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      海洋石油鉆井設(shè)備高壓管線的失效模式故障樹分析

      2013-12-31 00:00:00高尚磊
      科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2013年11期

      摘 要:該文通過對海洋石油鉆井設(shè)備高壓管線進行故障樹分析,通過對故障樹的最小割集的求解,得出可能導(dǎo)致高壓管線失效的主要原因,并提出了預(yù)防措施。

      關(guān)鍵詞:海洋平臺 鉆井設(shè)備 高壓管線 故障樹

      中圖分類號:TE926文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2013)04(b)-0077-02

      近年來,隨著科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展,世界各國對石油、天然氣等能源的需求量與日俱增。但隨著陸地石油資源的不斷減少,海洋石油鉆井與采油作為我國重點開發(fā)項目。

      我國是海洋大國,擁有18000多km的海岸線和6500m2以上的大小島嶼。在近300萬km2的海域內(nèi),大陸架海區(qū)含油氣盆地面積近70萬km2,天然氣資源量為10.6萬億m3,各種形式的海洋能源總量超過4億萬[1]。

      目前,我國已經(jīng)在渤海、南海及東海等海域發(fā)現(xiàn)了油田并建立了鉆井、采油平臺。隨著海洋石油產(chǎn)量要求的增加,鉆井設(shè)備在海洋石油中的使用越來越多,而高壓管線作為鉆井設(shè)備系統(tǒng)中的重要組成部分,在內(nèi)部流體和外部環(huán)境荷載的作用下,會使管線發(fā)生斷裂和腐蝕等情況,輕則停產(chǎn),重則導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故,故其安全狀況直接影響海洋石油平臺的生產(chǎn)及人身、財產(chǎn)的安全。因此對海洋平臺鉆井設(shè)備管線進行事故樹分析,制定預(yù)防措施,保證管線的安全運行對我國海洋石油開發(fā)有著重要的意義。

      1 管線故障樹分析法定義

      故障樹分析(Fault tree analysis,縮寫FTA)又稱為事故樹分析,是一種演繹的系統(tǒng)安全分析方法。它是從要分析的特定故障開始,一層一層的尋找引起事故發(fā)生的直接和間接原因。一直分析到不能再分解為止;然后將這些分解的事故用邏輯門符號連接起來,來表示它們之間的邏輯關(guān)系,最后得到形象、簡潔的表達其邏輯關(guān)系的邏輯樹圖形,稱作故障樹。故障樹圖是一種邏輯因果關(guān)系圖,它根據(jù)元部件狀態(tài)(基本事件)來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)(頂事件)[2]。通過對事故樹圖的簡化、計算達到分析、評價的目的。

      本文所建立得故障樹分析圖還需要一些標準符號,[3]見表1。

      2 海洋平臺鉆井設(shè)備高壓管線事故樹的建立

      根據(jù)可能發(fā)生事件的危險程度,確定事故樹的頂事件為管線失效.在鉆機使用過程中,如果發(fā)生管線破裂或滲漏,則會直接造成管線失效.故管線破裂或失效為高壓管線失效的直接原因.接著本文繼續(xù)進行深入分析,直到找到代表各種故障樹的基本事件為止(如表1)。

      針對海洋平臺鉆井設(shè)備高壓管線工作特點及基本事件,建立了高壓管線故障樹。

      3 鉆井設(shè)備高壓管線故障樹定性分析

      故障樹定性分析的主要任務(wù)就是求出故障樹的所有最小割集.所謂最小割集就是在事故樹中凡能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本事件的集合.

      根據(jù)上圖所得到的事故時,可得到事故樹結(jié)構(gòu)函數(shù)式:

      由事故樹結(jié)構(gòu)函數(shù)式所得到的結(jié)果可知,該故障樹由5個一階最小割集、8個二階最小割集、4個三階最小割集組成,由于割集階數(shù)越小,其發(fā)生危險的可能性越大。因此5個一階最小割集應(yīng)該更加重視。

      4 鉆井設(shè)備高壓管線故障樹定量分析

      事故樹定量分析就是在求出各基本事件發(fā)生概率的情況下,計算頂上事件的發(fā)生概率,從而求出概率的重要度和臨界重要度。

      其計算過程是采用自下而上的方式進行,首先收集樹中各基本事件的發(fā)生概率;然后由下面基本事件開始計算每一個邏輯門輸出事件的發(fā)生概率;最后將計算過的邏輯門輸出事件的概率,代入它上面的邏輯門,計算其輸出概率,依次類推,直達頂部事件,最終可以求出該事件發(fā)生的概率。

      5 結(jié)語

      故障樹分析法可通過對海洋平臺鉆井設(shè)備高壓管線使用的基本情況及現(xiàn)場情況進行分析,確定基本事件,然后建立故障樹,通過對故障樹的定性、定量分析,可以得出高壓管線可能發(fā)生的的事故的情況,針對基本事件可以制定有效的預(yù)防措施。在高壓管線使用過程中,腐蝕及爆炸是導(dǎo)致高壓管線失效的主要因素,在維修過程中,其焊接質(zhì)量為主要因素。故在制定預(yù)防措施時,應(yīng)著重加強定期檢驗及焊接質(zhì)量控制。

      參考文獻

      [1]金偉良.國家自然科學(xué)基金重大項目專題研究總結(jié)報告[R].杭州:浙江大學(xué),2002.

      [2]陳利瓊.在役油氣長輸管線定量風(fēng)險技術(shù)研究[D].成都:西南石油學(xué)院,2004.

      [3]李建華.基于故障樹分析的長輸管道定量風(fēng)險評價方法研究[D].蘭州:蘭州理工大學(xué),2008.

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