中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)學(xué)院

輸氣管道壓氣站完整性管理

朱喜平 張來(lái)斌 梁 偉

中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)學(xué)院

針對(duì)壓氣站完整性管理缺乏系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀，在確定壓氣站安全生產(chǎn)管理風(fēng)險(xiǎn)、工藝風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)四大類風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，提出了壓氣站完整性管理體系框圖，制定了壓氣站完整性管理流程和壓氣站完整性管理文件體系，選擇合適的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的信息管理平臺(tái)，構(gòu)建壓氣站完整性管理平臺(tái)，較為系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)壓氣站完整性管理，實(shí)現(xiàn)壓氣站完整性管理科學(xué)化、系統(tǒng)化和平臺(tái)化。

天然氣；壓氣站；風(fēng)險(xiǎn)；完整性管理

壓氣站是天然氣管道的心臟，實(shí)施壓氣站的完整性管理首先要建立一套壓氣站完整性管理文件體系，用來(lái)指導(dǎo)壓氣站完整性管理工作，然后選擇合適的檢測(cè)技術(shù)和評(píng)價(jià)技術(shù)，結(jié)合日常管理和現(xiàn)有的管理平臺(tái)，構(gòu)建壓氣站完整性管理平臺(tái)。

1 完整性管理體系

壓氣站完整性管理是一種安全管理方法，其核心也是識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和消減風(fēng)險(xiǎn)。要實(shí)施壓氣站的完整性管理要求對(duì)壓氣站的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面識(shí)別，確定完整性管理的內(nèi)容，從而建立壓氣站完整性管理體系。對(duì)壓氣站全面風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，確定壓氣站的風(fēng)險(xiǎn)主要有安全生產(chǎn)管理風(fēng)險(xiǎn)、工藝風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)四大類風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)建立壓氣站完整性管理體系[1]，如圖1所示。

圖1 壓氣站完整性管理體系結(jié)構(gòu)

2 完整性管理文件體系

根據(jù)完整性管理的文件需求，結(jié)合現(xiàn)有的與壓氣站完整性有關(guān)國(guó)家和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、程序文件和作業(yè)文件，建立壓氣站完整性管理文件體系。依據(jù)完整性管理文件對(duì)壓氣站風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，采用科學(xué)的方法對(duì)識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備通過完整性評(píng)價(jià)來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際大小，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行維修和技改工作，然后進(jìn)行效能評(píng)價(jià)。根據(jù)壓氣站管理的特點(diǎn)，建立了壓氣站完整性管理流程，如圖2所示。

圖2 壓氣站完整性管理流程

3 完整性管理評(píng)價(jià)技術(shù)

壓氣站設(shè)備種類繁多，針對(duì)不同設(shè)備采用不同評(píng)價(jià)方法。常用的方法有：基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）技術(shù)、可靠性為中心的維護(hù)（RCM）技術(shù)、安全完整性等級(jí)評(píng)估（SIL）技術(shù)和區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（QRA）技術(shù)等。

3.1 基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RiskBasedInspection，RBI）技術(shù)是解決壓氣站內(nèi)壓氣容器及管道等靜設(shè)備安全評(píng)價(jià)的有效方法，壓氣站的RBI評(píng)價(jià)流程如圖3所示。

圖3 RBI評(píng)價(jià)流程

3.2 以可靠性為中心的維護(hù)

以可靠性為中心的維修（ReliabilityCentered Maintenance，RCM）是用以確定設(shè)備預(yù)防性維修工作、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法[2]。RCM方法適用于壓縮機(jī)站的壓縮機(jī)等大型設(shè)備，通過RCM可以大大優(yōu)化此類維修工作。壓氣站RCM評(píng)價(jià)流程如圖4所示。

圖4 RCM評(píng)價(jià)流程

3.3 安全完整性等級(jí)分析

安全儀表系統(tǒng)（SafetyInstrumentedSystem，SIS）是生產(chǎn)過程中的一套包括傳感器、邏輯運(yùn)算器和最終執(zhí)行元件的自動(dòng)安全保護(hù)系統(tǒng)，能夠檢測(cè)裝置的異常動(dòng)作，并對(duì)可能發(fā)生的潛在危害做出相應(yīng)動(dòng)作的系統(tǒng)[3]。SIL（SafetyIntegrityLevel）即安全完整性等級(jí)，是衡量SIS可靠性的定量指標(biāo)，表示在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)的所有規(guī)定條件下，安全儀表系統(tǒng)成功地完成所需安全功能的概率。SIL等級(jí)確定流程如圖5所示。

圖5 SIL等級(jí)確定流程

3.4 站場(chǎng)量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

站場(chǎng)量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（QuantitativeRiskAssessment，QRA）是通過事故頻率和后果對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)量化管理的方法。QRA定量評(píng)價(jià)流程見圖6。

圖6 QRA定量評(píng)價(jià)流程

4 檢測(cè)技術(shù)

