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基于事故樹的海底管道第三方破壞風險分析

文檔作者：郭鴻雁朱偉文檔來源：中國石油集團T程設計有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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第42卷第2期
2013年2月
當 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
VO]．42．N0．2
February，201 3
基于事故樹的海底管道第三方破壞風險分析
郭鴻雁，朱偉
(中國石油集團T程設計有限責任公司北京分公司，北京100085)
摘 要：對由于第三方活動致使海底管道失效的各原因進行分析，建立了以“第三方破壞嚴重”為頂事件
的事故樹模型。采用布爾代數(shù)化簡法計算出事故樹最小割集并對各基本原因事件的結構重要度進行排序。結合
最小割集包含的各事件及結構重要度排序分析，可以確定事故管理的主要對象，并針對這些主要因素提出了相
應的預防措施并提 減少事故的措施。
關鍵詞：海底管道；第 方破壞；事故樹分析；風險分析；布爾代數(shù)；最ij,~rJ集；結構重要度
中圖分類號：TE 832 文獻標識碼： A 文章編號： 1671—0460(2013)02—0212—03
Risk Analysis on the Third—Party Damage of Submarine
Pipelines Based on Fault Tree Analysis
GUO Hong-yan，ZHU Wei
(China Petroleum Engineering Co．，Ltd．Beijing Company，Beijing 100085，China)
Abstract：Types and reasons of the third—pany damage of submarine pipelines were analyzed．The fault tree model
with the third—party damage as top event was established．The minimal cut sets(MCS)were achieved by Boolean
algebraic，and the structure importance of basic factors was also sorted．According to the setting gates and the structure
importance，the principal objects of fault control were determined，and the correlative measures were proposed．
Key words：Submarine pipeline；The third party damage；Fault tree analysis；Risk analysis；Boolean algebraic；The
minimal cut sets；Structure importance
自1985年由渤海石油海上工程公司在埕北油田
也采用浮游法鋪設了一條1．6 km鉆采平臺之間的海
底輸油管道后?，隨著我國渤、黃、東、南四大海域
海上油田的快速開發(fā)，新增海底管道總長及數(shù)量不斷
s~Di：i，至2008年，中海石油總公司已有海管138條
(總長約3 217 km) 。作為海洋石油開發(fā)輸送的生
命線，海底管道造價昂貴，每千米造價在為30萬美
元以上，且所處環(huán)境條件非常復雜多變。隨著鋪設長
度的增加和運行時間的推移，受環(huán)境侵蝕、材料老化
等因素的影響，海底管道系統(tǒng)抗力衰減，極易因外部
環(huán)境的干擾(諸如近海工程施T、船舶起拋錨作業(yè)、
漁業(yè)捕撈等人類海洋活動或臺風、地震等自然災害)
而發(fā)生事故。而海底管道一旦發(fā)生泄漏或斷裂，會產(chǎn)
生災難性影響，嚴重污染環(huán)境，導致巨大的經(jīng)濟損失。
海底管道的安全性已成為影響海洋油氣開發(fā)的一個
重要問題，為此，要減少事故的發(fā)生，建立綜合安全
