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城市埋地鋼質(zhì)燃氣管道事故樹的研究

文檔作者：劉楊賈馮睿段常貴趙學(xué)儉文檔來源： 1．中國石油大學(xué) 2．遼寧石油化工大學(xué) 3．哈爾濱工業(yè)大學(xué)4．勝利油田油氣集輸總廠孤島分廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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第29卷第7期
2009年7月
煤氣與熱力
GAS&amp;amp; HEAT
Vo1．29 No．7
Ju1．2009
城市埋地鋼質(zhì)燃氣管道事故樹的研究
劉 楊 ， 賈馮睿 ， 段常貴 ， 趙學(xué)儉
(1．中國石油大學(xué)，山東青島266555；2．遼寧石油化工大學(xué)儲運與建筑工程學(xué)院，
遼寧撫順113001；3．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150090：
4．勝利油田油氣集輸總廠孤島分廠， 山東東營257061)
摘要： 對城市埋地鋼質(zhì)燃氣管道泄漏事故進行了總結(jié)和歸納，創(chuàng)建了較為完善的事故樹模
型，定性分析了事故樹的結(jié)構(gòu)，提出了降低事故發(fā)生概率的建議。
關(guān)鍵詞： 埋地燃氣管道； 事故樹； 事故
中圖分類號：TU996 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1000—4416(2009)07—0A35—04
Study on Fault Tree of Urban Gas Buried Steel Pipeline
LIU Yang， JIA Feng—rui， DUAN Chang—gui， ZHAO Xue—jian
Abstract： The leakage accidents of urban gas buried steel pipeline are summarized．A more per．
fect fault tree model is established，and the structure of the fault tree is analyzed qualitatively．The sug—
gestions for reducing accident probability are offered．
Key words： buried gas pipeline； fault tree； accident
城市埋地燃氣鋼管經(jīng)過長期使用會發(fā)生蝕穿、
斷裂等腐蝕現(xiàn)象，甚至造成火災(zāi)、爆炸等后果。事故
樹分析方法具有簡明、形象化等優(yōu)點¨0 J，已是安全
系統(tǒng)工程的主要分析方法。本文采用事故樹分析方
法綜合考慮各種影響因素，建立了一套較為完整的
城市埋地燃氣管網(wǎng)事故樹模型，以期從整體上研究
燃氣泄漏的問題。
1 事故樹模型的建立
對埋地燃氣鋼管泄漏事故進行全面分析后，采
用事故樹分析法，將系統(tǒng)失效事件—— 城市埋地鋼
管的泄漏事故作為頂上事件，由頂上事件開始，運用
邏輯推理，分析造成中間事件的原因、基本事件問的
關(guān)系及發(fā)生概率，進而計算埋地燃氣管道系統(tǒng)受各
方面因素影響的故障概率。
通過對導(dǎo)致埋地燃氣管網(wǎng)泄漏事故的因素分
析，得出城市埋地燃氣鋼管事故樹事件代號(見表
1)和城市埋地燃氣鋼管事故樹(見圖1)。
表1 城市埋地燃氣鋼管事故樹代號表示的事件
序號 事件名 序號 事件名 序號 事件名
城市埋地燃氣鋼管的泄漏事故 2 地質(zhì)沉降滑坡 0 土壤pH值過小
Al 管道開裂 綠化植物對管道破壞 附近傾倒腐蝕性液體
