国外油气管道失效数据库对比分析与启示.pdf

第 卷 第 期安全 年 月 引用格式：张强，戴联双，杨玉锋，等 国外油气管道失效数据库对比分析与启示 安全，（）：作者简介：张强（），男，河北邢台人，硕士，高级工程师，主要从事管道完整性及风险评价方面的研究工作。：国外油气管道失效数据库对比分析与启示张强高级工程师戴联双杨玉锋张希祥（国家石油天然气管网集团有限公司科学研究总院分公司，河北 廊坊 ；国家石油天然气管网集团有限公司 生产部，北京 ）【摘要】油气管道失效数据库对开展管道安全管理、进行定量风险分析及支撑管道完整性业务管理的数字化转型有着重要作用，为进一步完善国内油气管道失效数据库建设，本文从数据库界限、失效定义、数据信息、失效模式、失效原因、失效后果、失效数据统计等方面对美国、加拿大、欧洲及澳大利亚等国外典型油气管道失效数据库进行对比与差异分析；结合国内油气管道企业实际需求，从多渠道完善管道失效信息、完善失效分析与管理机制、明确失效数据库界限与范围等 个方面提出国内油气管道行业失效数据库建设与应用的建议，以提高管道安全管理水平。【关键词】油气管道；失效数据库；对比分析；安全管理中图分类号：文献标识码：文章编号：（）基金资助：国家石油天然气管网集团有限公司科学研究与技术开发项目（）（，；，）：，：；经验分享 年第 期?引言油气管道失效数据是保证管道安全运营的数据基础，通过失效信息的收集、失效原因的分析与统计，可从宏观上评估管道总体安全形势、掌握管道失效的发展趋势，同时有助于管道运营者审核管道的运营状况，对于管道危险因素识别、风险分析、事故预防及风险减缓措施的制定具有重要意义 。随着新建管道陆续投产、高钢级管道占比逐渐增大，安全运行管理任务愈发艰巨 。当前，亟需建立油气管道失效相关的数据管理分析系统，实现对失效数据采集与应用的标准化管理，开展对失效数据系统性、专业性的组织、分析和应用，从科学管理的角度开展油气管道失效风险的预测、预警，支撑管道完整性业务管理，保障管道安全平稳运行 。当前，国内外政府、管道公司均普遍重视管道失效数据的收集与分析工作，根据管道失效数据库建设主体的不同大致可分为 类：一类是依托权威政府部门管理的失效数据库，如美国管道和危险材料安全管理局（，）和加拿大国家能源局（，）；一类通过多个国家或公司形成团体间的合作协议，如欧洲天然气事件组织（，）、欧洲空气与水保护组织（，）、英国陆上管道运营协会（，）和澳大利亚管道工业协会（，）；还有一类则为单一公司拥有和编辑的数据库，只收集 本 公 司 的 管 道 失 效 信 息 并 对 数 据 进 行分析 。这些数据库均设置了失效数据统计标准和工作流程，以保证所收集数据的可用性和全面性，正是由于失效定义与统计范围的不同，不同管道失效数据反应了特定条件下的运营水平，要正确引用现有管道失效数据库的统计数据，必须清楚地了解各数据库的结构及差异。本文全面归纳比较国外管道失效数据库的建设模式和异同，并结合我国实际需求，提出我国石油天然气管道行业建立管道失效数据库的管理对策。国外典型失效数据库分析国外现有管道失效数据库的差异主要表现在数据库界限、失效定义、数据信息、失效模式、失效原因、失效后果、失效数据统计等方面。数据库界限不同数据库的界限是不同的，现从输送介质、管道材质、压力范围、管线长度、管道系统和场站设备等方面分析不同数据库界限的差异 ，见表 。表 数据库界限 建设主体输送介质管道材质压力范围 管线长度 管道系统场站设备 气体液体钢质塑料集输长输燃气是 气体液体钢质集输长输是 气体液体所有集输长输是 气体为主钢质长输否 气体钢质 长输否 油品钢质 长输是总体来讲，各类数据库均覆盖钢制长输管道的失效数据。统计范围最广，涵盖了集输管道、长输管道和燃气管道及站内设备设施，而 和 的主要特点是法律法规上的强制性要求。、统计单一的输送介质和长输钢制管道，其中 和 还分别对管道压力、管道长度有要求，更能反映出某一类管道的失效特征。