安全工程概论作业.docx

    安全工程概论作业    1、结合我国原油管道实际情况，论述如何运用风险评分法进行管道的风险评价1.1 管道风险评分法的层次结构管道风险评分法的基本模型将管道危害因素分为四个方面：第三方损坏、腐蚀、设计因素、误操作每方面再细化为若干项，按规定对细化因素逐项评分，其总和为危害因素的指标和得分越高，表明危险性越小再综合管道事故泄漏后果的危害程度求得泄漏影响系数管道事故危害程度越小，泄漏后果指数越小，两者相除求得相对风险数相对风险数=危害因素指标分之和/泄漏后果指数图1 管道风险评分法框图1.1.1 危害因素的指标及评分依据危害因素指标分之和是第三方破坏评分、腐蚀评分、设计评分、误操作评分，四方面总的评分值相加，即为该系统的失效可能性，其数值理论上可在0—400分之间变化，数值越高，安全性越好1）第三方破坏表1 第三方破坏评分指标及其依据指标项目指标范围 评分依据管道最小埋深 0—20分 按管道不同埋深人类活动情况 0—20分 按人口密度状况管道地上设备 0—10分 按地上设备的防护、标识状况一次呼叫系统 0—15分 一次呼叫系统的效率、可靠程度等 公众教育 0—15分 沿线居民安全教育、安全意识高低 线路状况 0—5分 沿线标志的清楚程度巡线频率 0—15分 巡线频率及有效性合计 0—100分2） 腐蚀—环境腐蚀、内腐蚀、外腐蚀表2 腐蚀评分指标及其依据指标项目 指标范围评分依据环境腐蚀 管道设施 0—5分 套管、支架等的环境腐蚀环境类型 0—10分 环境的化学成分、温度、湿度防腐层/检测 0—5分 防腐层质量、应用、检测及维修的质量 合计 0—20分内腐蚀 产品腐蚀性 0—10分 产品腐蚀性的强、弱或无腐蚀性 内部防腐 0—10分 注人防腐剂、内防腐层、清管等 合计 0—20分外腐蚀 阴极保护 0—8分 阴极保护参数符合要求、运行及检测情况 防腐层情况 0—10分 涂层的种类、质量、施工、检验及修复情况土壤腐蚀性 0—4分 按土壤电阻率大小分级服役时间 0—3分 按管道使用年限其他埋地金属 0—4分 管道周围152.4m(500ft)内埋地金属出现的次数交流感应电流 0—4分 管道周围有无高压交流电源及保护措施应力腐蚀 0—5分 根据存在拉应力、腐蚀环境、钢材类型等 管-地电位测试 0—6分 管-地电位的监测密度及频度闭区间勘察 0—8分 测值分析及计划维修情况内检测设备 0—8分 内检测情况及检测间隔的年数合计 0—60分腐蚀项目总计 0—100分3） 设计表3 设计评分指标及其依据指标项目 指标范围 评分依据管道安全系数 0—20分 钢管实际厚度与计算厚度的比值系统安全系数 0—20分 管道设计的最大允许操作压力与运行中实际操作压力之比值疲劳 0—15分 管道应力变化幅度和交变循环次数潜在的水击危害 0—10分 水击产生超压的可能性及防护措施情况系统水压试验 0—25分 按水压试验压力与最大允许操作压力的比值及试压的间隔时间评分土壤移动情况 0—10分 管道周围有无高压交流电源及保护措施因地震、滑坡、泥石流等引发土壤移动的可能性大小及监测情况合计 0—100分 根据存在拉应力、腐蚀环境、钢材类型等4） 误操作——设计、施工、运行、维护表4 误操作评分指标及其依据指标项目 指标范围 评分依据设计 危险标识 0—4分 材料选择 0—2分 可能的最大允许操作压力0—12分 检查 0—2分 安全系统 0—10分 合计 0—30分施工 检测 0—10分 回填 0—2分 材料 0—2分 处置 0—2分 连接 0—2分 保护层 0—2分 合计 0—20分运行 规章 0—7分 检测与调查 0—2分 SCADA/通讯 0—5分 培训 0—10分 毒品检查 0—2分 防止误操作设施 0—7分 安全规程 0—2分 合计 0—35分维护 文档 0—2分 维护规程 0—10分 维护计划 0—3分 合计 0—15分误操作项目总计 0—100分1.1.2 危害后果指数泄漏后果与介质的危险性、泄漏影响范围及泄漏点周围环境情况，特别是人口密度大小密切相关。

