输气站场站设备风险概率探讨

赵红波 何沛璐 刘 军（中石化西南油气分公司，四川 德阳 618000）

输气站场站设备风险概率探讨

赵红波 何沛璐 刘 军
（中石化西南油气分公司，四川 德阳 618000）

摘 要：输气站运行过程中，面临着各方面的风险因素，尤其是场站设备所面临的风险，并且各个设备之间的风险是相互影响的，做好各个风险概率的评价工作，制定出有效的风险控制策略是非常必要的，本文就主要结合输气站场站设备的运行特点，对输气站场站设备的风险进行简单探讨。

关键词：输气站；场站设备；风险概率

定量评价法与半定量评价法是输气站场设备风险评价过程中最为常用的两种评价方法，有研究指出多米诺效应是导致重大安全事故的一个重要因素，因此本次研究中在对输气场站的设备风险进行评价时，引入多米诺效应，这有利于对输气场站设备的风险实施客观实际的评价。

一、输气站场站设备的固有风险

在实际的输气场站设备的风险分析过程中，为了保证分析方法的科学合理性，将设备风险划分为多米诺效应风险与固有风险两种类型，其风险评价步骤主要表现为：先对设备的固有风险开展评价，然后再对设备的多米诺效应风险开展评价，然后能够在此基础上得到场站设备的总风险。

首先对输气站场站设备的固有风险进行简单分析，在对设备的失效概率进行计算时，应用基于风险的检测方法，应用设备的管理因子与损伤因子来对设备的失效频率进行修正，从而得到设备的失效概率，其计算公式为：Pf=gff×Df×FMS，其中式中FMS表示的含义是企业的管理因子；Df表示的含义是：设备的损伤因子；gff表示的含义是：设备的通用失效频率；Pf表示的含义是设备的失效频率。

设备的危险指数反映了事故后果的严重程度，可以依据TNO所发布的《定量风险评价准则》中的危险系数模型来进行改进，其计算公式如下式所示：

上式中，MF表示的含义是：物质系数，若场站中的气体是天然气，那么取其值为21；Glim表示的含义是：设备中的危险物质的临界流量，对于天然气来说，其取值为884.62kg/s；O1表示的含义是：设备的工艺稳定性因子；O2表示的含义是：设备的外屏蔽因子；O3表示的含义是：物质泄漏相态因子；G表示的含义是：设备中的危险物质的流量；C表示的含义是设备的危险指数。因此场站设备的固有风险可以用下式来进行计算：RI=Pf×C。

二、输气站场站设备的总风险

在输气站场站设备出现初始事故之后，其所产生的碎片、超压及热辐射等可能会导致附近的设备失效，导致出现多米诺效应事故，依据相关的研究，考虑到输气站场站自身的特点，应该对蒸汽云爆炸出现的冲击波超压所导致的设备失效情况予以综合的考虑。首先对初始事件的概率计算进行简单分析，若在输气站场站设备中出现了泄露，其发生蒸汽云爆炸的概率为0.04，那么其初始事件的概率值为：P0=0.04Pf，其中Pf表示的含义是设备的失效概率。

对多米诺效应概率进行简单分析，一旦场站设备出现泄露现象，天然气泄露的速率与其工艺条件与物理性质有着直接的关系，若气体表现为音速流动：

那么天然气的泄露速率就可以用下式来进行计算：

若气体表现为亚音速流动：

那么在天然气泄露速率的计算过程中，可以用下式来进行计算：

上式中，T表示的气体温度，R表示的含义是：气体常数，其值为：8.314J/mol×K；k表示的含义是：绝热指数，其中天然气的绝热指数值为1.3；M表示的含义是：分子量；Ps表示的含义是：大气压力； P表示的含义是：设备的运行压力；A表示的含义是：孔口面积；Cd表示的含义是：泄露系数；qm表示的含义是：气体的泄露速率。那么天然气的泄露总量可以用下式来进行计算：W=qmt，式中t表示的含义是气体的泄露时间；W表示的含义是：气体的泄露总量。

对于蒸汽云爆炸所导致的冲击波超压值是依据TNT当量法来开展计算，可燃气体的爆炸总能量表示为：E=1.8αWQ，其中Q表示的是：可燃气体的燃烧热；W表示的是：可燃气体的质量；α表示的是可燃气体的蒸汽云当量系数；E表示的是：爆炸总量；1.8表示的是：地面爆炸系数。爆炸冲击波正相最大超压可以用下式来进行计算：

△p=p0exp（-0.9216-1.5058+ 0.166ln2r-0.0320ln3r）

r=D（ps/E）1/3

上式中，ps表示的含义是：大气压；D表示的含义是目标到蒸汽云中心的距离；r表示的含义是无量纲距离。应用基于经验数据的扩展函数模型来对冲击波超压所导致的目标设备损坏的可能性进行计算，其计算公式可以用下式来进行表示：