失效定义不同失效数据库对失效的定义或统计基准不同，因此很难直接对比其失效数据，现将各类数据库对管道失效的定义进行梳理，见表 。各类失效数据库主要针对输送介质的意外泄漏，和 还包括未造成泄漏的情形，对于气体管道则包括导致液化天然气工厂紧急停车事故和企业判定的其他重大事故。总体来讲，失效的定义主要考虑数据的易获取 年第 期经验分享?性及数据的覆盖范围。、定义的范围最广，还包括对非泄漏但可能导致泄漏行为的数据收表 管道失效定义的比较 建设主体意外泄漏且造成以下任一后果人员伤亡火灾爆炸泄漏量 经济损失 万美元 （气体）（液体）死亡或需住院 万 死亡或重伤 （仅低蒸 汽 压 产品）注：导致液化天然气设施紧急停车或企业判定的其他需要上报的事故；经济损失阈值根据每年的通货膨胀系数调整；除泄漏外包含超过设计条件运营的管道；除泄漏外包含造成防腐层或管体的损伤、需要修复的管体缺陷、降低最大允许操作压力、未遂事件等；不包含打孔盗油或蓄意破坏；特别严重的安全环境后果除外集，这有助于分析潜在失效事件。、等则将意外泄漏作为唯一准则，能很容易地收集对公共安全有最大潜在后果的事故数据。由于是法律强制性要求，对失效事件的定义更为严格。数据信息管道失效数据库中收集的数据一般包括管道的基本信息和管道的事故信息。所有的失效数据库都包括管龄（建造时间、投产时间或服役年限）、管道长度、管径、管材和输送介质等信息。未记录有关地区等级的数据，因为数据来自几个不同的国家，其中一些国家没有使用地区等级的划分。未收集埋深，但在事故数据中有规定。没有地区等级和运行压力等相关数据。没有收集埋深或阴极保护。的年度报告表没有壁厚、压力、埋深或防腐层类型的数据。事故信息一般有失效原因分类、管道受损状况、火灾爆炸情况、人员伤亡、事故损失、环境污染、管道停输等信息相关规定。失效原因不同的数据库对事故原因分类不同，但都可概述为 个大类：腐蚀、材料和制造缺陷、第三方损坏、自然因素和其他原因，见表 。表 失效原因对比 建设主体腐蚀材料缺陷外部原因自然因素其他原因 内腐蚀、外腐蚀、应力腐蚀开裂母材缺陷、焊接缺陷挖掘其他外力损伤自 然 外 力、地 质 移动、雷 电、暴 雨 洪水，温度与大风设 备 与 操 作、其他 内腐蚀、外腐蚀、应力腐蚀开裂母材缺陷、建造缺陷、环焊缝缺陷外力损伤自然外力操作、其他 内腐蚀、外腐蚀、应力腐蚀开裂母材缺陷、建造缺陷、设计缺陷外力地 质 移 动、雷 电、冲刷爆破、电击或电压下降、其他 内腐蚀、外腐蚀母材缺陷、纵焊缝缺陷、环焊缝缺陷外力损伤地质移动其他未知原因 内腐蚀、外腐蚀、应力腐蚀开裂母材缺陷、建造缺陷第三方损伤地质移动、洪水误操作引 起的热袭 击、雷 电、未知原因 外腐蚀、内腐蚀、应力腐蚀开裂机械性能（设计、材料、制造）第三方（意外、蓄意）自然灾害运 营 操 作（系统、人工）每一大类又包括一些子类，但差异不大，例如，将管道失效事件成因划分为 个大类即机械性能、运营操作、腐蚀、自然灾害及第三方，个子类及 种失效因素。在各类失效事件中，北美地区（、）失效因素以第三方破坏、材料失效为主，欧洲地区经验分享 年第 期?（、）以外部干扰、腐蚀为主。输气管道（、）以外部干扰 开挖损伤为主要失效因素，其次为腐蚀。输油管道（）以打孔盗油为主要失效因素，其次为第三方活动、制造与施工缺陷。各地管道失效原因的不同主要是人口密度和地理条件的差异对管道安全运行有不同的影响。国家所处的地理位置决定了管道分布的地理环境。分布在人口密度高的管道遭受第三方破坏的可能性较高，和 的管道主要分布于人口密集的地区，统计的事故数据表明人口密度高的地区由第三方破坏引起的产品泄漏事故数量最大。分布在沙漠地带的管道可能会受每日或季节性温度大幅度波动的影响，如 和 。山区的管道可能遭受地质灾害的影响或破坏，如 和 。