輸氣管道壓氣站完整性管理

中國石油大學（北京）機械與儲運學院

輸氣管道壓氣站完整性管理

朱喜平 張來斌 梁 偉

中國石油大學（北京）機械與儲運學院

針對壓氣站完整性管理缺乏系統研究的現狀，在確定壓氣站安全生產管理風險、工藝風險、設備設施風險、環境風險四大類風險的基礎上，提出了壓氣站完整性管理體系框圖，制定了壓氣站完整性管理流程和壓氣站完整性管理文件體系，選擇合適的風險評價技術和檢測技術，結合現有的信息管理平臺，構建壓氣站完整性管理平臺，較為系統地實現壓氣站完整性管理，實現壓氣站完整性管理科學化、系統化和平臺化。

天然氣；壓氣站；風險；完整性管理

壓氣站是天然氣管道的心臟，實施壓氣站的完整性管理首先要建立一套壓氣站完整性管理文件體系，用來指導壓氣站完整性管理工作，然后選擇合適的檢測技術和評價技術，結合日常管理和現有的管理平臺，構建壓氣站完整性管理平臺。

1 完整性管理體系

壓氣站完整性管理是一種安全管理方法，其核心也是識別風險、風險評價和消減風險。要實施壓氣站的完整性管理要求對壓氣站的風險進行全面識別，確定完整性管理的內容，從而建立壓氣站完整性管理體系。對壓氣站全面風險識別，確定壓氣站的風險主要有安全生產管理風險、工藝風險、設備設施風險、環境風險四大類風險，根據風險建立壓氣站完整性管理體系[1]，如圖1所示。

圖1 壓氣站完整性管理體系結構

2 完整性管理文件體系

根據完整性管理的文件需求，結合現有的與壓氣站完整性有關國家和企業標準、程序文件和作業文件，建立壓氣站完整性管理文件體系。依據完整性管理文件對壓氣站風險進行識別，采用科學的方法對識別的風險進行評價和排序。對于高風險設備通過完整性評價來確定風險的實際大小，在此基礎上進行維修和技改工作，然后進行效能評價。根據壓氣站管理的特點，建立了壓氣站完整性管理流程，如圖2所示。

圖2 壓氣站完整性管理流程

3 完整性管理評價技術

壓氣站設備種類繁多，針對不同設備采用不同評價方法。常用的方法有：基于風險的檢驗（RBI）技術、可靠性為中心的維護（RCM）技術、安全完整性等級評估（SIL）技術和區域風險評價（QRA）技術等。

3.1 基于風險的檢驗

基于風險的檢驗（RiskBasedInspection，RBI）技術是解決壓氣站內壓氣容器及管道等靜設備安全評價的有效方法，壓氣站的RBI評價流程如圖3所示。

圖3 RBI評價流程

3.2 以可靠性為中心的維護

以可靠性為中心的維修（ReliabilityCentered Maintenance，RCM）是用以確定設備預防性維修工作、優化維修制度的一種系統工程方法[2]。RCM方法適用于壓縮機站的壓縮機等大型設備，通過RCM可以大大優化此類維修工作。壓氣站RCM評價流程如圖4所示。

圖4 RCM評價流程

3.3 安全完整性等級分析

安全儀表系統（SafetyInstrumentedSystem，SIS）是生產過程中的一套包括傳感器、邏輯運算器和最終執行元件的自動安全保護系統，能夠檢測裝置的異常動作，并對可能發生的潛在危害做出相應動作的系統[3]。SIL（SafetyIntegrityLevel）即安全完整性等級，是衡量SIS可靠性的定量指標，表示在規定的時間周期內的所有規定條件下，安全儀表系統成功地完成所需安全功能的概率。SIL等級確定流程如圖5所示。

圖5 SIL等級確定流程

3.4 站場量化風險評價

站場量化風險評價（QuantitativeRiskAssessment，QRA）是通過事故頻率和后果對風險進行計算，實現量化管理的方法。QRA定量評價流程見圖6。

