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基于風(fēng)險(xiǎn)的海底管道安全評估方法研究

文檔作者：趙冬巖1之余建星1，王琮2，李秀鋒2 文檔來源： 1．天津大學(xué)港口與海洋T程教育部、天津市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2．海洋石油工程股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月16日
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第29卷第1期海洋技術(shù)‘V01．29，No．1
2010年3月OCEAN TECHNOLOGY Mar，2010
基于風(fēng)險(xiǎn)的海底管道安全評估方法研究
趙冬巖1之余建星1，王琮2，李秀鋒2
(1．天津大學(xué)港口與海洋T程教育部、天津市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072；
2．海洋石油工程股份有限公司，天津300451)
摘要：海底管道系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜、安全性要求高、環(huán)境多變，從設(shè)計(jì)階段開始一直到生產(chǎn)運(yùn)行的全過程．始終存在各
種風(fēng)險(xiǎn)。考慮到海底管道的這一特點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)評估方法應(yīng)該既要考慮理論分析又要重視工程經(jīng)驗(yàn)的多方面、多層次的
綜合性評估方法。論文從分析海底管道失效因素入手，重點(diǎn)研究了海底管道風(fēng)險(xiǎn)評估的流程及風(fēng)險(xiǎn)等級的劃分方
法，為海底管道完整性管理提供了一種實(shí)用的評估方法，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)例對一運(yùn)行中的海底管道進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評
估。
關(guān)鍵詞：海底管道；風(fēng)險(xiǎn)評估；失效：最低合理可行
中圖分類號：P751 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003—2029(2010)01-0056塒
1引言
自從1954年Brown&amp;amp;Root公司在美國墨西哥灣鋪設(shè)第
一條海底管線以來，在近半個(gè)世紀(jì)里，世界各國鋪設(shè)的海底
管線總長度已達(dá)十幾萬千米，海底管線已成為海上油氣田開
發(fā)中油氣傳輸?shù)闹饕绞?。我國?0世紀(jì)80年代起步至
今，在渤海、東海及南海海域已建成了47個(gè)油氣田，各種規(guī)
格的海底管道達(dá)138條之多，海底管道鋪設(shè)的總量超過4
ooo km，這些海底管道大致有兩個(gè)特點(diǎn)；一是分布范圍廣，二
是尺寸比較分散。
海底管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大、失效概率高，這主要與其工作環(huán)
境條件惡劣密切相關(guān)。運(yùn)行在海底的管道既可能受到波浪、
海流、潮汐、腐蝕等作用，又可能面I臨船錨、平臺或船舶掉落
物、漁網(wǎng)等撞擊拖掛危險(xiǎn)，很容易發(fā)生失效事故。據(jù)美國
MMS(Minerals Management Service)對墨西哥灣1967—1987年
間海底管道失效事故統(tǒng)計(jì)，在這20 a間共發(fā)生海底管道失
效事故690例，平均每年發(fā)生的失效事故多達(dá)35例，由此可
見海底管道發(fā)生失效事故是比較頻繁的，為了有效控制失效
事故，在管道失效前采取措施，對海底管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估研
究是非常重要的。
2海底管道失效原因【l'21
海底管道失效原因可以分為：腐蝕、第三方活動(dòng)、材料，
收稿El期：2009-1l一15
基金頂目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50579047)；教育部博士點(diǎn)基
金(20060056023)。
作者簡介：趙冬巖(1958一)，男，高級工程師，主要研究方向?yàn)楹Ｑ蠼Y(jié)構(gòu)
物設(shè)計(jì)與制造及工程管理。
焊接／結(jié)構(gòu)缺陷、自然力、安裝、不當(dāng)操作及其它未知原因等。
自然力對海底管道影響主要有：海床變遷、海床局部沖刷腐
蝕、高速海流波浪侵蝕沖刷侵蝕、懸跨、海床滑移、海床液化
等。
海底管道因海床運(yùn)動(dòng)而發(fā)生破壞實(shí)際上是海流一管道一
外力三方面相互作用的結(jié)果。砂質(zhì)海床在波流沖刷作用下會(huì)
發(fā)生淘蝕，粉砂或細(xì)砂質(zhì)海床在風(fēng)暴潮和地震作用下容易發(fā)