失效模式各失效数据库除了收集失效事故原因外，还对失效模式进行分类，见表 。表 比较了不同数据库对失效模式的描述。表 失效模式分类 建设主体泄漏针孔 孔 穿孔破裂备注 泄漏：针孔、连接失效或穿孔；破裂：周向或纵向、长度伸长；无；其他 沟槽、变形、涂层损伤、未遂 按泄漏孔大小进行分裂泄漏事故按以下分级 ：、管径、大于管径 针孔 裂纹：孔泄漏：管径；破裂：管径。（为损坏处的直径）无孔：垫圈或密封件失效，或管道本身以外的设备出现机械损坏；针孔：小于 ；裂缝：长 最大宽；孔泄漏：长 最小宽；破裂：长 最大宽；全尺寸破裂：长 最小宽 与其他数据库不同，它记录泄漏孔的尺寸，在事故报告中使用泄漏等级来定义事故大小。使 用 针 孔 开 裂、孔 和 破 裂。和 使用泄漏、穿孔和破裂。使用与 和 相似的失效模式，但将泄漏分为针孔、连接失效或穿孔，将破裂分为周向焊缝破裂、纵向撕裂或开裂。失效后果管道事故产生的后果影响分析，主要包括人员伤亡、环境影响和财产损失等，由于环境影响的程度难以量化，因此后果分析主要从人员死亡、人员受伤和财产损失 方面进行评价。所有失效数据库中都收集有关人员伤亡方面数据。、更加侧重对环境影响，包括环境破坏的分类。而 收集的失效后果数据包括气体损失、企业人员伤害和公共 私有财产损失的总经济损失。和 收集相似的成本信息，但侧重点在财产损失、价值损失和维修成本。失效数据统计国外失效数据库形成的报告均对外或成员企业免费开放，但一般原始数据不公布，如 规定每 年以 数据库为基础发布对外公开报告，报告内容包括系统信息概览、事故信息、原因统计和分析图表。综合以上失效数据库，一般统计结果包括失效率（包含里程与失效事件数量）、失效原因分析、其他分析（包括失效后果、失效发现方式、泄漏 点 火 可 能 性 等），收 集 到 的 信 息 只 有 、和 的失效数据统计，见表 。由于不同的国家或地区对失效数据库收集的事故有不同的定义与统计范围，管道事故数据反映特定条件下的运营水平，在实际使用过程中应密切注意。对失效数据进行分析有很多技术和方法，但要得出一个可靠的分析统计结果应至少积累 年以上的运行数据。采用哪种技术或方法要根据具体分析的目的。失效数据分析内容大致应包括以下几类：失效事件数量及失效频率统计；失效原因和关键要素统计分析；趋势分析，可以快速显示未来事件发生的趋势是增加还是减少。其中失效频率指管道失效次数除以管道曝光量。年第 期经验分享?表 失效数据统计分析类型 建设主体事件数量失效频率与失效原因趋势分析其他分析 历年 失效 事 件数量、累计失效事件数量 基本失效频率、年平均移动失效率 按泄漏原因 泄漏孔径统计 分项失效频率（按失效原因分析，如不同管径在不同失效模式下的分项失效频率分布）管道里程（历年总里程、管径 管龄 防腐 层 类 型 埋 深 壁厚 管 材 和 历 年 里程）曝光量 腐蚀和管龄的关系 泄漏点火概率分析 人员伤亡情况 事故发现途径 历年 失效 事 件数量、累计失效事件数量 失效频率、年平均移动失效率 按泄漏原因 泄漏孔径统计 详细的失效原因分析 管道里程 管龄 输量 管道内检测里程分析 泄漏量（平均单次事件泄漏量、历年泄漏量）泄漏部位统计 环境影响（泄漏所在地类型、影响面积、影响水体）事故发现途径 打孔盗油分析 历年 失效 事 件数量、累计失效事件数量 失效频率、年平均移动失效率 按泄漏原因 泄漏孔径统计 详细的失效原因分析 曝光量 输送介质分析 点火概率分析 管道缺陷类型分析 缺陷分布特征参数 年移动平均失效率即考虑了过去 年失效次数的平均失效率。曝光量是管道长度和曝光时间的乘积。管理对策与启示在对国外主要油气管道失效数据库界限、失效定义、数据信息、失效后果等的介绍和比较的基础上，结合实际管理需求，提出我国石油天然气管道行业建立管道失效数据库的管理对策。当前失效数据库的建立与应用主要集中在数据源完善、机制保障、标准规范、数据共享和数据分析及有效应用等方面 。