浙江省级天然气管道第三方破坏失效概率计算方法探讨
发布时间：2023-03-27 12:44:04 来源：文档文库
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３６ 内蒙古石油化工 ２０１４年第１ｌ期 浙江省级天然气管道第三方破坏失效概率计算方法探讨 王海清，曹 斌，丁 楠 （浙江浙能天然气运行有限公司，浙江杭州 ３１００５２） 摘要：第三方破坏不仅取决于管道自身条件，而且还受外部环境、运行管理条件的直接影响，所引 起的管道失效概率具有很强的随机性。本文对欧洲输气管道失效数据库提供的相关失效数据进行线性 回归分析，结合浙江省级天然气管道运行情况，基于风险评估第三方破坏评分体系与权重确定方法，综 合考虑管道环境和运行管理条件，提出了管道第三方破坏失效概率预测模型。运用ＶＢ语言编制了计算 程序，对８条管线进行计算，计算结果表明：对浙江省级天然气管道失效概率影响最大的因素是管径、壁 厚和埋深。所建立的预测模型可作为评判输气管道第三方破坏的量化指标，为浙江省级天然气管道的运 行、维护和检测提供参考依据。 关键词：天然气管道；第三方破坏；失效概率；模型 中图分类号：ＴＥ９７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ｏＯ６—７９８１（２０１４）１１一ｏ０３６一Ｏ３ ２００２年１２月，杭州一湖州天然气输气管道工程 开工建设；２００４年１Ｏ月，杭州一宁波天然气输气管 道工程开工建设；２００９年１月，杭州一嘉兴天然气输 气管道工程开工建设，浙江省级天然气管道建设和 投产运行已有１０个年头。天然气管道安全是天然气 生产运营企业安全的一项重要组成部分，以危害因 素呈现点多、线长、面广，且受外部因素影响大、对外 算。国内尚未建立系统的管道失效数据库，也未提出 相应的第三方破坏定量失效概率预测模型及方法。 浙江省级天然气管道投产至今，尚未建立管道失效 数据库。 欧洲输气管道失效数据库ＥＧＩＧ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｇａｓ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｉｎｃｉｄｅｎｔ Ｄａｔａ Ｇｒｏｕｐ）Ⅲ表明：第三方破坏 交集等特点显得难以管理。 浙江地区地方建设速度快，第三方施工频发，施 工机械化程度高，具有突发性和不确定性，信息收集 困难；管道施工借地与管道建成后保护范围内控制 建设矛盾较大，违章占压处理工作难度较大；管道多 沿高速、地方路网敷设，绿化施工容易造成管道防腐 层、光缆损伤破坏。通讯光缆与管道同沟敷设，它是 管道第三方损坏报警和防止管道本体伤害最后一道 屏障，据统计，２０１０年￣２０１３年，浙江省级天然气管 道通讯光缆损坏次数达到４６次。可见，浙江省级天 然气管道遭受第三方破坏的风险较高。 管道第三方破坏不仅取决于管道自身条件，如 管径、埋深、壁厚、管材等，还会受到外部环境、运行 管理条件的直接影响，如地面活动程度、地面装置、 公众教育与法制观念、线路标志、巡线频率、施工作 业方式、土壤运移等地灾影响。因此，第三方破坏引 起管道失效的概率具有较强的随机性，需要研究和 分析大量的第三方破坏事故数据，找出相应的分布 规律，才能建立有效的失效概率预测模型。 目前，欧美国家已建立了第三方破坏埋深、管 径、壁厚的定量失效概率计算方法，可实现不同埋 深、管径、壁厚条件下的第三方破坏失效概率定量计 收稿日期：２Ｏ１４—０４—１９ 是输气管道失效的最主要原因。