输气管道系统完整性管理标准课件.ppt
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- 输气管道 系统 完整性 管理 标准 课件
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1、2 23引言 美国国会于美国国会于2019年年11月通过了专门的月通过了专门的H.R.3609号法案,号法案,该法案于该法案于2019年年12月月17日经总统签署后生效。日经总统签署后生效。该法案的英文全称为:该法案的英文全称为:“H.R.3609:The Pipeline Safety Improvement Act of 2019”中文译为中文译为“增进管道安全性法案增进管道安全性法案”,在该法案的第十,在该法案的第十四章中,四章中,明确要求管道运营商要在后果严重地区实施管道明确要求管道运营商要在后果严重地区实施管道完整性管理计划完整性管理计划。这是美国法律对开展完整性管理的强制。这是美国
2、法律对开展完整性管理的强制性要求。性要求。为什么为什么?4美国目前运行的输气管道情况美国目前运行的输气管道情况 据有关文献,美国据有关文献,美国10010010104 4kmkm的在用管道中,超过的在用管道中,超过50%50%已已使用了使用了4040年以上。这些管道在使用中会出现大量的问题。年以上。这些管道在使用中会出现大量的问题。使用多年的在用老管道可能存在的问题使用多年的在用老管道可能存在的问题(1 1)使用材料一般强度低、韧性差、缺陷多。)使用材料一般强度低、韧性差、缺陷多。(2 2)当年施工技术水平低、质量保证体系不完善、焊缝缺陷)当年施工技术水平低、质量保证体系不完善、焊缝缺陷多。多
3、。(3 3)防腐涂层因时间长而老化。)防腐涂层因时间长而老化。(4 4)产品质量水平波动较大,有些缺陷会导致产生腐蚀。)产品质量水平波动较大,有些缺陷会导致产生腐蚀。(5 5)质量文件不全或遗失,事故发生后无法追溯。)质量文件不全或遗失,事故发生后无法追溯。(6 6)缺少维护检修记录。)缺少维护检修记录。5油气长输管道事故统计:欧洲输气管道事故数据组织(EGIG):1970-2019年,管线平均失效概率以及每前五年的管线平均失效概率总体上呈逐年下降趋势;管线失效频率从1970年的0.87次/1000km-yr逐年下降至2019年的0.41次/1000km-yr;欧洲输气管道失效因素有:外部影响
4、、施工和材料缺陷、腐蚀、地层运动、带压维修失误及其它未知原因,分别占49.7%、16.7%、15.1%、7.1%、4.6%、6.7%,外部影响是导致气体泄漏的主要原因,其次为施工或材料缺陷。67 前苏联:每1000公里年的失效频率由1981年的0.71次/1000km-yr逐年下降到1990年的0.26次/1000km-yr ;腐蚀、焊接和管材缺陷、外部干扰是排在前三位的失效原因,分别占总数的39.9%、16.9%、10.8%。8美国运输部(DOT):各种失效原因分为五大类,分别是:外力、腐蚀、焊接和材料缺陷、设备和操作及其它;外力是第一位的,约占失效总数的43.6%;其次是腐蚀,占22.2%
5、;设备和操作居第三位,占15.3%;焊接和材料缺陷引起的失效较少,约占8.5%。加拿大:19751982年事故率为2次/1000公里年;大部分为泄漏,断裂事故发生较少。910 油气管道的主要失效模式油气管道主要失效模式断裂过量变形表面损伤脆性断裂:低温脆断、应力腐蚀、氢致开裂韧性断裂疲劳断裂:应力疲劳、应变疲劳、腐蚀疲劳等腐蚀:内腐蚀(输送介质引起)、外腐蚀(外部环境引起)机械损伤:表面划伤、凹坑等过载引起的鼓胀、屈曲、伸长,外力引起的压扁、弯曲等11典型失效案例 迄今为止,破裂裂缝最长的管道失效事故是1960年美国的Trans-Western公司的一起输气管道脆性破裂事故,这条管道管径30i