生液化，淤泥質(zhì)海床存在很大的流變性，當(dāng)海底管道鋪設(shè)在
這些性質(zhì)不穩(wěn)定海床上時(shí)很可能由于海床塌陷、滑動(dòng)、沖蝕
而發(fā)生強(qiáng)度或變形破壞。
在很多情況下海底管道失效都是由上述各種原因中的
幾種共同作用引起的，其主要破壞原因與海底管道運(yùn)行年限
和運(yùn)行環(huán)境密切相關(guān)。對于已長期服役的海底管道，腐蝕和
管道附件老化可能是導(dǎo)致其失效的主要原因；對于鋪設(shè)在砂
質(zhì)海床上的海底管道，波流沖刷或海床運(yùn)動(dòng)可能是其破壞的
主要原因；而鋪設(shè)在漁業(yè)活動(dòng)區(qū)內(nèi)的海底管道受到漁網(wǎng)拖掛
和船錨撞擊破壞的可能性更大一些。
3管道風(fēng)險(xiǎn)評估方法
管道風(fēng)險(xiǎn)評估是在保證管道安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)最
大經(jīng)濟(jì)效益的必要手段，是實(shí)現(xiàn)管道從安全管理向風(fēng)險(xiǎn)管
理，從經(jīng)驗(yàn)管理向科學(xué)管理進(jìn)行過渡的重要技術(shù)131。評估管道
系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)狀況即對管道系統(tǒng)進(jìn)行危險(xiǎn)辨識和風(fēng)險(xiǎn)評估。評
估應(yīng)該包括管道及管道附屬件整個(gè)壽命期。
管道的風(fēng)險(xiǎn)評估可使用定性、半定量或定量的方法進(jìn)行
H。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、管道運(yùn)行數(shù)據(jù)及檢測數(shù)據(jù)等應(yīng)作為評估的基
礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖l所示為管道完整性管理分析流程，從圖中可知，
風(fēng)險(xiǎn)評估是進(jìn)行檢測、監(jiān)控和完整性管理的基礎(chǔ)。因此，對管
道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)狀況評估后必須進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級劃分。即完成運(yùn)行
萬方數(shù)據(jù)
第1期趙冬巖等：基于風(fēng)險(xiǎn)的海底管道安全評估方法研究57
期管道風(fēng)險(xiǎn)狀況評估后，給出一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)劃分的標(biāo)準(zhǔn)，把不同風(fēng)險(xiǎn)狀況的管道進(jìn)行歸類。
圖1完整性管理分析流程
按照風(fēng)險(xiǎn)評估過程確定風(fēng)險(xiǎn)水平，一般按照系統(tǒng)定義、
危險(xiǎn)辨識、頻率評估、后果評估和風(fēng)險(xiǎn)評估五個(gè)步驟進(jìn)行，如
圖2所示。
危險(xiǎn)辨識對海底管道系統(tǒng)在運(yùn)行期間存在的潛在危險(xiǎn)
因素進(jìn)行分析。盡管危險(xiǎn)辨識不能為風(fēng)險(xiǎn)決策直接提供信
息，但仍然是風(fēng)險(xiǎn)分析的關(guān)鍵步驟。有時(shí)危險(xiǎn)辨識分析能采
用結(jié)構(gòu)技巧進(jìn)行分析，有時(shí)危險(xiǎn)辨識則不是系統(tǒng)地進(jìn)行分
析，而著重分析一些可能發(fā)生的危險(xiǎn)。對于運(yùn)行期管道，主要
對影響管道壽命和管道運(yùn)行安全的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。
定性分析
后果的估計(jì)應(yīng)該根據(jù)研究目標(biāo)和研究范圍確定。通常，
后果表述為人員受傷亡的數(shù)量，介質(zhì)泄漏的程度。這些估計(jì)
要考慮到地理和人口分布狀況，以及可能的減緩后果的因
素。一般情況下，簡單的考慮介質(zhì)泄漏可以作為評估決策的
標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)險(xiǎn)對管道造成的潛在破壞后果需要從經(jīng)濟(jì)損失、人
員安全和環(huán)境影響三個(gè)方面考慮。
事故發(fā)生的頻率通?？筛鶕?jù)已有事故發(fā)生的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)
行估計(jì)，也可以通過理論模型進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。
定量分析
定性風(fēng)險(xiǎn)劃分定量風(fēng)險(xiǎn)劃分
圈2風(fēng)險(xiǎn)分析流程
絕對和相
對風(fēng)險(xiǎn)
主要風(fēng)險(xiǎn)
與其它風(fēng)
