氣田水輸送管線泄漏風(fēng)險因素研究

鄒碧海 熊雅斕 王文和 胡志國 彭俊峰 熊 靜

(1. 重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院， 重慶 401331； 2. 西南油氣田分公司重慶氣礦， 重慶 404100； 3. 四川川港燃?xì)庥邢挢?zé)任公司， 成都 6100174； 4. 重慶凱源石油天然氣有限責(zé)任公司， 重慶 401120)

天然氣開發(fā)當(dāng)中會產(chǎn)生一定量的氣田水，氣田水中含有的H2S、CO2均具有一定毒性。如果氣田水輸送管線發(fā)生泄漏，必然對周圍居民造成經(jīng)濟(jì)和生命財產(chǎn)損失，因此，氣田水輸送管線的安全性必須受到高度重視[1]。

目前，氣田水輸送管線基本采用的是玻璃鋼管線，這類管線具有良好的抗腐蝕和結(jié)垢能力[2]，水力特性優(yōu)良[3]。選用玻璃鋼管管徑較小或者功率較小的輸送泵，可減少管線工程初期投資費(fèi)用，降低運(yùn)行成本[4]。但該管道材質(zhì)的抗拉抗震較差，在運(yùn)行過程中極易遭受破壞。國內(nèi)外學(xué)者在輸油輸氣管道風(fēng)險評價方面作了許多深入研究[5-7]。但是，這些風(fēng)險評價多是針對油氣輸送管道，對氣田水輸送管線的風(fēng)險評價未見報道。本次研究將運(yùn)用事故樹分析法，針對氣田水輸送管線的風(fēng)險進(jìn)行評價。

1 事故樹分析理論

1.1 概念

事故樹分析法是以某一個具體事故作為頂上事件，通過分層剖析，自上而下找出引發(fā)不良后果的所有因素[8-9]。事故樹分析法是通過由“果”找“因”的方式，一方面能夠找出引發(fā)事故的最直接原因，另一方面也能揭露事故發(fā)生的間接原因[10-12]。

1.2 最小割集

在事故樹分析中，最小割集是指同時發(fā)生就能夠引發(fā)頂上事件的基本事件集合。最小割集是頂上事件出現(xiàn)的充分必要條件，本次研究采用布爾代數(shù)化簡法對構(gòu)造的事故樹進(jìn)行計算簡化求解。

1.3 結(jié)構(gòu)重要度

結(jié)構(gòu)重要度的求解有2種方法：(1)精確求出結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)[12-13]；(2)用最小割集或最小徑集對結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行排序[14-15]。本次研究方法為前者，通過近似公式計算氣田水管線泄漏事故樹的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)，并進(jìn)行排序分析。通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果，確定導(dǎo)致頂事件發(fā)生的主要原因及次要原因，從而得到氣田水管線泄漏事故樹結(jié)構(gòu)重要度序列。

2 應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)以重慶市某油田公司LD1-1井 — LD4井氣田水輸送管線為例，采用事故樹分析法對其進(jìn)行安全風(fēng)險評價。

2.1 LD1-1井 — LD4井管線概況

該管線途徑地區(qū)按照人口密度劃分，大部分為一級地區(qū)，有少部分二級地區(qū)，無三級、四級地區(qū)。整條管線從未發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害，但是在地質(zhì)災(zāi)害識別時，有零星幾處可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。整條管線周圍水源大部分是廢棄的水塘、水渠，有少部分農(nóng)用水渠、水塘以及少部分飲用水水井，有1座飲用水水庫和2條小河溝。管線周圍所種莊稼為非高經(jīng)濟(jì)價值農(nóng)作物。埋深基本滿足要求，人口密度小。根據(jù)以往的事故調(diào)查情況反饋，認(rèn)為該管線屬于較典型的氣田水輸管線。

2.2 事故樹模型構(gòu)建

由于氣田水輸送管線基本采用玻璃鋼管線，該類管線良好的抗腐蝕和結(jié)垢功能，有效地控制了氣田水的高腐蝕性，但該管道材質(zhì)抗拉抗震較差，在運(yùn)行過程中極易遭到管線破裂的危害，再加上管線多數(shù)敷設(shè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，周圍居民的安全意識不到位；對于埋深不足的管線，堅(jiān)硬物容易造成管線穿孔的危害。根據(jù)上面列出的一系列危險因素，以“氣田水管線泄漏”為頂上事件，依照事故樹編制的方法及原則，得到氣田水輸送管線泄漏事故樹(見圖1)和事故樹對應(yīng)基本事件(見表1)。