A2 管道穿孔 施T操作失誤破壞管道 2 土壤有污水滲入
3 附屬設(shè)備的泄漏 強行挖掘、打樁 ， 管道附近埋有金屬
· A 35 ·
第29卷第7期 煤氣與熱力 www．gasandheat．COIl
續(xù)表1
序號 事件名 序號 事件名 序號 事件名
Bl 管道受第三方破壞 地質(zhì)爆破 土壤中存在顯著氧氣濃度差
B2 應(yīng)力過大導(dǎo)致管道失效 施工造成地質(zhì)沉降 雜散電流干擾
B3 應(yīng)力腐蝕開裂 未與燃氣公司協(xié)調(diào) 6 土壤含鹽量高
內(nèi)腐蝕 燃氣公司無管道布置資料 土壤含水量高
日5 管外腐蝕 。 施工挖掘打樁 8 微生物腐蝕
曰6 閥門外泄漏 。 設(shè)計施工埋深不夠 。 防腐層被檢測的次數(shù)少
B7 法蘭泄漏 12 建筑占壓 50 防腐層老化剝離
B8 補償器泄漏 3 施工單位堆放器材 第三方破壞
凝水缸泄漏 l4 重型車輛違章通行 2 施工質(zhì)量不合格
C1 自然因素 5 交通道路變更 3 電保護失效
C2 非自然因素 l6 管道所受靜應(yīng)力過大 X54 閥體閥蓋密封不嚴(yán)
C3 腐蝕造成管壁強度降低 l7 應(yīng)力集中導(dǎo)致管道開裂 Xs5 填料與閥桿等接觸不良
特定腐蝕介質(zhì) X】s 燃氣工作壓力大導(dǎo)致應(yīng)力過大 6 閥體材料選用不當(dāng)
內(nèi)防腐失效 9 焊縫殘余應(yīng)力過大 7 管道本身有缺陷
C 管道析氫產(chǎn)生氣體使得管道
6 內(nèi)腐蝕環(huán)境 。 膨脹 8 閥體嚴(yán)重腐蝕
，導(dǎo)致應(yīng)力過大
C7 土壤腐蝕 ． 管道熱應(yīng)力過大 59 閥體應(yīng)力腐蝕開裂
C8 防腐設(shè)施失效 22 電化學(xué)腐蝕造成壁厚減薄 螺帽松脫
C9 填料室泄漏 3 外力過大 螺栓預(yù)緊力不均勻
Clo 閥體泄漏 24 環(huán)境中含H S 2 螺栓預(yù)緊力不足
C】1 施工質(zhì)量不合格 2s 環(huán)境中存在c0：、c0；～或HCO3- 3 墊片安裝不正確
C12 補償器斷裂 6 環(huán)境中(含管內(nèi)外)存在OH一 墊片老化
D1 外單位施工破壞 27 環(huán)境中含cl— 墊片壓緊力不足
D2 占壓 8 環(huán)境中含N0 66 管道同軸度有誤差
化學(xué)腐蝕環(huán)境 29 環(huán)境中含s0 強力組裝
Dd 電化學(xué)腐蝕環(huán)境 0 燃氣成分變化未定期檢測 8 補償量過小
D5 鑄鐵閥體泄漏 內(nèi)防腐層施工質(zhì)量差 9 設(shè)計時未考慮管道熱脹冷縮
鑄鋼閥體泄漏 2 緩蝕劑失效 0 其他原因引起的斷裂
1 惡意破壞 管道內(nèi)襯脫落 。 金屬補償器嚴(yán)重腐蝕泄漏
施工意外破壞 xH 內(nèi)涂層老化破損 2 其他材料補償器老化開裂泄漏
重型車輛 5 清管不當(dāng)損壞內(nèi)防腐層 ， 抽水管防腐沒有達到質(zhì)量要求
E 土壤電阻率小 6 燃氣含H S X74 抽水管防腐層受損害
Fl 未明確管道位置 燃氣含SO： 75 對管道定期抽換不到位
外單位施工 燃氣含CO 6 抽水管全裸的部分缺乏外保護
1 自然災(zāi)害 39 管內(nèi)有水 7 管道檢修維護不及時
· A 36 ·
劉 楊，等：城市埋地鋼質(zhì)燃氣管道事故樹的研究 第29卷第7期
由或門宙與門 底事件X 發(fā)生圓中間事件B 發(fā)生
條件事件X 發(fā)生
圖1 城市埋地燃氣鋼管事故樹
2 城市埋地鋼管事故樹的分析
由事故樹看出，導(dǎo)致埋地管道腐蝕穿孔的因素
非常多，但因某些因素在當(dāng)前的技術(shù)水平下無法有
效檢測，即相應(yīng)的事件概率統(tǒng)計受到很多限制。因
此本文只進行定性分析。