險(xiǎn)比較
萬方數(shù)據(jù)
58 海洋技術(shù)第29卷
當(dāng)完成系統(tǒng)的危險(xiǎn)辨識，頻率分析和相關(guān)的后果評估
后，即可對事件的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)采用的方法不同，可得
到定性的或定量的結(jié)果。表I是根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣法得到的事件
風(fēng)險(xiǎn)等級水平。風(fēng)險(xiǎn)等級中存在一個(gè)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)可
以降低風(fēng)險(xiǎn)。但如果降低風(fēng)險(xiǎn)措施產(chǎn)生的成本比風(fēng)險(xiǎn)造成的
經(jīng)濟(jì)損失高，則不應(yīng)該采取這種措施來降低風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)區(qū)域
通常稱為“最低合理可行”(ALARP)。比這個(gè)區(qū)域低的部分，風(fēng)
險(xiǎn)可認(rèn)為是可接受的。
衷l風(fēng)險(xiǎn)矩陣
事件后果嚴(yán)重程度分類
發(fā)生可能性年發(fā)生頻率災(zāi)難性重大嚴(yán)重輕微可忽略
高>10噸高高高AIARP AL～RP
中等10-2。1曠高高ALARP ALARP 低
低10-3一lO_． 高ALARP ALARP 低低
不可能lo_～104 ALARP AL^RP 低低低
很渺小<104 AL～RP 低低低低
在缺少相應(yīng)的管道運(yùn)行和檢測數(shù)據(jù)時(shí)，只能通過定性方
法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級劃分。通過對海底管道的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行定性
的分析，找出運(yùn)行期的管道存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生頻率
越高，風(fēng)險(xiǎn)等級就較高，否則較低。
根據(jù)管道運(yùn)行、維修、檢查和監(jiān)測狀況、國外的風(fēng)險(xiǎn)評估
經(jīng)驗(yàn)和風(fēng)險(xiǎn)辨識情況，在一般情況下，影響管道安全和壽命
的主要有：腐蝕、操作壓力和溫度、海底地形影響、跨越情況、
穿越情況、埋設(shè)狀況、泄漏與維修狀況、超期服役、風(fēng)險(xiǎn)評估
情況等。
4海底管道風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)例分析
通過對我國渤海、東海及南海海域海底管道現(xiàn)狀的分
析，以下因素可以作為進(jìn)行定性風(fēng)險(xiǎn)劃分的主要依據(jù)，參見
表2，其權(quán)重值可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。
衰2風(fēng)險(xiǎn)因素及權(quán)重
影響管道風(fēng)險(xiǎn)的因素說明權(quán)重
服役年限管道超期服役后，可進(jìn)行再評估，如果安全，可超期服役。0．05
介質(zhì)腐蝕性引起材料破壞。0．15
介質(zhì)輸送流速腐蝕速率改變，加速或延緩材料破壞。O．05
操作壓力是否超過設(shè)計(jì)壓力如果操作壓力超過設(shè)計(jì)壓力在許用范圍之外，可能直接引起管道破壞。O．03
操作溫度是否超過設(shè)計(jì)溫度溫度應(yīng)力過高，可導(dǎo)致管道屈曲等破壞。O．02
管道壁厚缺陷影響管道抗壓強(qiáng)度等。0．05
海底地形及穩(wěn)定情況海床穩(wěn)定性，是否存在液化、沖刷、沙波活動(dòng)、不平海床等。0．06
海管懸空易受到?jīng)_刷，拖網(wǎng)等破壞。o．04
穿越情況易受到第三方活動(dòng)破壞。0．05
跨越情況跨越管道處易受漁業(yè)活動(dòng)等第三方破壞。O．05
埋設(shè)情況較深埋設(shè)能減少管道受到漁業(yè)活動(dòng)等破壞。0．1
泄漏情況管道泄漏引起的風(fēng)險(xiǎn)后果嚴(yán)重。0．2
維修質(zhì)量和檢測情況對管道安全有較大影響。若有檢測維護(hù)，可對管道現(xiàn)狀
維修和檢測情況n1
有較清楚了解，并制定措施減少風(fēng)險(xiǎn)。
風(fēng)險(xiǎn)評估和完整性管理對管道的安全運(yùn)行，作用重大。再評估安全的管道。
風(fēng)險(xiǎn)評估，完整性管理情況O．05
可考慮超期服役。
根據(jù)海底管道現(xiàn)狀、風(fēng)險(xiǎn)辨識情況，把運(yùn)行期的海底管
道劃分為三個(gè)危險(xiǎn)等級，并對風(fēng)險(xiǎn)分值規(guī)定：管道破壞高風(fēng)
險(xiǎn)后果為5分，中等風(fēng)險(xiǎn)3分，低風(fēng)險(xiǎn)1分。以我國某油氣