依目前浙江省级天 然气管道运行现状，近些年第三方破损依然是管道 失效的最主要风险所在。所以，在缺乏充分的第三方 破坏事故数据的情况下，运用ＥＧＩＧ提供的失效数 据对浙江省级天然气管道第三方破坏失效概率进行 研究是可行的。 １管道第三方破坏失效概率计算模型 １．１失效概率计算模型的建立 在缺乏大量统计数据时，一般可用失效频率代 替失效概率。ＥＧＩＧ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｇａｓ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｉｎｃｉｄｅｎｔ Ｄａｔａ Ｇｒｏｕｐ）将管道事故的统计类型分成总体失效 频率和分类失效频率。总体失效频率是事故数据除 以现有总的管道系统长度，分类失效频率是事故数 据除以部分管道系统（如每种直径类别、每种管道壁 厚、覆盖层厚度等）长度ｎ］。 对ＥＧＩＧ提供的管径、壁厚和埋深与失效频率 之间关系的数据统计，进行线性回归分析，对比不同 回归模型的精度，建立分类失效概率模型。结合管线 历史失效次数情况，综合考虑管道环境与运行管理 条件的影响，得出管道第三方破坏总体失效概率定 量计算模型，图１为管道第三方破坏失效概率计算 逻辑关系图。 作者筒介ｔ王海清（１９７Ｏ一），男，浙江温州人，工程师，学士，主要从事天然气管道企业安全生产管理工作。
２０１４年第１１期 王海清等 浙江省级天然气管道第三方破坏失效概率计算方法探讨 ３７ 圈１管道第三方破坏失效概率计算逻辑关系圈 基于第三方破坏失效概率模型逻辑关系图，可 以得出失效概率数学表达式为： ’ Ｐ＝（ｃｌｅ＇￣，ｘ＋ｃ２ｅｈ２＋ｃ３ｅ ３）Ｆ （１） 式中：Ｐ——第三方破坏导致管道的失效概率， １０ ／（ｋｉｎ×年）；ｃｌ，Ｃ２，ｃ３，ａ，艿，甲——系数，与管道直 径、壁厚、埋深等管道条件有关；Ｆ——修正系数，与 浙江省级天然气管道运行的外部环境、运行管理条 件相关，共考虑施工作业、地面活动程度、巡线频率、 线路标志、地面装置、机械化耕作、地灾影响、公共教 育与法制观念、运行调度等９个因素的影响。 １．２模型系数的确定 ＥＧＩＧ提供的数据统计中，给出了由于外界冲 击所引起管道失效的事故频率与不同管道直径范围 的关系，数据见表１。 表１第三方破坏导致的事故频率与管道管径关系 对表１中的数据进行一元线性回归分析，可得 不同回归模型的管径与事故频率预测值。 由表２可知，指数函数的可决系数最大，显著性 最高，得到的数学表达式为： ｙ１＝１．３２９１ｅ一“。蚰 ｌ （２） 式中：ｙ ——与管径有关的第三方破坏导致的失效 频率，１０ ／（ｋｍＸ年）； ｘｌ——管道管径，ｍｍ。 因此，可确定式１的系数ｃ 、ａ分别为１．３２９１和 一０．００６１。 同理，从ＥＧＩＧ中得到管道埋深、管道壁厚与失 效频率之间关系的数据，运用线性回归分析方法进 行处理，比较各模型预测曲线的精度，可以分别得到 管道埋深与失效频率关系式，如式３，管道壁厚与失 效频率关系式，如式４。 ｙ２＝２．０８４８ｅ一。・。２０ ２ （３） 式中：ｙ。——与埋深有关的第三方破坏导致的 失效频率，１０叫／（ｋｍ×年）ＩＸ２——管道埋深，ＣＩＴＩ。 Ｙ３＝１．８６８９ｘ￣ ・。。 ０ （４） 式中：Ｙ。——与壁厚有关的第三方破坏导致的失效 频率，１０叫／（ｋｍＸ年）； ｘ３——管道壁厚，ｍｍ。 因此，可确定式１的系数ｃ：、８分别为２．０８４８和 －０．０２６５；ｃ３、 分别为１．８６８９和一１．２２５８。 