用泄漏后果指数评定：泄漏后果指数=介质危险分/泄漏影响系数，泄漏后果指数分值在88～0.20之间，其数值越大，泄漏的危害程度越大1） 介质危险性评分考虑当前与长期危害性，可参考美国消防协会(NFPA)、环保署（EPA）等的方法，评分范围为O～22分，分数值高表示危险性大对于油品而言，特别是原油，泄漏的速率要慢一些，随着时间增长，油品扩散增加，不但增加着火可能性及火灾范围，还会加剧环境污染2） 介质泄漏影响系数泄漏影响系数=泄漏分/人口状况分，范围在0.25～6.0之间，数值越低，表示危险性大a) 泄漏分对于液体（如原油）管道而言，泄漏分为土壤渗透率与泄漏量评分的平均值，即：液体泄漏分=O.5×(土壤渗透率分+液体泄漏量分)(b) 人口状况分按管道人口密度划分为四个等级，人口密度大，危险性大，得分越高美国运输部规定按照规定面积内（沿管道两侧各宽201m长度1609m的范围）的最大居住户数作为地区等级划分的依据表5 地区等级划分标准及人口状况分（美国运输部） 地区类别 规定面积内的人口状况 人口状况分1类地区 少于10户 12类地区 多于10户少于46户 23类地区 多于等于46户 34类地区 有多层建筑物 41.1.3 相对风险数计算相对风险数=危害因素指标分之和/泄漏后果指数，最佳及最坏情况下各项分值及相对风险数的范围如表所示：表6 最佳及最坏情况下相对风险数书范围数据项 最坏 最好危害因素分之和/分 0 400泄漏后果指数/分 88 0.2相对风险数 0 2000 对于烃类管道，其数值多在10～300之间，数值越高，管道风险越低，管道安全可靠性越好。

1.2 结合我国原油管道的实际，讨论应用评分法1.2.1 管线分段需要慎重对待长输管道沿线社会、自然条件差异很大，危害因素不完全相同，评价时如何划分管段是很重要的一步分段数增加，可以增加各段的评价精度，但要增加数据采集、处理和评价的投入，反之可以降低成本，但也降低了评价精度最好的分段原则是在管线上有重要条件变化时插入分段点在人口密度及土壤状况变化较大处将管段划分较短，其余部分则分段较长，这样可以在不增加很多管段数的条件下得到较好的评价精度由于人口状况分对泄漏影响系数、相对风险数的影响较大，因此要注意在人口密度较大变化处，特别是在高密度段的划分情况考虑到我国人口居住比较密集的实际情况，在划分地区等级时需依据我国设计规范规定：沿管道中心线两侧各200m范围内，任意划分成长度为2km并能包括最大聚居户数的若干地段，按划定地段内的户数（户数规定见下表）划分为四个等级表7 地区等级划分标准及人口状况分（我国）地区类别 人口密度 人口状况分1类地区 少于15户 12类地区 多于15户少于100户 23类地区 多于等于100户 34类地区 有多层建筑物 41.2.2 修订评分指标及评分规定，使评价结果更符合我国实际情况上述四类危害因素及泄漏事故后果(泄漏冲击指数)的指标值、评分依据，是根据国外管道事故数据分析及多年实践经验总结出来的。