管理體制，采取有效地途徑保證在役管道可靠運行就
有必要對其事故原因進行分析。
1 海底管道失效因素統(tǒng)計
海底管道在國外發(fā)展較早，其政府和研究機構
對各種管道事故的原因進行了大量的統(tǒng)計，為提高
海底管道運行安全性提出了大量建議及資料。歐洲
輸氣管道事故數(shù)據(jù)組織、英國健康與安全部等組織
都對海底輸氣管道失效原因做出過大量統(tǒng)計 (見
圖1 o
- 蝕
機械損傷
●拯作火洪
_虞然災．j
● 第三方破
英國北海海底管道事故統(tǒng)計
％
· 餓 -掾作 -制造
-操作火強-施l -拋錨
海、I 活動_鱗蹺
圖1 海底管道失效原因事故統(tǒng)計
Fig．1 The accident statistics of failure cause of submarine
pipeline
收稿日期： 201 2-09—10
作者簡介： 郭鴻雁(1981一)，女，河北滄州人，工程師，2004年本科畢業(yè)于中國石油大學(北京)油氣儲運專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣長輸管道的
設計工作。Email：gu0hongyan@cpebj．conl。
第42卷第2期 郭鴻雁，等：基于事故樹的海底管道第三方破壞風險分析 213
從這些失效原因統(tǒng)計結果可以看出，海底管道
的失效原因復雜，但第三方破壞(拋描、漁業(yè)、施工
等)、腐蝕、自然災害(包括由其引起的懸跨)可以看
作海底油氣管道失效的三大主要原因。
本文采用系統(tǒng)工程中的事故樹分析(FTA)法
主要針對第三方影響(包括環(huán)境因素)造成的海底
管道破壞的事故樹模型進行分析，確定事故管理的
主要對象并提出針對性的解決方法。
2 事故樹模型建立及分析
事故樹分析fFTA，F(xiàn)ault Tree Analysis)是從結
果到原因找出與災害事故有關的各種因素之間因果
關系及邏輯關系的分析法。這種方法以定義好的事
故開始，或頂事件，向后將系統(tǒng)故障各種原因(包括
硬件、人為、環(huán)境因素等)，按樹枝狀結構自上而下
追溯到各種能夠引起事故的情形。事故樹定量分析
主要是根據(jù)引起事故發(fā)生的各基本事件的發(fā)生概
率，求出頂上事件發(fā)生的概率，同時對各基本事件
進行概率重要度和關鍵重要度分析 捌。
2．1事故樹建立
選擇“第三方破壞泄漏”作為頂事件。引起海底
管道失效的三個最直接原因分別是“航道活動及作
業(yè)”、“漁場活動”、“自然環(huán)境”。按這些原因自上而
下追溯到各種能夠引起海底管道泄漏的基本事件。
海底管道第三方破壞各符號所表示的意義如
表l所示，其事故樹如圖2所示。
表1 各符號代表的事件
Table 1 The symbol meaning of the events in the fault tree
符號 事件 符號 事件 符號 事件
第三方破 ，． 管道防 管跨震動
壞泄漏 護不足
航運活動 收發(fā)拖網(wǎng) 沖刷嚴重
及作業(yè)破壞
A2 漁業(yè)活動 埋設較淺 ， 淋管線 規(guī)劃
A， 自然環(huán)境 ， 載管力道差承 。 設計埋深不足
屆 墜物損傷 地震
， “ 烈度高 鋪設效果差
島 錨擊損傷 處于航道 沖刷嚴重
易 漁網(wǎng)拖拽 墜物擊中 裸管埋設
屆 海冰 船只 強度不足
起拋錨
屢風暴 處于漁場 質(zhì)量缺陷
晟 浪潮 冰隋嚴重 處于地震帶
地震 風暴嚴重 離地震帶較近
圖2 海底管道第三方破壞泄漏故樹
Fig．2 Fault tree analysis of the third-party damage of submarine pipeline
2．2 海底管道第三方破壞泄漏故樹模型
2．2．1 最小割集
由事故樹分析可見，邏輯門或門(“+”)與和門(“·”)的個數(shù)基本相等，所以用最小割集進行分析[6]：
A1=B1+
= X1X2Xj Xi 4+X X2X＼oX s+X X2Xt X＼4+XIX2xnXls+X LX2X L2Xl4+X、X L2Xls+X X2X 3X 4+X、X2X 3X 5
+X。X3X。 X 4+X 3X X Ls+XtX X L、x 4+X 3XuX Ls+X X3X X 4+x LX 3X 2X 5+X X 3X 3X 4+XlX3X X s