圖1 氣田水輸送管線泄漏事故樹

符號含義符號含義X1第三方施工X13膠合效果不好X2農(nóng)業(yè)活動X14法蘭質(zhì)量不合格X3車輛超載行駛X15法蘭安裝不達(dá)標(biāo)X4僥幸心理X16壓力表顯示不良X5制度不健全X17壓力閥不良X6培訓(xùn)方案不合理X18加壓泵異常X7過度疲勞X19埋深不足X8注意力不集中X20管溝存在硬碎性頂墊物X9對崗位不熟悉X21地面凹凸不平X10玻璃鋼管切割不當(dāng)X22強(qiáng)降水區(qū)域X11管道質(zhì)量不合格X23土質(zhì)疏松X12連接方式不當(dāng)X24巖石風(fēng)化嚴(yán)重

2.3 最小割集分析

最小割集表示導(dǎo)致氣田水輸送管線泄漏的基本事件集合，每個最小割集都是導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的一種途徑。采用布爾代數(shù)簡化法對最小割集進(jìn)行求解，求解過程如下：

T=M1*M2*M3

=(M4+M5)*(M6+M7)*(M8+M9)

=(X1+X2+X3+M10+M11)*

(X10+M12+M13+X16*X17*X18)*

(X19+X20+X21+X22*X23*X24)

=[X1+X2+X3+X4*(X5+X6)+X7*X8*X9]*(X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16*X17*X18)* (X19+X20+X21+X22*X23*X24)

分析結(jié)果如下：

(1) 氣田水輸送管線泄漏是由多種因素共同作用所致，并不是由單一因素所造成。該氣田水輸送管線泄漏事故特點(diǎn)是因素眾多，相互作用關(guān)系復(fù)雜，涉及范圍廣。經(jīng)分析計算，該事故樹的最小割集數(shù)量為180個。

(2) 最小割集中元素數(shù)量越少，其對頂上事件發(fā)生的影響越大。在該氣田水輸送管線泄漏事故樹中3個元素組成的最小割集數(shù)量有81個，5個元素組成的最小割集的數(shù)量有81個，7個元素組成的最小割集的數(shù)量有18個。經(jīng)計算得出，其中影響度最大的3元素和5元素的最小割集數(shù)量有162個，占總數(shù)的90%。這說明該氣田水管線泄漏的可能性較大，需要長期監(jiān)測控制。

(3) 最小割集中的因素可以歸納為人、機(jī)、環(huán)境及管理4個方面。尤其是分析4個元素組成的割集時，每個割集都是由人、機(jī)、環(huán)境及管理4個方面的基本事件構(gòu)成，說明在做氣田水輸送管線泄漏的原因分析時，應(yīng)從人、機(jī)、環(huán)境及管理4個方面考慮并提出相應(yīng)的控制措施。

2.4 結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度排序能夠直觀地反映基本事件對頂上事件的影響程度。通過分析排序，可得到事故發(fā)生的主要因素。采用式(1)計算結(jié)構(gòu)重要度：

(1)

根據(jù)式(1)得到基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序：

I"Φ"(X3)=I"Φ"(X2)=I"Φ"(X1)>I"Φ"(X21)=I"Φ"(X20)=I"Φ"(X19)>I"Φ"(X9)=I"Φ"(X8)=I"Φ"(X7)=I"Φ"(X6)=I"Φ"(X5)=I"Φ"(X4)>I"Φ"(X24)=I"Φ"(X23)=I"Φ"(X22)>I"Φ"(X18)=I"Φ"(X17)=I"Φ"(X16)=I"Φ"(X15)=I"Φ"(X14)=I"Φ"(X13)=I"Φ"(X12)=I"Φ"(X11)=I"Φ"(X10)