上式中，Y表示的含义是：目标设备损坏的概率的概率单位值；f表示的含义是：目标设备发生损坏的可能性。场站设备的多米诺效应风险可以用下式来进行表示：

为了对上文中的输气站场站设备风险概率的计算有一个具体的分析，将东岳输站的组合式分离器作为实例，应用上文中的风险评价方法来对其场站设备的风险概率计算进行分析，为了计算方便，只对一层的多米诺效应进行计算，对于场站设备的二次事故的多米诺效应不予考虑。首先简单了解该分输站的概况，该输气站的天然气处理量为1000000m3/d，其运行温度值为10℃～30℃，运行压力值为0.6MPa～2.2MPa，从其场站的基本概况可以看出，该输气站场站的设备风险要远远高于工艺管道风险，本次研究中所分析的场站设备风险主要是对输气站中的主要设备风险进行那个分析，包括：调压撬、计量撬、组合式分离器、清管器收发球筒等，该输气场站中的所有设备都是露天布置。

对该分输站中的分离器的风险进行分析，该分离器为重力式过滤分离器，其容积为7.35m3，材质为16MnR，壁厚为35mm，设计温度为-20℃～80℃，运行压力值为3.5MPa，设计压力值为4MPa，其执行标准为：GB150-1998，对该输气站的历史检测数据进行分析，得到其外腐蚀速率值为0.014mm/a，在该分离器的筒体内壁上存在有局部的腐蚀情况，并且其蚀坑形成为直径6mm的圆形分布，其局部的腐蚀速率为0.11mm/a，总体上来讲，其应力腐蚀程度是比较低的，在当前工况条件下，该分离器中的天然气的燃烧热为5100kJ/kg，天然气的温度为20℃。

首先对分离器的固有风险进行分析，通过该分离器的历史检测数据及运行条件，能够得到设备各项的损伤因子与设备的总损伤因子，对该输气场站的管理系统实施评价，得到其总的得分为720分，并且能够通过计算得到其管理修正因子为0.363，通过查询同类型设备的失效频率数据库，能够得到该分离器的通用失效频率值为1.0×10-4，通过计算得到其分离器的失效概率值为3.32× 10-4，对该分离器的危险指数进行分析，由于所有设备都是在露天进行布置，所以并没有防护堤等设施，并且其泄露相态都是气相，O1、O2、O3的取值分别我1、1、10，从而计算得到各个设备的危险指数。由此可以计算出其固有风险的值为7.54×10-3。

对该分离器的多米诺效应风险进行分析，其发生蒸汽云爆炸的概率值为1.33×10-5，结合该分离器的局部复式尺寸以及其泄露气体为音速流动，能够进行其天然气泄露速率、泄露总量及多米诺事件概率的计算，最终得到该分离器多米诺效应风险值为：3.54×10-3，结合上文中所计算的分离器固有风险，能够得到该分离器的总风险为：1.108×10-2。

通过对本次研究中所选的输气站场站设备风险分析实例进行分析发现，在场站设备的风险分析过程中，若将多米诺风险考虑在内，那么该分离器的总的风险值要远远高于固有风险，这一分析结果与输气站场站运行条件的特殊性能够保持一致，通常情况下，天然气输气场站具有易燃易爆、高压等特点，一旦发生多米诺事故，将会导致严重的安全事故，冲击波超压会对分离器造成损坏，同时场站中的其他设备也会出现不同程度的损坏，因此，在实际的输气站场站设备风险分析工作中，应该对多米诺风险予以足够的重视。另外一个值得注意的问题是，一旦输气站场站中的各个设备之间的间距发生了变化，也会对设备的多米诺风险产生较大的影响，由此可见，在输气站场站分析工作中，将多米诺风险考虑在内的情况，即便是各个设备的运行状态保持一致，也有可能出现各种不同的风险排序，在开展风险分析的过程中，应该对各种因素予以综合的考虑，以便于所计算的输气站场站设备风险概率的准确性。

结语

输气站场站由于具有易燃易爆、高压的特点，属于高危场所，其运行过程中面临着较大的风险，加大其设备风险分析，有效降低设备的运行风险，保证场站的安全运行是非常必要的，本文就主要结合相关实例，对输气站场站设备的各种风险概率进行了简单分析，对于实际的输气站场站设备的风险预防工作具有一定的参考价值。

参考文献

[1]黄亮亮，姚安林，魏沁汝，许萍，李平.基于RBI与多米诺效应的输气站场设备定量风险评价[J].中国安全生产科学技术，2014（05）.

[2]郑明，姚安林，叶冲，康乐，兰国冠，唐宇.基于RBI的输气站场分离器风险评估方法研究[J].中国安全生产科学技术，2013（06）.

[3]董绍华，韩忠晨，费凡，曹兴，安宇.输油气站场完整性管理与关键技术应用研究[J].天然气工业，2013（12）.

上式中Ci表示的含义是：第i个设备的危险指数。因此，设备的总风险可以通过下式来进行计算：

R=RI+RD

三、相关实例分析

中图分类号：TE88

文献标识码：A