劉映雪,喻著成,岳 明,蔡科濤,田亞申,滕燕濤

(1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院,四川廣漢 618300;2.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司,四川成都 610051;3.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司頁巖氣勘探開發(fā)項目經(jīng)理部,四川成都 610056)

隨著頁巖氣集輸場站管道投用年限的增加,管道腐蝕穿孔現(xiàn)象頻發(fā),影響頁巖氣區(qū)塊產(chǎn)能發(fā)揮。對此,多數(shù)場站開展了腐蝕專項檢測或定期檢驗,管道失效得到一定控制,但傳統(tǒng)的檢驗存在檢驗過度或者檢驗不足的問題,導(dǎo)致高風(fēng)險管段管理不足而低風(fēng)險管段管理過剩,造成檢維修成本的浪費。因此,采用基于風(fēng)險的檢驗技術(shù),量化評估檢驗前后的風(fēng)險大小,對精準(zhǔn)控制場站風(fēng)險,助推頁巖氣生產(chǎn)提質(zhì)、降本以及增效發(fā)展均具有重要意義。

油氣場站設(shè)備風(fēng)險評價方法分為層次分析法、故障樹分析法和模糊綜合評價法等,將基于風(fēng)險的檢驗技術(shù)(Risk-based inspection,簡稱RBI)完整地應(yīng)用于頁巖氣集輸場站的案例較少。王洪波等[1]采用RBI技術(shù)對輸氣場站分離器開展了風(fēng)險評價,改進了同類設(shè)備失效概率以及設(shè)備修正系數(shù);李涌泉等[2]、侯成寶等[3]將RBI技術(shù)應(yīng)用于對丁二烯、苯乙烯裝置,根據(jù)檢驗策略對其實施了風(fēng)險檢驗;邢述等[4]對大型原油儲罐實施RBI技術(shù),并通過在線聲發(fā)射檢測修正風(fēng)險評估結(jié)果;元達惠等[5]將RBI技術(shù)應(yīng)用于管道并進行了相關(guān)研究。文章針對頁巖氣集輸管道開展RBI應(yīng)用研究,根據(jù)頁巖氣區(qū)塊風(fēng)險可接受準(zhǔn)則確定風(fēng)險等級并制定檢驗策略,為頁巖氣集輸場站完整性管理提供技術(shù)支撐和指導(dǎo)意見。

1 基于RBI的定量風(fēng)險評價技術(shù)研究

1.1 風(fēng)險定量計算

風(fēng)險為設(shè)備失效概率和失效后果的乘積。在RBI中,失效概率與設(shè)備損傷機理密切相關(guān),計算公式如下:

Pf=gff·FMS·Df

(1)

式中,Pf為失效概率;gff為總設(shè)備通用失效頻率;Df為設(shè)備損傷因子;FMS為管理系統(tǒng)因子[6-7]。通用失效頻率gff來源于行業(yè)內(nèi)具有代表性的失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計,僅代表一般情況,因此引入管理系統(tǒng)因子FMS和損傷因子Df來修正數(shù)據(jù)偏差;管理系統(tǒng)因子僅作用于不同管理系統(tǒng)之間的比較;損傷因子是修正通用失效頻率的關(guān)鍵,集輸管道常見損傷機理有腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕開裂等。

設(shè)備失效后果分為面積后果和經(jīng)濟后果,失效面積后果CA和經(jīng)濟后果FC計算如下:

CA=max[CAcmd,CAinj]

(3)

FC=FCcmd+FCaffa+FCprod+FCinj+FCenviron

(4)

式中,CAcmd為設(shè)備損壞總面積,m2;CAinj為人員傷害總面積,m2;FCcmd為設(shè)備檢修成本,元;FCaffa為失效影響區(qū)中其他設(shè)備破壞成本,元;FCprod為停工成本,元;FCinj為人員傷害成本,元;FCenviron為環(huán)境清理成本,元。除了面積后果和經(jīng)濟后果,還可以定義集輸場站潛在死亡人數(shù)后果,即面積后果與人口密度的乘積,對后果進行評價。

1.2 基于風(fēng)險的檢驗可接受準(zhǔn)則

根據(jù)失效概率和失效后果定量計算,確定失效可能性和后果等級,見表1和表2。其中失效可能性等級劃分參考損傷因子Df或失效概率Pf;后果等級劃分可參考面積后果CA、經(jīng)濟后果FC以及潛在死亡人數(shù)后果PLL,可根據(jù)場站具體情況選擇。