根據(jù)排序，得到以下分析結(jié)果：

(1) 基本事件結(jié)構(gòu)重要度越大，表示該基本事件發(fā)生時對頂事件產(chǎn)生的影響越大。 第三方施工、農(nóng)業(yè)活動、車輛超載行駛這3項(xiàng)基本事件是重要度最大的基本事件，說明人為破壞導(dǎo)致的事故在造成氣田水輸送管線泄漏的影響最大，加強(qiáng)員工及周邊居民的安全意識及安全教育是企業(yè)的首要任務(wù)。

(2) 從整體重要度排序結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，“人”>“環(huán)境”>“機(jī)”，說明人的因素是導(dǎo)致氣田水輸送管線泄漏的主要因素。這也符合事故致因理論 —— 80%以上的事故是由人的原因引起的。為了減少人為因素對管線泄漏的影響，建議企業(yè)及有關(guān)部門加強(qiáng)對員工的安全教育培訓(xùn)，樹立牢固的安全觀念。

3 預(yù)防與控制對策

人的不安全動作與物的不安全狀態(tài)相互影響共同作用導(dǎo)致事故發(fā)生，依照軌跡交叉理論的原理，在考慮事故預(yù)防與控制對策時應(yīng)將“人 — 機(jī) — 環(huán) — 管理”之間的相互影響和作用結(jié)合起來。本文結(jié)合重慶某油氣田公司氣田水輸送管線實(shí)例分析，根據(jù)最小割集的組合因素和基本事件結(jié)構(gòu)重要度的排序制定相應(yīng)的預(yù)防與控制對策。

(1) 對于氣田水玻璃鋼輸送管線，要想減小風(fēng)險，需要積極采取措施控制施工技術(shù)缺陷，不斷改進(jìn)完善技術(shù)設(shè)計。

(2) 氣田水管線泄漏多是人員的誤操作所導(dǎo)致，應(yīng)加強(qiáng)對員工安全技能操作的培訓(xùn)和教育。同時，還應(yīng)該加大力度對員工的安全意識進(jìn)行強(qiáng)化，從源頭上做到安全防范。

(3) 管線建設(shè)活動頻繁，線路上標(biāo)識清晰，但是標(biāo)識不得被周圍草叢或樹叢遮擋。建議加大宣傳力度，提高管線附近居民的認(rèn)識水平，保護(hù)管線。

(4) 制定合理、合適的安全計劃，現(xiàn)場監(jiān)管人員嚴(yán)格按照計劃執(zhí)行。實(shí)施科學(xué)化的監(jiān)督檢驗(yàn)，不斷改進(jìn)安全管理制度。

(5) 在任何施工操作中都必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。如果操作規(guī)程不規(guī)范，則須馬上取消作業(yè)，直至操作規(guī)程達(dá)到規(guī)范要求。同時，還應(yīng)保證安全制度的完整性。

(6) 管線鋪設(shè)選址設(shè)計時，應(yīng)避免人員集中區(qū)域、水源集中區(qū)域、車輛運(yùn)行繁華區(qū)域、大面積農(nóng)業(yè)種植地帶，盡量減少穿越公路、河流、河溝、機(jī)耕田的次數(shù)，管線穿越公路時，應(yīng)加裝抗震套管。

4 結(jié) 語

以氣田水輸送管線泄漏事故為研究目標(biāo)，通過事故樹分析法進(jìn)行風(fēng)險分析和致因識別，識別出了管線泄漏事故的主要致因因素。根據(jù)風(fēng)險因素分析，得出以下結(jié)論：

(1) 運(yùn)用事故樹的方法及原理對氣田水輸送管線泄漏事故進(jìn)行深入分析，全面了解了事故原因。通過分析，將其歸納為“人 — 機(jī) — 環(huán) — 管理”4個方面，并細(xì)分為第三方施工、埋深不足、地質(zhì)活動頻繁等30項(xiàng)基本事件。

(2) 通過布爾代數(shù)化簡法得到180個最小割集元素的組合，其中影響度最大的3元素和5元素的最小割集數(shù)量有162個，占總數(shù)的90%。這說明該氣田水管線泄漏的可能性較大，需要長期監(jiān)測控制。

(3) 根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度大小排序，認(rèn)為第三方施工、農(nóng)業(yè)活動、車輛超載運(yùn)行對輸送管線安全運(yùn)行的影響最大。