6、n,钢级X56,裂缝长度达13km;损失最惨重的是1989年前苏联乌拉尔山隧道附近的输气管道爆炸事故,烧毁两列列车,伤亡1024人(其中约800人死亡);1965年美国路易斯安纳州发生一起严重的输气管道爆裂事故,当场炸死17人,钢管爆裂8m;2019年7月29日,加拿大TransCanada公司的一条干线输气管道,在Manitoba附近发生爆炸,造成三条天然气管道输气中断,爆炸产生的火球在30英里以外都可看见。12 1994年美国新泽西州发生了天然气管道破裂泄漏着火事故,400500英尺高的火焰毁坏了8幢建筑。破裂处曾发生过机械损伤,壁厚减薄。13 2019年美国华盛顿发生一起汽油管道破裂事故
7、,25万加仑汽油流入河中并着火燃烧,导致3人死亡。破裂是从有机械损伤处开始的。内检测曾检测出此缺陷,但未及时处理。事故前事故后14 2000年8月美国新墨西哥州发生天然气管道爆炸着火事故,造成12人死亡。这段管线于1950年建造,在破裂处可以发现明显的内腐蚀缺陷。15 2019年7月30日,比利时布鲁塞尔以南40公里处发生一起天然气管道爆炸着火事故,造成21人伤亡。管道钢级为X70,管径36inch,壁厚10mm。系第三方损伤引起。损伤尺寸为长280mm、深7mm,损伤处剩余壁厚3mm。(管道周边工程意外施工导致管道周边工程意外施工导致管线大量泄漏管线大量泄漏3030分钟左右,进而导致大分钟左
8、右,进而导致大规模的火灾和爆炸事故规模的火灾和爆炸事故 )16针对管道事故统计情况所得到的结论针对管道事故统计情况所得到的结论 由上述管道事故统计情况可以看出,由外力和内外腐蚀引起的管道事故所占的比例是最大的。而外力和内外腐蚀引起的管道事故可以通过加强管理消除或减少。所以西方国家很早就开始了管道的完整性管理。17西方国家完整性管理发展情况西方国家完整性管理发展情况 管道完整性管理始于美国20世纪70年代,到90年代初期美国的许多油气管道就已应用了完整性管理技术。管道完整性技术在事件中降低了管道事故的发生率,避免了不必要的管道维修和更换,取得了显著的经济效益。随后,加拿大和墨西哥等国也先后在90
9、年代开始研究管道完整性技术。欧洲国家,例如,英国油气管网公司也于90年代初对管道进行了完整性管理。2019年,美国发生了“911”事件后,美国政府和民众对管道的管理提出了更高的要求。于是,美国便在2019年通过了中文译为中文译为“增进管道安全性法案增进管道安全性法案”的法案。的法案。18我国实施管道完整性管理的必要性我国实施管道完整性管理的必要性 1.1.我国东部油气管网自上个世纪我国东部油气管网自上个世纪7070年代建设以来,年代建设以来,至今已有三十多年了,大部分在役管道已老龄化,随着至今已有三十多年了,大部分在役管道已老龄化,随着时间的延长,这些管道会出现越来越多的问题。时间的延长,这些
10、管道会出现越来越多的问题。2.2.随着我国城镇化的加快,管道占压、施工造成的随着我国城镇化的加快,管道占压、施工造成的第三方破坏也越来越多,给管道造成了许多隐患。第三方破坏也越来越多,给管道造成了许多隐患。3.3.我国特有的我国特有的“盗油盗气的现象盗油盗气的现象”特别严重。特别严重。综上所述,我国急需加强对油气管道的管理。综上所述,我国急需加强对油气管道的管理。19我国发生的燃气管道事故 1、2019年7月28日上午10时左右,南京栖霞区一家工厂发生爆炸,有300多人受伤。此次爆炸是因为乙炔管道泄露而引起。2、四川泸州天、四川泸州天然气爆炸事故然气爆炸事故2021四川天然气管道爆裂事故 四川