表1 設(shè)備失效可能性等級

表2 后果等級

2 基于風(fēng)險的檢驗技術(shù)的應(yīng)用研究

2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集

基于風(fēng)險的檢驗流程中最為關(guān)鍵的一步便是大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集工作,由于數(shù)據(jù)量龐大且數(shù)據(jù)來源各異,為了精準(zhǔn)篩選出RBI評價所需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和參數(shù),同時使得數(shù)據(jù)采集表格通俗易懂,方便現(xiàn)場人員開展數(shù)據(jù)采集工作,編制了開展RBI評價的專用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)采集表。以壓力管道為例,按照RBI評價要求獲取的壓力管道評價參數(shù)見表3。

2.2 定量風(fēng)險計算

某場站于2001年建成投產(chǎn),占地面積3 596 m2,設(shè)計輸氣量為100×104m3/d,站內(nèi)管道材料均為20號碳鋼,年平均氣候為溫帶氣候,站場預(yù)算為800萬元,站內(nèi)人口密度0.001 1人/m2。停運損失135萬元/d,設(shè)備成本按2 224元/m2計算。根據(jù)提供的介質(zhì)參數(shù)資料可知,輸送的天然氣中含有少量的水,因此站內(nèi)工藝管線和設(shè)備可能發(fā)生腐蝕,在有水、雜質(zhì)積聚的部位可能發(fā)生較嚴(yán)重的局部腐蝕,損傷形式為內(nèi)部腐蝕減薄。對此,應(yīng)用基于風(fēng)險的檢驗(RBI)技術(shù),結(jié)合Synergi Plant RBI Onshore 5.6軟件對該場站37條輸氣管道進行定量風(fēng)險計算,部分管道計算結(jié)果見表4。

表4 壓力管道定量風(fēng)險計算結(jié)果

2.3 風(fēng)險結(jié)果分析

對場站內(nèi)的37條管道進行風(fēng)險評估,結(jié)果顯示當(dāng)前高風(fēng)險設(shè)備項0項,中高風(fēng)險設(shè)備項2項,中風(fēng)險設(shè)備項6項,低風(fēng)險項29項,總體風(fēng)險分布示意圖見圖1。3年后風(fēng)險評估結(jié)果顯示設(shè)備高風(fēng)險項0項,中高風(fēng)險2項,中風(fēng)險設(shè)備項7項,低風(fēng)險項28項,風(fēng)險分布示意圖見圖2。若按RBI分析所建議的方法進行檢驗,3年后高風(fēng)險設(shè)備項為0項,中高風(fēng)險設(shè)備項0項,中風(fēng)險設(shè)備項2項,低風(fēng)險設(shè)備項5項,風(fēng)險分布示意圖見圖3。

圖1 總體風(fēng)險矩陣

圖2 未來風(fēng)險矩陣

圖3 進行RBI檢驗后未來總體風(fēng)險矩陣

如采用按RBI分析后所建議的方法進行檢驗,根據(jù)設(shè)定的可接受的風(fēng)險準(zhǔn)則,21.62%的管道可降低風(fēng)險,78.38%無變化,設(shè)備風(fēng)險可降低76.79%;如不進行RBI檢驗,站場中管道的總風(fēng)險到下一次檢驗之前將增加到90.27元/天,見圖4。

圖4 風(fēng)險影響示意圖

2.4 基于風(fēng)險的檢驗策略

通過對場站內(nèi)管道進行基于風(fēng)險的檢驗后,可以得出各設(shè)備項的風(fēng)險等級,根據(jù)劃分的風(fēng)險等級制定檢驗策略,將有限的資源投入到高風(fēng)險設(shè)備的管理上,減少不必要的例行檢驗,最大程度削減場站風(fēng)險,實現(xiàn)事先隱患排查治理。部分設(shè)備項的檢驗策略制定見表5。

表5 部分管道檢驗策略

3 結(jié) 論

文章介紹了基于風(fēng)險的檢驗(RBI)技術(shù)定量風(fēng)險計算方法,編制了開展RBI評價的專用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)采集表單,應(yīng)用RBI技術(shù)對某頁巖氣集輸場站內(nèi)37條壓力管道開展風(fēng)險評估,并制定了相應(yīng)的檢驗策略。

結(jié)果表明,該場站管道主要損傷機理為腐蝕減薄,當(dāng)前評估狀態(tài)下高風(fēng)險設(shè)備項0項,中高風(fēng)險2項,中風(fēng)險6項,低風(fēng)險29項;3年后有4條管道項的失效可能性等級上升,如按RBI分析后所建議的檢驗策略進行檢驗,根據(jù)設(shè)定的可接受的風(fēng)險檢驗準(zhǔn)則,有21.62%的管道可降低風(fēng)險,78.38%無變化,設(shè)備整體風(fēng)險可降低76.79%。因此,基于風(fēng)險的檢驗技術(shù)可實現(xiàn)頁巖氣集輸場站設(shè)備風(fēng)險精準(zhǔn)管控,找到設(shè)備可靠性與經(jīng)濟性的最優(yōu)平衡點,為靜設(shè)備完整性管理提供了技術(shù)支撐。