事件 ?？梢缘玫?6個割集。
A2= B3+B2
= X4X9Xl Xl 4+X4X XuXt4+X 4X9X x 4+X 4X9Xt3XI4+X 4X9X X L5+X 4X9XnXls+X 4X9X＼ ls+X 4X9Xl X s
+X 3X 。 Xt4+X X4X。 X 5+ X 3X XuX 4+X 3X 4Xt Ls+X3X 4X 2X L4+X3x 4XnX L5+X 3X 4Xl3X14+X3X 4X 3X Ls
事件 可以得到16個割集。
A3：B4+Bs+B6+B1
= X sXls+X sX 6+X 6X u X。4+X uX 4+X6Xnxl4 Jr X 6X 3X 4+X6X、oX s+X6XnX s+X6XnXl5+X 6X 3X 5
+X1x8+X≯X x 6七X6X。4X。6+X 6X sX 6+X9X怕X 1+X 6X L4Xl1+X 6X 5Xn
214 當 代 化 工 201 3年2月
事件 可以得到17個割集。則由事故樹計算可以得出49個割集。
2．2．2 結構重要度分析
事故樹是由眾多基本事件構成的，這些基本事
件對頂上事件均產(chǎn)生影響，但影響程度是不同的，
在制定安全防范措施時必須有個先后次序以便使系
統(tǒng)達到經(jīng)濟、有效、安全的目的。結構重要度分析，
就是不考慮基本事件發(fā)生的概率是多少，僅從事故
樹結構上分析各基本事件的發(fā)生對頂上事件的影響
程度。結構重要度分析雖然是一種定性分析方法，
但在目前缺乏定量分析數(shù)據(jù)的情況下，這種分析顯
得很重要。
結構重要度分析方法歸納起來有兩種。第一種
是計算出各基本事件的結構重要系數(shù)，將系數(shù)由大
到小排列各基本事件的重要順序；第二種是用最小
割集和最小徑集近似判斷各基本事件的結構重要系
數(shù)的大小，并排列次序。前者精確，但比較繁瑣；
后者雖然精確度比用求結構重要系數(shù)法差一些，但
操作簡便，因此目前應用較多。應用下式計算近似
判別值：
)=Σ．
Xi∈P
式中：^n 基本事件 結構重要系數(shù)的近似判別值；
x,e尸，一基本事件 屬于 最小割(徑)集；
廠_I基本事件x 所在最小割(徑)集中包含基本事件的個數(shù)。
上述事故樹的各基本事件結構重要度見表2。
4 結束語
可以看出，水上管線自身問題諸如強度不足(包
括保護層)、質(zhì)量缺陷是致使海底管道失效的主要原
因，其次是管道布線問題諸如處于航道和漁場、埋
深不足以及由此造成的錨擊損害，另外風暴嚴重、
地震也會帶來較大危害。
由分析可以看出，海底管道設計是防止管道失
效最重要的環(huán)節(jié)。合理設計管道強度，可以防止外
物撞擊(錨擊、重物墜落撞擊等)對管道造成破壞。
對管道采用適當?shù)耐獠糠雷o(諸如混凝土配重、套
管)可以有效預防外力對管道造成的機械損傷。設
計合理的埋深同樣可以有效地預防第三方破壞的影
響。在選擇海底管道時應盡量避開航道、漁業(yè)區(qū)等，
這樣可以降低管道遭受墜物撞擊、漁網(wǎng)拖掛、錨擊
等破壞的概率。此外控制管材、防護等材料質(zhì)量以
及加強施工監(jiān)督、加強監(jiān)測也可減少管道失效隱患。
表2 各基本事件結構重要度
Table 1 The structure importance of the base cases
符號 喜件 結 重要 符號 畝 結構重
度 爭什 要度
處于航道 2．00o n1 0 設計粵深不 2000IJ
墜物擊中 1．oo0 ． 鋪設效果差t 500
船只起拋錨 2．00o 沖刷嚴重 1．500
處于漁場 2oo0 裸管埋設 1．500
冰情嚴重 1．000 強度不足 3．500
風暴嚴重 3．000 質(zhì)量缺陷 3．750
管跨震動 0．500 處于地震帶 1．250
沖刷嚴重 0．500 X,7 離地霉帶較0．750
管
不合理
計 1
． 500
參考文獻：
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版襯： 2003
葡萄牙科研人員發(fā)明一種新型納米涂料
葡萄牙報刊報道，葡阿維羅大學的科研人員發(fā)明了一種用于航空業(yè)的智能型納米涂料。形象地說，該涂料中含有許許多
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