11、天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的爆裂事故,其中一起发生在2019年底,泄漏的天然气引起了火灾。管道为7208.16 mm 螺旋焊管,工厂压力1.92.5MPa。事故管段已经运行16年。爆口长度1440mm,沿焊缝扩展。管道内壁腐蚀轻微,断口无明显减薄现象。经过试验分析,结论为硫化物应力腐蚀引起,与天然气中含有H2S及补焊工艺不合理使焊缝产生了马氏体组织和高的残余应力有关。22偷盗气事故频发23我国的油气管道完整性管理情况我国的油气管道完整性管理情况 负责管理负责管理“陕京天然气管道陕京天然气管道”的北京华油的北京华油天然气管理公司,于天然气管理公司,于2019年最先从国外引年最先从国
12、外引进进“管道完整性技术管道完整性技术”,并实施于陕京管,并实施于陕京管道上。道上。2009年年1月,中国石油发布了我国首套月,中国石油发布了我国首套管管道完整性管理规范道完整性管理规范,成为我国第一套自,成为我国第一套自主研发编制的管道完整性管理企业标准。主研发编制的管道完整性管理企业标准。24 所谓完整,就是一事物保持其应有的各个部分,没有缺损。管道完整性则是指管道系统的各个部分在结构和功能上没有缺损,保持其整体性。所谓管道完整性管理,简言之,就是为使管道保持其完整性而进行的系统的管理活动。2525完整性管理 步循环6数据采集风险评价完整性评价效能评价维修与维护6 5 4 3 2 1HCA
13、识别 HCA:后果严重地区后果严重地区 High Consequence AreaHigh Consequence Area261.1 1.1 范围范围 本标准适用于陆上钢铁类输气管道系统。管道系统是指气体输送过程中所涉及到的所有部件。1 1 引言引言271.2 1.2 目的和目标目的和目标 保证输气管道系统的完整,向用户连续不断、安全可靠地供应天然气而不对员工、公众、用户或环境产生不利影响,达到无事故运行的目标。281.3 1.3 完整性管理原则完整性管理原则 完整性管理应该始于管道设计、选材和管道建设阶段 完整性管理程序是持续发展的,应具有灵活性 系统及其完整性管理程序本身的效能测试是管道
14、完整性管理程序的一部分 292.1 2.1 概要概要 本章介绍了完整性管理程序的各个要素。这些要素集中起来奠定了全面、系统和综合完整性管理的基础。2 2 完整性管理程序综述完整性管理程序综述30完整性管理系统组成质量控制质量控制方案方案变更管理变更管理方案方案联络方案联络方案效能测试效能测试方案方案完整性管完整性管理方案理方案312.2 2.2 影响完整性危险分类影响完整性危险分类 影响管道完整性的危险因素按照其性质和增长特点可划分为3组9类21种。32(a)与时间有关的危害 1)外腐蚀 2)内腐蚀 3)应力腐蚀开裂(SCC)SSC 硫化物所致的应力腐蚀开裂33(b)固有因素 1)与制造管子有
15、关的缺陷 管体焊缝缺陷管体焊缝缺陷 管体缺陷管体缺陷 2)与焊接/制造有关的缺陷 管体环焊缝缺陷管体环焊缝缺陷 制造焊缝缺陷制造焊缝缺陷 折皱弯头或屈曲折皱弯头或屈曲 螺螺纹磨损纹磨损/管子破损管子破损/管接头损坏管接头损坏 3)设备因素 O O型垫片损坏型垫片损坏 控制控制/泄压设备故障泄压设备故障 密封密封/泵填料失效泵填料失效 其他因素其他因素34(c)与时间无关的危害 1)第三方破坏/机械损伤 甲方、乙方或第三方造成的损坏甲方、乙方或第三方造成的损坏 以前损坏的管子以前损坏的管子 故意破坏故意破坏 2)误操作 操作程序不正确操作程序不正确 3)与天气有关的因素和外力因素 天气过冷天气过