2．1 城市埋地鋼管事故樹的模塊分解簡化
本文采用事故樹模塊分解，將城市埋地鋼管事
故樹分成3個模塊：管道開裂泄漏模塊、管道穿孔泄
漏模塊、附屬設(shè)備泄漏模塊，即形成3棵子事故樹，
代號分別為A 、A 、 ，它們中問用或門連接。
2．2 分析及對策
在事故樹定性分析中，本文采用了最小徑集和
結(jié)構(gòu)重要度的方法對各個模塊進行分析 。只要
控制一個最小徑集不發(fā)生，頂上事件就不發(fā)生，從而
可以選擇控制事故的最佳方案。在研究最小徑集特
點的基礎(chǔ)上，進行結(jié)構(gòu)重要度的計算，得出結(jié)構(gòu)重要
度順序，分析各個基本事件的重要程度，有針對I生地
采取措施進行預(yù)防。
2．2．1 管道開裂泄漏模塊
① 最小徑集
最小徑集指頂上事件不發(fā)生時所必需的最起碼
的基本事件的集合，即每一個最小徑集表示頂上事
件不發(fā)生的各種可能。經(jīng)計算得該模塊事故樹的最
小徑集為4個。
J1={ 1 ， ， 3 ， ， 5 ， ， 11 ， 12 ，
l3 ， 14 ， 15 ， 8 ， ， l6 ， 17 ， l8 ，
l9 ， 20 ， 2l ， 22 ， 23 }
J2：＼x f，X2：，X3 ．x4f，Xsf，x6。，X 1t，xl2f。
13 ， l4 ， 15 ， 8 ， 7 ， l6 ， l7 ， 24 ，
， ， ， ， }
J3=＼x Lf，X2 ，X3|，x4f，X 5f，x6f，x L：，XI2 ，
l3 ， 14 ， l5 ， 9 ， l0 ， l6 ， l7 ， 18 ，
19 ， 0 ， 2l ，X22 ，X23 }
J4： ＼X Lf，X2f，x3t，x4 F，X5 ，X6 F，x LL|，xl2 F，
l3 ， 14 ， l5 ， 9 ， lo ， 16 ， l7 ， 24 ，
25 ， 26 ， 27 ， 8 ， 9 }
式中 —— 第n個最小徑集
— — 表示i事件不發(fā)生
② 結(jié)構(gòu)重要度
結(jié)構(gòu)重要度指不考慮基本事件自身的發(fā)生概
率，或者假定各基本事件的發(fā)生概率相等，僅從結(jié)構(gòu)
上分析各個基本事件對頂上事件發(fā)生所產(chǎn)生的影響
程度 J。 表示第i個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，經(jīng)
計算得：
，l=12=13=L=15=16=，l1=，12=，13：，l4=
，15： ，l6=，17
，7=I8：，9=，10=，l8=，l9： 0=12l=，22=
123=124=I25=，26：，27=128=129
且I 1>I1
③ 分析與解決方案
a．經(jīng)計算得4個最小徑集，每個最小徑集內(nèi)的
事件較多，系統(tǒng)的危險性相應(yīng)較大。要想改變事故
樹的結(jié)構(gòu)，應(yīng)從設(shè)計、施工、監(jiān)理、運行維護整個過程
中建立完整的質(zhì)量保障體系，提高市政規(guī)劃質(zhì)量與
效率，相關(guān)單位加強安全意識。
· A 37 ·
第29卷第7期 煤氣與熱力 WWW．gasandheat．tom
b．從結(jié)構(gòu)重要度計算得出： 、瓦、X9、X 。等基
本事件由于相互限制作用，使其在系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)上
的重要度相對較低。但為了減少管網(wǎng)風(fēng)險，需要施
工單位和管道管理單位積極配合，加強對施工頻繁
區(qū)域的巡查，對施工單位進行監(jiān)督。
2．2．2 管道穿孔泄漏模塊
通過對管道穿孑L泄漏模塊事故樹的計算，得到
最小徑集有5個。
① 最小徑集
I， ={ }
J2=＼X ，X ，Xn!，Xn F．X ，X35t，X4o ，
Xnf，X址f，X聃f x輯 ，x45f，X輻f，x F。x48 ＼
