在輸氣站場(chǎng)站設(shè)備中出現(xiàn)了泄露，其發(fā)生蒸汽云爆炸的概率為0.04，那么其初始事件的概率值為：P0=0.04Pf，其中Pf表示的含義是設(shè)備的失效概率。

對(duì)多米諾效應(yīng)概率進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，一旦場(chǎng)站設(shè)備出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，天然氣泄露的速率與其工藝條件與物理性質(zhì)有著直接的關(guān)系，若氣體表現(xiàn)為音速流動(dòng)：

那么天然氣的泄露速率就可以用下式來進(jìn)行計(jì)算：

若氣體表現(xiàn)為亞音速流動(dòng)：

那么在天然氣泄露速率的計(jì)算過程中，可以用下式來進(jìn)行計(jì)算：

上式中，T表示的氣體溫度，R表示的含義是：氣體常數(shù)，其值為：8.314J/mol×K；k表示的含義是：絕熱指數(shù)，其中天然氣的絕熱指數(shù)值為1.3；M表示的含義是：分子量；Ps表示的含義是：大氣壓力； P表示的含義是：設(shè)備的運(yùn)行壓力；A表示的含義是：孔口面積；Cd表示的含義是：泄露系數(shù)；qm表示的含義是：氣體的泄露速率。那么天然氣的泄露總量可以用下式來進(jìn)行計(jì)算：W=qmt，式中t表示的含義是氣體的泄露時(shí)間；W表示的含義是：氣體的泄露總量。

對(duì)于蒸汽云爆炸所導(dǎo)致的沖擊波超壓值是依據(jù)TNT當(dāng)量法來開展計(jì)算，可燃?xì)怏w的爆炸總能量表示為：E=1.8αWQ，其中Q表示的是：可燃?xì)怏w的燃燒熱；W表示的是：可燃?xì)怏w的質(zhì)量；α表示的是可燃?xì)怏w的蒸汽云當(dāng)量系數(shù)；E表示的是：爆炸總量；1.8表示的是：地面爆炸系數(shù)。爆炸沖擊波正相最大超壓可以用下式來進(jìn)行計(jì)算：

△p=p0exp（-0.9216-1.5058+ 0.166ln2r-0.0320ln3r）

r=D（ps/E）1/3

上式中，ps表示的含義是：大氣壓；D表示的含義是目標(biāo)到蒸汽云中心的距離；r表示的含義是無量綱距離。應(yīng)用基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展函數(shù)模型來對(duì)沖擊波超壓所導(dǎo)致的目標(biāo)設(shè)備損壞的可能性進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式可以用下式來進(jìn)行表示：

上式中，Y表示的含義是：目標(biāo)設(shè)備損壞的概率的概率單位值；f表示的含義是：目標(biāo)設(shè)備發(fā)生損壞的可能性。場(chǎng)站設(shè)備的多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)可以用下式來進(jìn)行表示：

為了對(duì)上文中的輸氣站場(chǎng)站設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算有一個(gè)具體的分析，將東岳輸站的組合式分離器作為實(shí)例，應(yīng)用上文中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法來對(duì)其場(chǎng)站設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算進(jìn)行分析，為了計(jì)算方便，只對(duì)一層的多米諾效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于場(chǎng)站設(shè)備的二次事故的多米諾效應(yīng)不予考慮。首先簡(jiǎn)單了解該分輸站的概況，該輸氣站的天然氣處理量為1000000m3/d，其運(yùn)行溫度值為10℃～30℃，運(yùn)行壓力值為0.6MPa～2.2MPa，從其場(chǎng)站的基本概況可以看出，該輸氣站場(chǎng)站的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工藝管道風(fēng)險(xiǎn)，本次研究中所分析的場(chǎng)站設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)主要是對(duì)輸氣站中的主要設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行那個(gè)分析，包括：調(diào)壓撬、計(jì)量撬、組合式分離器、清管器收發(fā)球筒等，該輸氣場(chǎng)站中的所有設(shè)備都是露天布置。

對(duì)該分輸站中的分離器的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，該分離器為重力式過濾分離器，其容積為7.35m3，材質(zhì)為16MnR，壁厚為35mm，設(shè)計(jì)溫度為-20℃～80℃，運(yùn)行壓力值為3.5MPa，設(shè)計(jì)壓力值為4MPa，其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：GB150-1998，對(duì)該輸氣站的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到其外腐蝕速率值為0.014mm/a，在該分離器的筒體內(nèi)壁上存在有局部的腐蝕情況，并且其蝕坑形成為直徑6mm的圓形分布，其局部的腐蝕速率為0.11mm/a，總體上來講，其應(yīng)力腐蝕程度是比較低的，在當(dāng)前工況條件下，該分離器中的天然氣的燃燒熱為5100kJ/kg，天然氣的溫度為20℃。