一砘 趸 ％¨眈０ 管径㈣ ●管径与事故频率关系——管径与事故频率预溯值（指数曲线） —－管径与事故频率预测值（对数曲线）——管径与事故频率预铡值（乘幂曲线） 圈２不同回归方程的管径与事故频率预测值对比 图２中不同模型的预测精度总结于表２。 表２不同一元线性回归模型预测精度的对比 １．３模型修正系数Ｆ ， 第三方破坏与管道环境、运行管理条件直接相 关。地区等级越高、人口密度越大，活动频率越高的 地区，管道所受到第三方破坏的可能性也会随之增 加。因此，仅依靠管径、埋深、壁厚不能完全确定管道 的失效概率，根据管道第三方破坏半定量评分指标： 体系 ｓ－，结合完整性管理体系手册［６］，引入修正系数 Ｆ。 根据浙江省级天然气管道运行的外部环境、运 行管理条件，共考虑施工作业、地面活动程度、巡线 频率、线路标志、地面装置、机械化耕作、地灾影响、 公共教育与法制观念、运行调度等９个因素的影响。 Ｆ＝乏（Ｆ１＋Ｆ２＋…＋Ｆ９）／１００ （５） 第三方破坏失效概率计算中环境与运行管理条 件各因素的评分项见表３。 一峙三一
３８ 内蒙古石油化工 ２０１４年第１１期 表３ 环境与运行管理条件各因素评分 管管管管管管管管 线线线线线线线线 序号 因素 评分 说 明 考虑长期、短期影响，按照稳定性差、稳定性 １ 地灾影响Ｆｌ ０～１０ 较差．稳定性好三个等级根据地灾识舅Ｉ规程 ｍ ～一 确定 ２ 施工作业Ｆ２ ０—１５ 由施工方式、周期、频次确定 Ｍ Ｕ Ｕ。；ｏ；０ ０ ３机槭化耕作Ｆ。０￣１０ 由作业方式、周期、频次确定 ４ 地面装置Ｆ．０～１５ 根据完整性管理风险评估规程确定 ６ ７．３ ８．６ ９．９ ｌ１．２ １２．５ １３．８ １５．１ １６．４＂．７ ｌ９ Ⅲｍ ｍ ｍ∞∞ｍ∞ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ））Ｏ ｓ” 法制观念Ｆ …。 根据完整性管理风险评估规程确定 臂道壁厚（ｍｍ） 圈４管道墨厚对失效曩率的影响圈 ６ 线路标志Ｆ６ ０￣１０ 根据完整性管理风险评估规程确定 盯。；：拿“∞帖 ７ 巡线频率Ｆ７ Ｏ～１５ 根据完整性管理风险评估规程确定 ８地面括动程度Ｆｓ ０—１０ 根据完整性管理风险评估规程确定 乱 ｍ 仉仉仉 ９ 运行调度Ｆ。０￣５ 考虑生产调度和控制难度的影响 吣¨ ：；； ２算例分析 ２．１模型计算结果 采用ＶＢ语言编制了管道第三方破坏失效概率 计算程序，对浙江省级天然气管道８条管线失效概 ｍ舛 ¨叭 牾∞Ｈ佻犯酌∞ 叭叭 吣 ｍ叭ｍ ｍ晰ｍ ｍ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ ０ ｎ ｎ Ｏ Ｏ 晰 ’０ ８０ ９０ １００ １１０ １２０ １３０ 率进行计算，结果见表４。 管遒埋深（ｃｍ） 表４ ８条管线第三方破坏失效概率计算结果 圈５管道埋深对失效概率的影响圈 管线 管道直径管道壁厚管道埋深环境条 失效概率 编号 ｍｍ Ｉ１３．ｍ ｃｍ 件得分１０ ／（ｋｍＸ年） 从８条管线失效概率计算结果以及图３、图４、图 ５分析可知：①三条曲线虽均不规则，但其总体发展 趋势十分清晰，即管径越大、壁厚越大、埋深越深，管 道的失效概率越小。②对于管径、壁厚和埋深条件基 本相同的管道而畜，环境因素得分将直接影响管道 的失效概率，环境得分越高，失效概率越大。 ３结论 ①在缺乏大量失效数据统计的情况下，针对浙 江省级天然气管道第三方破坏整体失效规律与欧美 国家基本一致的特点，根据ＥＧＩＧ提供的相关失效 ２．２计算结果分析 数据，结合浙江省级天然气管道实际情况，综合考虑 分别以管道直径、管道壁厚和管道埋深为横坐 管道自身条件以及管道环境和运行管理条件，基于 