J3={ o ， 31 ， 2 ， 3 ， 34 ， 5 ， 9 ，
x |，xnf，x 。，x磚 ＼
J4=＼X36 ，X” ，X38f，x ，X !，X4l ，x地f，
X f，X ，X45f，X f，X f x4 f＼
J5：＼X36 F，x”：，x磚|，X ，x f，x弛 ，x 5 ，
，X5 f
② 結(jié)構(gòu)重要度
經(jīng)計算得：
f =lIo f51=I蛇=f5
，36=137=，38=，39
I3o：，3l=132=，33=134 135
I40：，41=I42=，43： =，45=，46=147=，48
且，77>153>136>，30> ，40
③ 分析與解決方案
考慮．， ，即 ，不發(fā)生，及時有效地檢修、維護
管道，管道就不會腐蝕穿孔。目前國內(nèi)有些企業(yè)新
開發(fā)的埋地管網(wǎng)安全評估軟件就是結(jié)合地理信息系
統(tǒng)(GIS)和一個階段的埋地管道實際檢測數(shù)據(jù)，通
過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)學(xué)方法，對埋地管網(wǎng)的腐蝕情
況進行評估，進而采取有效的維修措施，減少事故的
發(fā)生
考慮 、厶均含有底事件 ～ 。，即有關(guān)土壤
腐蝕性的因素，這些因素通常不能人為改變。可采
取的措施就是在設(shè)計時考慮選擇腐蝕因素較少的地
域，把管道埋在粗砂中，禁止不法單位、個人隨意排
放有腐蝕性的流體。
考慮 ，底事件 。?！?、 ～ 不發(fā)生，這需
要加強管道內(nèi)外層防腐，并避免防腐措施失效。
考慮 ，底事件 ～ ， 。一 ，不發(fā)生，需要
除去燃氣中含有的腐蝕性雜質(zhì)，在氣源點進行脫硫
脫水、除去二氧化碳和氧氣就是很好的辦法。
2．2．3 附屬設(shè)備的泄漏模塊
由于附屬設(shè)備泄漏模塊全部由或門連接，每個
底事件均為一階最小割集 J，計算量非常大且無實
際意義，在此就不進行計算。管道系統(tǒng)由管子、閥
門、補償器、凝水缸等設(shè)備構(gòu)成，附屬設(shè)備的數(shù)量越
多，管道系統(tǒng)泄漏的可能性也就越大。
因此，要使管道附屬設(shè)備不泄漏，在滿足安全運
營的前提下，應(yīng)合理減少采用某些附屬設(shè)備。
參考文獻：
[1] 王劍友．燃氣輸配系統(tǒng)事故統(tǒng)計分析及對策[J]．煤
氣與熱力，2001，21(2)：178—179．
[2] 何淑靜，周偉國，嚴(yán)銘卿，等．城市燃氣輸配系統(tǒng)事故
統(tǒng)計分析與對策[J]．煤氣與熱力，2003，23(12)：753
— 755．
[3] j=乇元輝．安全系統(tǒng)工程[M]．天津：天津大學(xué)出版社，
】999．
作者簡介：劉楊(1982一 )，女，貴州六盤水人，助教，碩士，
從事城市燃氣輸配方向的教學(xué)與研究工作。
電話：15953225183
E—mail：liuyang2000518@ 163．corn
收稿日期：2008—09—26； 修回日期：2008—12—15
· 信息·
2009年天津市逐步推廣燃氣汽車
據(jù)悉，2009年天津市將加大公交車尾氣治理力度，嚴(yán)格實施國家第三階段機動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，加快
車輛更新和改造，加強公交車保養(yǎng)工作，使尾氣排放合格率達到100％。積極開發(fā)新技術(shù)，試驗新的油電混
合動力環(huán)保車輛。并加快天然氣加氣站建設(shè)，逐步推廣燃氣汽車，降低汽車尾氣對大氣的污染，為津城藍天
工程作出貢獻。
(本刊通訊員供稿)
· A 38 ·

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