16、冷 雷击雷击 暴雨或洪水暴雨或洪水 土体移动土体移动35管道潜在危险识别管道潜在危险识别完整性评价维护措施响应完整性评价维护措施响应完整性评价完整性评价 风险评价风险评价 数据收集、检查和综合数据收集、检查和综合所有危险所有危险 评评 价价未完成未完成2.3 2.3 完整性管理过程完整性管理过程36 对于天然气管线,潜在的影响区域的半径r:式中:d管道外径,in(英寸);P 管段最大允许操作压力(MAOP),lb/in2(英镑/平方英寸);r 影响圆的半径,ft(英尺)。3 3 后果后果pd.r0990 注意:当注意:当d d的单位是的单位是mm,p p的单位是的单位是PaPa,r r的单位是
17、的单位是mm时公时公式应为:式应为:37输气管道高后果区HCA的判断Pmax6.9MPad762mm,r=305mPmax8.27MPad305mm,r=91.4mPmax=7MPa d=762mm,r=201m38需考虑的影响事故后果的因素在评价影响区内的事故后果时,运营公司至少应考虑下列因素在评价影响区内的事故后果时,运营公司至少应考虑下列因素:a)a)人口密度人口密度;b)b)靠近管道的大致人数靠近管道的大致人数(包括考虑人工或自然障碍物可提供的保护等级包括考虑人工或自然障碍物可提供的保护等级););c)c)活动范围受限制或制约的场所活动范围受限制或制约的场所(如医院、学校、幼儿园、养老
18、院、监如医院、学校、幼儿园、养老院、监狱、娱乐场所狱、娱乐场所),特别是未加保护的外部区域内的大致人数,特别是未加保护的外部区域内的大致人数;d)d)财产损坏财产损坏;e)e)环境破坏环境破坏;f)f)未燃气体泄漏的影响未燃气体泄漏的影响;g)g)供气安全性供气安全性(如中断供气造成的影响如中断供气造成的影响););h)h)公共设施和设备公共设施和设备;i)i)次级事故的可能性。次级事故的可能性。39气体长输管道高后果区识别准则气体长输管道高后果区识别准则管道经过区域符合如下任何一条的区域为高后果区:管道经过区域符合如下任何一条的区域为高后果区:1)1)管道经过的四级地区;管道经过的四级地区;
19、(由城镇燃气设计规范确定由城镇燃气设计规范确定)2)2)管道经过的三级地区;管道经过的三级地区;(由城镇燃气设计规范确定由城镇燃气设计规范确定)3)3)如果管径如果管径 273mm273mm,并且最大允许操作压力,并且最大允许操作压力1.6MPa1.6MPa,其管道潜在影响半径,按照,其管道潜在影响半径,按照SY/T6621SY/T6621中中3.23.2节节公式计算;公式计算;(本标准中的公式)(本标准中的公式)4)4)如果管径如果管径711mm711mm,并且最大允许操作压力,并且最大允许操作压力6.4MPa6.4MPa,则管道两侧各则管道两侧各300m300m以内有特定场所的区域;以内有
20、特定场所的区域;5)5)其他管道两侧各其他管道两侧各200m200m内有特定场所的区域。内有特定场所的区域。中石油发布的“管道完整性管理规范”第2部分:管道高后果区识别规程404.1 4.1 概要概要 本章系统阐述了管道运营者为风险评价收集并有效利用数据的过程。4 4 数据的收集、检查与整合数据的收集、检查与整合414.2 4.2 数据要求数据要求 首先应收集进行风险评价所要求的数据。在执行完整性管理方案时,要求进行附加数据的收集和排序,以更多的了解并预防、减缓管道事故。42预定的管道完整性管理程序的数据构成预定的管道完整性管理程序的数据构成434.3 4.3 数据来源数据来源 建立完整性管理
