基于檢測數(shù)據(jù)的油氣集輸管道失效故障樹建立

王觀軍 陳麗娜 陳健飛 王安泉 韓慶

1勝利油田技術(shù)檢測中心

2勝利油田檢測評價(jià)研究有限公司

勝利油田現(xiàn)有油氣集輸管道17 256 km，技術(shù)檢測中心自2008年起先后對6 821 km 集輸管道進(jìn)行了定期檢驗(yàn)。通過檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在用集輸管道存在諸多缺陷和安全隱患，管理中突出的問題主要有以下兩點(diǎn)：①管道種類多，運(yùn)行年限長，埋地環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)不明；②管道風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)缺少科學(xué)合理的方法，難以指導(dǎo)管理部門合理安排檢驗(yàn)維修計(jì)劃。

管道完整性管理經(jīng)國內(nèi)外多年的研究與實(shí)踐，已成為當(dāng)前國際上最為認(rèn)可的管道管理模式[1]，采用管道完整性管理可以預(yù)測并預(yù)防事故的發(fā)生，減少或避免事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)可以優(yōu)化各項(xiàng)維護(hù)支出，避免維修維護(hù)資金和資源的浪費(fèi)[2-3]。

自2015年GB 32167在我國全面推行以來[4]，通過不斷消化吸收國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，管道完整性管理已在油氣長輸管道全面推行。但由于集輸管道在法規(guī)要求、敷設(shè)環(huán)境、失效后果、檢測技術(shù)、維護(hù)技術(shù)等方面與長輸管道存在較大差異[5-6]，長輸管道的完整性管理技術(shù)無法直接適用于集輸管道。因此，應(yīng)立足勝利油田實(shí)際，針對油田集輸管網(wǎng)的失效模式，建立適用于油氣集輸管網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，檢測評價(jià)準(zhǔn)則，決策優(yōu)化方案，優(yōu)化檢維修技術(shù)，以形成油氣集輸管網(wǎng)完整性管理體系。

1 檢測、失效數(shù)據(jù)整合分析

整合分析了自2008年以來的歷史檢測、失效數(shù)據(jù)，構(gòu)建集輸管道SQL數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，共包含基于2 136條油氣管道的53 725個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了管道基本信息、運(yùn)行參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)、失效數(shù)據(jù)等信息的查詢分析及數(shù)據(jù)的更新維護(hù)，數(shù)據(jù)類型如表1所示。為了提高數(shù)據(jù)的可用性，利于后期數(shù)據(jù)的整合分析，采用K-means 聚類算法進(jìn)行C 語言編程，篩選離群數(shù)據(jù)，最終留取了1 987條油氣集輸管道，包含49 078個(gè)檢測數(shù)據(jù)。

表1 歷年檢測、失效數(shù)據(jù)類型Tab.1 Types of detection data and invalid data over the years

2 理論故障樹的建立

通過對與集輸管道相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、檢測、維修等26項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，利用頭腦風(fēng)暴法，選擇“集輸管道失效”作為頂事件，從上而下分析導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能因素，建立集輸管道失效理論故障樹[7-8]，從故障樹中共得到末端失效因子（基本事件）169個(gè)，具體如表2所示。

3 簡化故障樹

灰色關(guān)聯(lián)分析法是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。因此，本文運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法分析已有檢測數(shù)據(jù)，求解關(guān)聯(lián)度值來簡化理論故障樹?，F(xiàn)以第三方破壞下層的盜油氣為例：選取盜油氣為主序列，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法分別對埋深不足、巡線頻率、防腐層破損、油品性質(zhì)、使用單位、運(yùn)行年限、管徑、油價(jià)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度求解，得出關(guān)聯(lián)度值，如表3所示。

圖1 盜油氣部分故障樹簡化過程示意圖Fig.2 Simplification process diagram of the fault-tree for oil and gas theft

表2 理論故障樹基本事件Tab.2 Basic events of theoretical fault tree

表3 各檢測參數(shù)與盜油氣的關(guān)聯(lián)度Tab.3 Correlation of each test parameter to oil and gas theft

表4 簡化后的失效故障樹基本事件Tab.4 Simplified basic events of failure fault tree

圖2 基于檢測數(shù)據(jù)的集輸管道簡化失效故障樹Fig.2 Simplified failure fault tree for gathering and transportation pipeline based on detection data

由表3可以看出，埋深不足、防腐層破損、輸送介質(zhì)和油品價(jià)格對盜油氣的關(guān)聯(lián)度較高，而由于發(fā)生盜油氣現(xiàn)象，防腐層必然破損，不能作為底層事件，該部分故障樹的簡化過程如圖1所示，同理得到簡化后的油氣集輸管道失效故障樹，如圖2所示。簡化后的末端因子（基本事件）共計(jì)56個(gè)，如表4所示，均可通過檢測數(shù)據(jù)或其他方式獲取，利用Freefta軟件可求解失效故障樹的最小割集和末端因子重要度，最小割集共計(jì)220個(gè)。

4 結(jié)束語

建立的基于檢測數(shù)據(jù)的集輸管道簡化失效故障樹，充分利用檢測數(shù)據(jù)，并全面考慮了集輸管網(wǎng)的特點(diǎn)，增強(qiáng)了評價(jià)的客觀性，且失效因子全面，為構(gòu)建適用于勝利油田的油氣集輸管網(wǎng)定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，乃至開發(fā)一套符合勝利油田集輸管網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的完整性管理評價(jià)體系奠定了基礎(chǔ)，從而能夠全方位、多層次地對管道進(jìn)行連續(xù)、系統(tǒng)的評價(jià)，并給出維護(hù)、整改意見，最終可實(shí)現(xiàn)評價(jià)、防護(hù)、管理、預(yù)測為一體的全生命周期的完整性管理模式。