田—輸氣管道為例，根據(jù)已有數(shù)據(jù)，做如下評估，參見表3。
權(quán)重可以通過專家討論，根據(jù)海域內(nèi)油田的故障歷史數(shù)
據(jù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。按照上述評估結(jié)果，該管道屬于高風(fēng)險(xiǎn)
管道。
萬方數(shù)據(jù)
第1期趙冬巖等：基于風(fēng)險(xiǎn)的海底管道安全評估方法研究59
表3輸氣管道評估實(shí)例．
風(fēng)險(xiǎn)因素說明風(fēng)險(xiǎn)后果打分權(quán)重風(fēng)險(xiǎn)值
服役年限未超期服役低l 0．05 0．05
介質(zhì)腐蝕性輸送介質(zhì)無腐蝕性低l 0．15 0．15
介質(zhì)輸送流速輸送正常低1 O．05 0．05
操作壓力是否超過設(shè)計(jì)壓力操作壓力未超過設(shè)計(jì)壓力在許用范圍之內(nèi)低l 0．03 O．03
操作溫度是否超過設(shè)計(jì)溫度操作溫度未超過設(shè)計(jì)壓力低l 0．02 O．02
管道壁厚缺陷未發(fā)現(xiàn)管道缺陷低1 0．05 0．05
海底地形及穩(wěn)定情況海床有砂波，穩(wěn)定性較差高5 O．1 0．5
穿越情況易受到第三方活動(dòng)破壞高5 0．05 O．25
跨越情況無跨越低l 0．05 0．05
埋設(shè)情況自然回填，運(yùn)行期未全部深埋，易受漁業(yè)活動(dòng)破壞高5 0．1 O．5
泄漏情況發(fā)生過泄漏，對管道安全影響重大高5 O．2 l
維修和檢測情況泄漏后進(jìn)行維修過高5 O．1 0．5
未進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估和完整性管理，但管道未超期服
風(fēng)險(xiǎn)評估，完整性管理情況由3 0．05 O．15
役，可認(rèn)為對中風(fēng)險(xiǎn)影響中等。
風(fēng)險(xiǎn)值3．25
5結(jié)論
在目前現(xiàn)有技術(shù)和數(shù)據(jù)條件下，采用定性、半定量或定
量的方法可以進(jìn)行海底管道的風(fēng)險(xiǎn)評估。實(shí)例分析結(jié)果所表
參考文獻(xiàn)：
明的管道風(fēng)險(xiǎn)級別都是基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料，然而隨著時(shí)間
的推移，海底管道狀況發(fā)生改變，海底管道操作者或風(fēng)險(xiǎn)管
理人員，可根據(jù)最新掌握的數(shù)據(jù)資料，按上述方法自己進(jìn)行
具體管道的風(fēng)險(xiǎn)劃分。
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Risk-based Assessment Method for Submarine Pipeline
ZHAO Dong-yan啦，YU Jian-xin91，WANG Con礦,LI Xiu-fens，2
《1．Key Laboratory ofHarbor and Ocean Engmeeffng ofMinistry o[Edueation and Tianjin City，CoHege of Civil Engineeffng,TianjiIl
University,Tianjin 300072,China；2．China Offshore Oil Engineeffng Corporation，Tianiin 300451，china)
Abstract：Submarine pipeline Call be regarded鵲a system of complex technique．hiSh safety requirement and severe environmenL
which lnakL治it full of hazards from initial design to final operation．Considering the characteristics of the submarine pipeline，the risk
assessment method should be a comprehensive approach that combines the theoretical analyses and the engineering experiences．
Based on the failure analysis of the submarine pipeline，together with the risk assessment procedures and risk level classification，the
risk of all existed gas transmission pipeline is evaluated．
Key words：submarine pipeline；risk assessment；failure；ALARP

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