21、程序所需的数据可从管道运营公司获得。现有管理信息系统(MIS)或地理信息系统(GIS)数据库以及以前的风险或危险评价结果也是数据的来源之一。从外界也可获得完整性管理所需要的资料。44管道完整性管理程序的典型数据来源管道完整性管理程序的典型数据来源454.4 4.4 数据的收集、检查和分析数据的收集、检查和分析 应制定数据收集、检查和分析的计划。数据的分辨率和单位也应确定。在时间方面,确定收集的数据对所要分析的危险是否适用。在完整性管理程序中,如果缺少对某种危险进行分析所需的数据,并不能因此排除这种危险存在的可能性。464.5 4.5 数据的整合数据的整合 完整性管理程序中,数据综合的工作之一就
22、是建立统一的参考系统和一致的计量单位。将收集到的单项数据综合在一起,并根据其相互关系进行分析,以实现完整性管理和风险评价的全部价值。47数据整合数据整合485.1 5.1 引言引言 进行风险评价有两个目的:第一是组织数据和信息,帮助运营者对管理活动进行排序和规划;第二是确定采取何种检测、预防或事故减缓措施以及在何时实施。5 5 风险评价风险评价495.2 5.2 定义定义 风险由两个主要因素的乘积来描述:事故发生的可能性(概率)和事故造成的后果。50计算风险的方法如下:对单个危险:Riski=PiCi 对 所 有 危 险:R i s k=P1 C1+P2C2+P9C9515.3 5.3 风险评
23、价的目的风险评价的目的(a)对要进行完整性评价和事故减缓活动的管道/管段进行优先排序。(b)评价事故减缓措施的效果。(c)确定对已识别危险最有效的减缓措施。(d)对调整检测周期对完整性的影响进行评价。(e)对备选检测方法的应用及必要性进行评价。(f)更有效配置资源。525.4 5.4 风险评价方法的建立风险评价方法的建立 实施得当的风险评价方法可成为强有力的分析手段。风险评价方法应当与知识渊博、经验丰富的人(专家和熟悉设备的人)的见解结合起来。535.5 5.5 风险评价方法风险评价方法(1)专家法(定性法)(2)相对评估模型法(半定量法)(3)方案评估法(事件树、事故树)(4)概率评估模型法
24、(定量法)54 失效后果严重性划分为失效后果严重性划分为、级。级。级级 灾难的:有人员死亡,引起公众不能食用的污染事件,大面积环灾难的:有人员死亡,引起公众不能食用的污染事件,大面积环境公害,设备损坏导致停工境公害,设备损坏导致停工9090天以上。天以上。级级 严重的:致伤人员丧失工作能力,给公众造成伤害,设备损坏导严重的:致伤人员丧失工作能力,给公众造成伤害,设备损坏导致致10109090天停工,区域性损失。天停工,区域性损失。级级 轻度的:人员受到不丧失工作能力的伤害,环境污染小,停工轻度的:人员受到不丧失工作能力的伤害,环境污染小,停工1 11010天。天。级级 轻微的:无人员伤害,设备
25、损坏轻微轻微的:无人员伤害,设备损坏轻微 失效可能性划分为失效可能性划分为A A、B B、C C、DD级级 A A 频繁发生:风险评价前频繁发生:风险评价前1010年发生年发生1 1次或次或1 1次以上事故,概率次以上事故,概率P10P10-1-1次次/a/a B B 很可能发生:很可能发生:2 21010-2-2/a/a概率概率P10P10-1-1次次/a/a C C 有时可能发生:有时可能发生:2 21010-3-3/a/a概率概率P2P21010-2-2次次/a/a D D 不大可能发生:概率不大可能发生:概率P2P21010-3-3次次/a/a 定性风险评价定性风险评价55 半定量风险
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