有的内容并不符合中国情况例如，在我国，尚没有建立直呼系统，存在打孔盗油现象，所以在第三方破坏指标中，需要考虑这两项；加热输送易凝高粘原油时，管道存在凝管问题，在误操作中运行一项需要考虑此项另一方面，随着管道工程科技水平、管理水平的提高，各种危害因素及安全措施的指标、权重也应随时间改变需要不断研究这些情况，适当调整风险评分法的指标及权重分配，使其更符以合中国管道实际情况1.2.3 努力减少主观因素对评分准确性的影响由于管道风险评分法是将管道数据统计资料与专家的意见相结合，对各种危害安全的因素及可能的后果进行逐项评分，综合形成一个总的相对风险分为尽量减少主观因素对评分准确性的影响，应在评价前制定较详细的评分规定，使评分标准易于掌握、便于操作特别是对一些随机的、模糊的、难以准确评分的因素，要加以简化2、论述确定原油管道凝管概率的方法，绘制凝管事故树和凝管风险控制决策树2.1 确定原油管道凝管概率的方法2.1.1 基于结构可靠性理论确定凝管概率的方法 1） 结构可靠性的基本原理结构可靠性以可靠度衡量，它是指在规定时间规定条件下结构完成预定功能的能力结构可靠度与失效概率是互补的，如果已知结构的可靠度为R(t)，则相应的失效概率为1-R(t)。

结构的可靠性分析一般是建立在极限状态基础上的，可用结构功能函数（或极限状态函数）来描述结构的各种功能功能函数就是相应功能设计变量的函数在管道的结构可靠性分析中，如果12,,,n x x x …为描述管道状态的基本变量（如管道的几何参数和材料性能参数），则功能函数为：12(,,,)n Z g x x x = (1)根据功能函数的取值不同，可以把管道分为三种状态：Z>0，管道处于可靠状态；Z=0，管道处于极限状态；Z121212(,,,)(){0}()(,,,)n f n nRx x x RP t p Z f x dx f x x x dx dx dx ∈=<==∫∫∫ (2)2） 停输凝管失效概率计算根据凝管失效故障树分析知，管道发生停输凝管失效是因为管道启动压力超过了管道的允许承压，所以，由结构可靠性理论，建立极限状态函数为：1Z p p =?启 （3）式中，p 表示管道承载能力，p 表示表示管道启动时承受的压力，其失效概率为，即当管道启动压力超过管道承载能力时，发生凝管失效启11(0f p P Z =<)对于一条管道，根据泵站（或热泵站）数量可以分为若干站间由于不同站间管道的极限承压能力和再启动压力不同，每个站间停输凝管失效概率也是不同的，所以在进行失效概率计算的时候应该按站间分别计算，然后取最大值作为整条管道的停输凝管失效概率。

对于每个站间失效概率的计算，要根据管道是否存在腐蚀缺陷分别考虑极限状态函数中参数的取值如果管道不存在腐蚀缺陷，管道沿线极限承压能力几乎一样，再启动时出站位置处所承受的压力最大，所以取管道出站压力计算失效概率即可如果管道存在腐蚀缺陷，管道沿线由于腐蚀程度不同，其极限承压差别较大，所以应该根据管道再启动时沿线压力分布分别计算出各个腐蚀缺陷位置处的失效概率，并取最大值作为站间凝管失效概率但是，考虑到每个站间腐蚀缺陷数目较多，所以腐蚀管道停输凝管失效概率可以采取近似方法按以下步骤计算：（1）对站间管道分成若干管段，可以平均分段，也可以根据沿线腐蚀状况采取不均匀分段；（2）根据腐蚀数据，找出各管段腐蚀最严重部位，并以该部位的极限承压近似代表对应管段的极限承压；（3）根据启动时沿线压力分布，确定各管段入口位置处实际承受的压力，并以该压力近似代表对应管段的实际承压；（4）利用极限状态函数，进行可靠性计算，并得出各管段的凝管失效概率；（5）失效概率最大的管段即为启动时的最危险管段，取该管段的失效概率为对应站间的凝管失效概率3） 低输量运行凝管失效概率计算与停输凝管失效相似，低输量运行凝管失效的直接原因是管道输量小于了允许最小输量，根据结构可靠性理论，近似建立极限状态函数为：min 2Z G G =? （4）其中，min max 0min 0=ln -RR Z K Dl G c T T π，表示允许最小输量，K 为油流至土壤的总传热系数，c 为原油的比热容，为允许最高出。