圖6 QRA定量評價流程

4 檢測技術

目前常用的管道檢驗方法有宏觀檢查、RT(射線檢測)、UT(超聲檢測)、MT（磁粉檢測）、PT（滲透檢測）、AUBT(表面先進超聲背反射技術)、IRIS（超聲導播）、自動超聲腐蝕靠模、超聲波測厚、定點測厚、硬度檢測、內窺鏡檢查、取樣分析、水壓試驗、振動檢測等[4]。

5 完整性評價技術

（1）腐蝕缺陷評價技術。腐蝕缺陷適用性評價主要方法有：RSTRENG有效面積法；ASME B31G方法；RSTRENG0.85dL方法。RSTRENG有效面積法實際應用性差，在對檢測數據進行分析過程中，很難獲取有效面積。ASMEB31G評估方法適應管材等級較低、管道服役年限長的老管道，偏保守，該方法不適用于管材等級較高的高強度鋼管道。

（2）裂紋缺陷評價技術。BS7910《金屬結構缺陷可接受性評價方法指南》給出了所有類型金屬結構的裂紋可接受性評價方法，因此適用于管道裂紋和類裂紋缺陷的評價；API579則是煉廠和石化工業承壓部件適用性評價的規范。兩者均基于斷裂力學原理，適用于管體裂紋、焊縫裂紋以及管道系統中所有承載部分。國內管道缺陷評價一般采用BS7910。BS7910初級評價結果一般都過于保守，不能充分發揮材料的性能；高級評價結果精確，但評價過程復雜，對材料參數等信息和各個環節的測量要求更為嚴格，工作量大大增加。

（3）凹陷缺陷評價技術。凹陷缺陷評價是采用國內外管道標準法規的規定來表示管道缺陷的嚴重程度及修復建議。目前國內外針對凹陷缺陷的評價基本上采用標準法規進行判斷，該方法簡單適用，適合現場人員和技術人員對管道凹陷缺陷的嚴是利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷情況）進行模擬的技術。有限元模擬可用于管道缺陷的模擬評價，管道懸空、受碾壓的力學分析等。

6 完整性管理平臺的構建

通過確定壓氣站完整性管理框架和流程，制定完整性管理文件體系，研究適用于壓氣站完整性的評價技術和檢測技術，對相關信息平臺進行整合，建立完整性管理平臺，保證整個完整性管理的有效實施。依據壓氣站完整性管理框架，在綜合分析完整性管理支持技術的基礎上，建立了壓氣站完整性管理平臺，如圖7所示。

7 結語

天然氣壓縮機站設備多，工藝復雜，實施壓縮機站完整性管理是保證其安全運行的有效措施，對壓氣站完整性管理體系、文件體系、評價技術、檢測技術進行了研究，根據現有的信息平臺構建了壓縮機站完整性管理的平臺，實現壓氣站完整性管理科學化、系統化和平臺化。重程度及修復措施進行判斷。

圖7 壓氣站完整性管理平臺

（4）變形缺陷評價技術。橢圓變形引起管道的環向應力集中，降低了管道的失效壓力。管體變形評價目前常用的評價方法是BS7910標準中提供的方法，它適用于在管道完成內檢測（或其他相當技術）得到管體變形數據的情況下對管道變形嚴重程度作全面評價。

（5）有限元模擬評價技術。有限元分析（FEA）

[1]朱喜平，張來斌，梁偉．基于風險的壓氣站完整性管理體系研究[C]．CIPC2013中國國際管道會議：292-294.

[2]王長高．以可靠性為中心的維修思想研究[J]．北京航空航天大學學報：社科版，1999，12（1）：36-39.

[3]許忠儀．安全儀表系統（SIS）的SIL評估[J]．化工自動化及儀表，2009，36（5）：62-66.

[4]李光海，沈功田，李鶴年．工業管道無損檢測技術[J]．無損檢測，2006，28（2）：89-93.

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.020