（）多渠道完善管道失效信息。通过技术手段拓展与完善失效数据的来源，充分利用资产完整性管理系统中的数据资源，统一数据库数据格式，开发移动端数据上报系统，进一步降低数据采集的工作量。实现与维抢修、应急救援等系统的联动，通过异常事件的响应获取失效数据。（）完善失效分析与管理机制。规范和细化管道失效信息的上报和收集标准，包括失效的定义、事件上报程序、上报内容、失效调查等。形成统一的失效事件信息收集、记录模板。由专门人员记录失效有关信息，搜集整理相关资料。完善失效统计机制并深入开展事故原因分析，制定并采取纠正与预防措施，防止同类失效再次发生；对于损伤机理分析、油气管道典型事故后果的评估，可引入第三方调查机制。（）明确失效数据库界限与范围。失效数据库界限应与企业管理资产对象相适应，包括管道的类型（陆地、海上）、设备类型（管道、设备）、管道生命周期（建设阶段、运行阶段和废弃阶段）个方面涉及的范围。数据库界限建议如下：包含陆地管道、海底管道输送系统；包含管道线路和设备设施；包含管道全生命周期阶段。上述数据可以采用一个数据库来涵盖所有的管道系统及关键设备，但系统应具有归类（筛选或过滤）和统计的功能。（）促进失效数据与经验的共享。会将管道失效的原始采集数据在其网站上公布，供研究人员做相应的统计分析和学术研究。每 年对外发布相关报告。建议完善报告与数据的公布机制，包括失效数据、统计结果、典型案例等，定期统计并发布相关结果以指导行业发展。（）多场景提高管道失效数据库的应用。油气管道失效分析数据库的建立，可为定量风险评价、可靠性分析和寿命预测提供基础数据。可以通过失效分析案例数据库了解油气管道运营过程中具有某种特征的失效概率，从而找出可能的薄弱环节或易发事故环节 。可由数据库统计出各类事故经验分享 年第 期?的损失，从而对可能导致较大经济损失事故的管道进行重点维护，为管道的完整性管理提供技术支撑。结论（）管道失效数据的收集与分析是管道风险管理中的一项基础性工作，失效数据库的建立可为定量风险评价、可靠性分析和寿命预测提供基础数据，是分析安全趋势、提高管理水平的重要方式之一。（）国外主要是政府管理部门或协会团体组织进行收集，而国内多为单一公司的收集与整理。建议对标国外相关失效事件管理组织，建立行业乃至全国范围内的失效数据收集与分析机构，整合各家信息，完善数据分析与共享机制。（）对比分析国外典型油气管道失效数据库的建设标准与结构，为国内油气管道行业失效数据库的建设提供思路。（）从数据源、机制保障、标准规范、数据共享和数据分析等方面提出完善失效数据的搜集与管理机制，以支撑管道完整性业务管理与发展。参考文献 王新，刘建平，张强，等 油气管道定量风险评价技术发展现状及对策 油气储运，（）：杨玉锋，李杨，张强，等 油气管道失效数据分析及失效原因研究 天然气与石油，（）：杨一帆，任彦斌，马新茸 天然气长输管道运行危害分析及管理措施 安全，（）：宫彦双，唐金娟，吴超，等 管道和站场完整性管理诊断评分体系研究与应用 安全，（）：王婷，玄文博，周利剑，等 中国石油油气管道失效数据管理问题及对策 油气储运，（）：刘硕，张强，佟倡，等 油气长输管道线路失效管理标准及现状研究 中国石油和化工标准与质量，（）：?（）：，：白璐 商用飞机机械失效案例数据库及管理系统的应用研究 上海：上海交通大学，初起宝，孟少朋，叶畅 核电失效数据库的发展现状 机电产品开发与创新，（）：，齐先志，杨静，王晓霖，等 国外管道失效数据库简介及参考 当代化工，（）：马健彰，帅健，王旭，等 天然气管道不同孔径泄漏失效概率量化方法研究 中国安全生产科学技术，（）：张杰，张佩颖，虞维超，等 引入失效数据的腐蚀管道结构可靠性评价方法 安全与环境工程，（）：单克，帅健，杨光，等 美国油气管道基本失效概率评估方法及启示 油气储运，（）：作者简介彩插.indd 12023/6/12 18:25:14