首先對(duì)分離器的固有風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，通過該分離器的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)及運(yùn)行條件，能夠得到設(shè)備各項(xiàng)的損傷因子與設(shè)備的總損傷因子，對(duì)該輸氣場(chǎng)站的管理系統(tǒng)實(shí)施評(píng)價(jià)，得到其總的得分為720分，并且能夠通過計(jì)算得到其管理修正因子為0.363，通過查詢同類型設(shè)備的失效頻率數(shù)據(jù)庫，能夠得到該分離器的通用失效頻率值為1.0×10-4，通過計(jì)算得到其分離器的失效概率值為3.32× 10-4，對(duì)該分離器的危險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行分析，由于所有設(shè)備都是在露天進(jìn)行布置，所以并沒有防護(hù)堤等設(shè)施，并且其泄露相態(tài)都是氣相，O1、O2、O3的取值分別我1、1、10，從而計(jì)算得到各個(gè)設(shè)備的危險(xiǎn)指數(shù)。由此可以計(jì)算出其固有風(fēng)險(xiǎn)的值為7.54×10-3。

對(duì)該分離器的多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，其發(fā)生蒸汽云爆炸的概率值為1.33×10-5，結(jié)合該分離器的局部復(fù)式尺寸以及其泄露氣體為音速流動(dòng)，能夠進(jìn)行其天然氣泄露速率、泄露總量及多米諾事件概率的計(jì)算，最終得到該分離器多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)值為：3.54×10-3，結(jié)合上文中所計(jì)算的分離器固有風(fēng)險(xiǎn)，能夠得到該分離器的總風(fēng)險(xiǎn)為：1.108×10-2。

通過對(duì)本次研究中所選的輸氣站場(chǎng)站設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析實(shí)例進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在場(chǎng)站設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)分析過程中，若將多米諾風(fēng)險(xiǎn)考慮在內(nèi)，那么該分離器的總的風(fēng)險(xiǎn)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固有風(fēng)險(xiǎn)，這一分析結(jié)果與輸氣站場(chǎng)站運(yùn)行條件的特殊性能夠保持一致，通常情況下，天然氣輸氣場(chǎng)站具有易燃易爆、高壓等特點(diǎn)，一旦發(fā)生多米諾事故，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，沖擊波超壓會(huì)對(duì)分離器造成損壞，同時(shí)場(chǎng)站中的其他設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，因此，在實(shí)際的輸氣站場(chǎng)站設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析工作中，應(yīng)該對(duì)多米諾風(fēng)險(xiǎn)予以足夠的重視。另外一個(gè)值得注意的問題是，一旦輸氣站場(chǎng)站中的各個(gè)設(shè)備之間的間距發(fā)生了變化，也會(huì)對(duì)設(shè)備的多米諾風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生較大的影響，由此可見，在輸氣站場(chǎng)站分析工作中，將多米諾風(fēng)險(xiǎn)考慮在內(nèi)的情況，即便是各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)保持一致，也有可能出現(xiàn)各種不同的風(fēng)險(xiǎn)排序，在開展風(fēng)險(xiǎn)分析的過程中，應(yīng)該對(duì)各種因素予以綜合的考慮，以便于所計(jì)算的輸氣站場(chǎng)站設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)概率的準(zhǔn)確性。

結(jié)語

輸氣站場(chǎng)站由于具有易燃易爆、高壓的特點(diǎn)，屬于高危場(chǎng)所，其運(yùn)行過程中面臨著較大的風(fēng)險(xiǎn)，加大其設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析，有效降低設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，保證場(chǎng)站的安全運(yùn)行是非常必要的，本文就主要結(jié)合相關(guān)實(shí)例，對(duì)輸氣站場(chǎng)站設(shè)備的各種風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，對(duì)于實(shí)際的輸氣站場(chǎng)站設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防工作具有一定的參考價(jià)值。

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上式中Ci表示的含義是：第i個(gè)設(shè)備的危險(xiǎn)指數(shù)。因此，設(shè)備的總風(fēng)險(xiǎn)可以通過下式來進(jìn)行計(jì)算：

R=RI+RD

三、相關(guān)實(shí)例分析

中圖分類號(hào)：TE88

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A