输气管道压气站完整性管理

中国石油大学（北京）机械与储运学院

输气管道压气站完整性管理

朱喜平 张来斌 梁 伟

中国石油大学（北京）机械与储运学院

针对压气站完整性管理缺乏系统研究的现状，在确定压气站安全生产管理风险、工艺风险、设备设施风险、环境风险四大类风险的基础上，提出了压气站完整性管理体系框图，制定了压气站完整性管理流程和压气站完整性管理文件体系，选择合适的风险评价技术和检测技术，结合现有的信息管理平台，构建压气站完整性管理平台，较为系统地实现压气站完整性管理，实现压气站完整性管理科学化、系统化和平台化。

天然气；压气站；风险；完整性管理

压气站是天然气管道的心脏，实施压气站的完整性管理首先要建立一套压气站完整性管理文件体系，用来指导压气站完整性管理工作，然后选择合适的检测技术和评价技术，结合日常管理和现有的管理平台，构建压气站完整性管理平台。

1 完整性管理体系

压气站完整性管理是一种安全管理方法，其核心也是识别风险、风险评价和消减风险。要实施压气站的完整性管理要求对压气站的风险进行全面识别，确定完整性管理的内容，从而建立压气站完整性管理体系。对压气站全面风险识别，确定压气站的风险主要有安全生产管理风险、工艺风险、设备设施风险、环境风险四大类风险，根据风险建立压气站完整性管理体系[1]，如图1所示。

图1 压气站完整性管理体系结构

2 完整性管理文件体系

根据完整性管理的文件需求，结合现有的与压气站完整性有关国家和企业标准、程序文件和作业文件，建立压气站完整性管理文件体系。依据完整性管理文件对压气站风险进行识别，采用科学的方法对识别的风险进行评价和排序。对于高风险设备通过完整性评价来确定风险的实际大小，在此基础上进行维修和技改工作，然后进行效能评价。根据压气站管理的特点，建立了压气站完整性管理流程，如图2所示。

图2 压气站完整性管理流程

3 完整性管理评价技术

压气站设备种类繁多，针对不同设备采用不同评价方法。常用的方法有：基于风险的检验（RBI）技术、可靠性为中心的维护（RCM）技术、安全完整性等级评估（SIL）技术和区域风险评价（QRA）技术等。

3.1 基于风险的检验

基于风险的检验（RiskBasedInspection，RBI）技术是解决压气站内压气容器及管道等静设备安全评价的有效方法，压气站的RBI评价流程如图3所示。

图3 RBI评价流程

3.2 以可靠性为中心的维护

以可靠性为中心的维修（ReliabilityCentered Maintenance，RCM）是用以确定设备预防性维修工作、优化维修制度的一种系统工程方法[2]。RCM方法适用于压缩机站的压缩机等大型设备，通过RCM可以大大优化此类维修工作。压气站RCM评价流程如图4所示。

图4 RCM评价流程

3.3 安全完整性等级分析

安全仪表系统（SafetyInstrumentedSystem，SIS）是生产过程中的一套包括传感器、逻辑运算器和最终执行元件的自动安全保护系统，能够检测装置的异常动作，并对可能发生的潜在危害做出相应动作的系统[3]。SIL（SafetyIntegrityLevel）即安全完整性等级，是衡量SIS可靠性的定量指标，表示在规定的时间周期内的所有规定条件下，安全仪表系统成功地完成所需安全功能的概率。SIL等级确定流程如图5所示。

图5 SIL等级确定流程

3.4 站场量化风险评价

站场量化风险评价（QuantitativeRiskAssessment，QRA）是通过事故频率和后果对风险进行计算，实现量化管理的方法。QRA定量评价流程见图6。

图6 QRA定量评价流程

4 检测技术

目前常用的管道检验方法有宏观检查、RT(射线检测)、UT(超声检测)、MT（磁粉检测）、PT（渗透检测）、AUBT(表面先进超声背反射技术)、IRIS（超声导播）、自动超声腐蚀靠模、超声波测厚、定点测厚、硬度检测、内窥镜检查、取样分析、水压试验、振动检测等[4]。

5 完整性评价技术

（1）腐蚀缺陷评价技术。腐蚀缺陷适用性评价主要方法有：RSTRENG有效面积法；ASME B31G方法；RSTRENG0.85dL方法。RSTRENG有效面积法实际应用性差，在对检测数据进行分析过程中，很难获取有效面积。ASMEB31G评估方法适应管材等级较低、管道服役年限长的老管道，偏保守，该方法不适用于管材等级较高的高强度钢管道。

（2）裂纹缺陷评价技术。BS7910《金属结构缺陷可接受性评价方法指南》给出了所有类型金属结构的裂纹可接受性评价方法，因此适用于管道裂纹和类裂纹缺陷的评价；API579则是炼厂和石化工业承压部件适用性评价的规范。两者均基于断裂力学原理，适用于管体裂纹、焊缝裂纹以及管道系统中所有承载部分。国内管道缺陷评价一般采用BS7910。BS7910初级评价结果一般都过于保守，不能充分发挥材料的性能；高级评价结果精确，但评价过程复杂，对材料参数等信息和各个环节的测量要求更为严格，工作量大大增加。

（3）凹陷缺陷评价技术。凹陷缺陷评价是采用国内外管道标准法规的规定来表示管道缺陷的严重程度及修复建议。目前国内外针对凹陷缺陷的评价基本上采用标准法规进行判断，该方法简单适用，适合现场人员和技术人员对管道凹陷缺陷的严是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷情况）进行模拟的技术。有限元模拟可用于管道缺陷的模拟评价，管道悬空、受碾压的力学分析等。

6 完整性管理平台的构建

通过确定压气站完整性管理框架和流程，制定完整性管理文件体系，研究适用于压气站完整性的评价技术和检测技术，对相关信息平台进行整合，建立完整性管理平台，保证整个完整性管理的有效实施。依据压气站完整性管理框架，在综合分析完整性管理支持技术的基础上，建立了压气站完整性管理平台，如图7所示。

7 结语

天然气压缩机站设备多，工艺复杂，实施压缩机站完整性管理是保证其安全运行的有效措施，对压气站完整性管理体系、文件体系、评价技术、检测技术进行了研究，根据现有的信息平台构建了压缩机站完整性管理的平台，实现压气站完整性管理科学化、系统化和平台化。重程度及修复措施进行判断。

图7 压气站完整性管理平台

（4）变形缺陷评价技术。椭圆变形引起管道的环向应力集中，降低了管道的失效压力。管体变形评价目前常用的评价方法是BS7910标准中提供的方法，它适用于在管道完成内检测（或其他相当技术）得到管体变形数据的情况下对管道变形严重程度作全面评价。

（5）有限元模拟评价技术。有限元分析（FEA）

[1]朱喜平，张来斌，梁伟．基于风险的压气站完整性管理体系研究[C]．CIPC2013中国国际管道会议：292-294.

[2]王长高．以可靠性为中心的维修思想研究[J]．北京航空航天大学学报：社科版，1999，12（1）：36-39.

[3]许忠仪．安全仪表系统（SIS）的SIL评估[J]．化工自动化及仪表，2009，36（5）：62-66.

[4]李光海，沈功田，李鹤年．工业管道无损检测技术[J]．无损检测，2006，28（2）：89-93.

（栏目主持焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.020