目前常用的管道檢驗(yàn)方法有宏觀檢查、RT(射線檢測(cè))、UT(超聲檢測(cè))、MT（磁粉檢測(cè)）、PT（滲透檢測(cè)）、AUBT(表面先進(jìn)超聲背反射技術(shù))、IRIS（超聲導(dǎo)播）、自動(dòng)超聲腐蝕靠模、超聲波測(cè)厚、定點(diǎn)測(cè)厚、硬度檢測(cè)、內(nèi)窺鏡檢查、取樣分析、水壓試驗(yàn)、振動(dòng)檢測(cè)等[4]。

5 完整性評(píng)價(jià)技術(shù)

（1）腐蝕缺陷評(píng)價(jià)技術(shù)。腐蝕缺陷適用性評(píng)價(jià)主要方法有：RSTRENG有效面積法；ASME B31G方法；RSTRENG0.85dL方法。RSTRENG有效面積法實(shí)際應(yīng)用性差，在對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析過程中，很難獲取有效面積。ASMEB31G評(píng)估方法適應(yīng)管材等級(jí)較低、管道服役年限長(zhǎng)的老管道，偏保守，該方法不適用于管材等級(jí)較高的高強(qiáng)度鋼管道。

（2）裂紋缺陷評(píng)價(jià)技術(shù)。BS7910《金屬結(jié)構(gòu)缺陷可接受性評(píng)價(jià)方法指南》給出了所有類型金屬結(jié)構(gòu)的裂紋可接受性評(píng)價(jià)方法，因此適用于管道裂紋和類裂紋缺陷的評(píng)價(jià)；API579則是煉廠和石化工業(yè)承壓部件適用性評(píng)價(jià)的規(guī)范。兩者均基于斷裂力學(xué)原理，適用于管體裂紋、焊縫裂紋以及管道系統(tǒng)中所有承載部分。國(guó)內(nèi)管道缺陷評(píng)價(jià)一般采用BS7910。BS7910初級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果一般都過于保守，不能充分發(fā)揮材料的性能；高級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果精確，但評(píng)價(jià)過程復(fù)雜，對(duì)材料參數(shù)等信息和各個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)量要求更為嚴(yán)格，工作量大大增加。

（3）凹陷缺陷評(píng)價(jià)技術(shù)。凹陷缺陷評(píng)價(jià)是采用國(guó)內(nèi)外管道標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的規(guī)定來(lái)表示管道缺陷的嚴(yán)重程度及修復(fù)建議。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)凹陷缺陷的評(píng)價(jià)基本上采用標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行判斷，該方法簡(jiǎn)單適用，適合現(xiàn)場(chǎng)人員和技術(shù)人員對(duì)管道凹陷缺陷的嚴(yán)是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷情況）進(jìn)行模擬的技術(shù)。有限元模擬可用于管道缺陷的模擬評(píng)價(jià)，管道懸空、受碾壓的力學(xué)分析等。

6 完整性管理平臺(tái)的構(gòu)建

通過確定壓氣站完整性管理框架和流程，制定完整性管理文件體系，研究適用于壓氣站完整性的評(píng)價(jià)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，對(duì)相關(guān)信息平臺(tái)進(jìn)行整合，建立完整性管理平臺(tái)，保證整個(gè)完整性管理的有效實(shí)施。依據(jù)壓氣站完整性管理框架，在綜合分析完整性管理支持技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了壓氣站完整性管理平臺(tái)，如圖7所示。

7 結(jié)語(yǔ)

天然氣壓縮機(jī)站設(shè)備多，工藝復(fù)雜，實(shí)施壓縮機(jī)站完整性管理是保證其安全運(yùn)行的有效措施，對(duì)壓氣站完整性管理體系、文件體系、評(píng)價(jià)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，根據(jù)現(xiàn)有的信息平臺(tái)構(gòu)建了壓縮機(jī)站完整性管理的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)壓氣站完整性管理科學(xué)化、系統(tǒng)化和平臺(tái)化。重程度及修復(fù)措施進(jìn)行判斷。

圖7 壓氣站完整性管理平臺(tái)

（4）變形缺陷評(píng)價(jià)技術(shù)。橢圓變形引起管道的環(huán)向應(yīng)力集中，降低了管道的失效壓力。管體變形評(píng)價(jià)目前常用的評(píng)價(jià)方法是BS7910標(biāo)準(zhǔn)中提供的方法，它適用于在管道完成內(nèi)檢測(cè)（或其他相當(dāng)技術(shù)）得到管體變形數(shù)據(jù)的情況下對(duì)管道變形嚴(yán)重程度作全面評(píng)價(jià)。

（5）有限元模擬評(píng)價(jià)技術(shù)。有限元分析（FEA）

[1]朱喜平，張來(lái)斌，梁偉．基于風(fēng)險(xiǎn)的壓氣站完整性管理體系研究[C]．CIPC2013中國(guó)國(guó)際管道會(huì)議：292-294.

[2]王長(zhǎng)高．以可靠性為中心的維修思想研究[J]．北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)：社科版，1999，12（1）：36-39.

[3]許忠儀．安全儀表系統(tǒng)（SIS）的SIL評(píng)估[J]．化工自動(dòng)化及儀表，2009，36（5）：62-66.

[4]李光海，沈功田，李鶴年．工業(yè)管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J]．無(wú)損檢測(cè)，2006，28（2）：89-93.

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.020