城镇燃气中低压管网及系统失效事件特征及原因分析_张涛.pdf
《城镇燃气中低压管网及系统失效事件特征及原因分析_张涛.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《城镇燃气中低压管网及系统失效事件特征及原因分析_张涛.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、文章编号:1009-6094(2023)07-2346-07城镇燃气中低压管网及系统失效事件特征及原因分析*张涛1,齐晓琳1,刘慧2,李滨3,武胜男3,董绍华3,张行4(1 北京市燃气集团,北京 100035;2 北京市燃气集团研究院,北京 100011;3 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院,北京 102249;4 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院,北京 102249)摘要:基于 20152020 年某市城镇燃气中低压管网及系统失效事件的统计数据,从压力等级、投用年限、易发生故障部件和故障点埋深等维度分别对户内事件和外线事件进行特征及原因分析。特征分析结果表明:户内事件的高发时间为
2、每年的3 月、8 月和11 月,2018 年和2020 年引发的人员伤亡情况较严重,易发生故障部件包括法兰、阀门和燃气具;在外线事件中,投用年限超过 15 a 的管网占比为 62.2%,易发生故障部件为管网母材、凝水缸和调压箱,且故障点多出现在埋深为 0 2 m 的区域。原因统计分析发现:户内事件的主要后果为泄漏、停气和燃爆,引发原因主要为第三方破坏和设备故障;外线事件的主要后果为泄漏,其中由腐蚀引发的泄漏事件占比为 70.35%。通过计算失效概率可知,引发事件的最主要原因是腐蚀、设备故障和第三方破坏,最后有针对性地提出了事故预防措施。关键词:安全工程;事故地点;事故原因分析;事故概率;事故预
3、防措施中图分类号:X959文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2022.0082*收稿日期:2022 01 19作者简介:张涛,高级工程师,从事燃气生产运营工作;武胜男(通信作者),副教授,博士,从事复杂油气开 采 风 险 预 警 与 装 备 可 靠 性 研 究,wushengnan cup edu cn。基金项目:中国工程院重大咨询项目(2019 ZD 37)0引言天然气作为一种清洁能源,在我国能源结构中具有十分重要的地位。截至 2019 年年底,我国已建成天然气国家基干管网总里程近 8.1 104km,年输气能力超过 3.5 1011m31。作为现代化
4、城市的代表,某市人口密度大,建筑物密集,经济建设发展迅速,社会财富高度聚集,城镇天然气管网穿越的区域大多为高后果区,一旦发生严重事故,会给生命、财产、社会等带来重大损失2。针对城镇燃气管网事关千家万户且具有高风险这一现状,国内外学者开展了部分地下燃气管道事故原因统计分析。2012 年,罗涛3 首次结合某燃气分公司的室外埋地燃气管网的抢修数据,分析燃气管道泄漏的原因和修复办法,并提出了安全管理的建议。高峰等4 对城市天然气管道事故开展了广泛的定量统计,为管道完整性管理提供决策依据。李程等5 运用数理统计方法建立了埋地燃气管道失效原因事故树,归纳总结了影响失效的主要原因。1982 年,欧洲输气管道
5、事故数据组织(European GasPipeline Incident Data Group,EGIG)最先发布了欧洲输气管道的事故报告,对输气管道发展趋势和失效原因进行了充分评估6。根据最新发布的 EGIG(2020)数据,20102019 年欧洲共发生天然气管道事故 184 起,其原因及所占比例统计如下:第三方破坏 27.17%、腐蚀 26.63%、施工缺陷/材料失效 15.76%、地面移动 15.76%、其他及未知因素 13.05%和带压开孔操作失误 1.63%6。Wang 等7对造成事故的关键因素进行了监测,监控数据用于更新分析网络的故障概率,由此提出了一种城市燃气管网状态监测和动态
6、事故概率分析方法。Zhang 等8 通过收集管道特性统计数据和失效数据,建立了一种由腐蚀和外部干扰引起的管道失效频率和泄漏孔径评估模型。Vairo 等9 通过对美国、加拿大和欧盟天然气管道历史事故的调查,获取了有关事故演变主要因素的重要统计数据,并讨论了天然气管道事故产生的后果及各种后果的相关概率。综合国内外研究现状,事故统计分析是对燃气管网开展风险评估的基础。由于国内尚未建立城镇燃气管网失效事故数据库,目前城镇燃气管网失效统计数据缺乏更新,对易发生故障部件、埋深等规律以及关键原因和概率分布等方面缺乏系统深入的分析。因此,本文基于某市 20152020 年城镇燃气中低压管网及系统失效事件的统计
7、数据,按照事件发生地点分为户内和外线两种场景,对两种场景下的失效事件进行全面的特征及原因探讨,以期为城镇燃气管网有针对性地开展风险管控提供指导。1中低压管网及系统失效事件特征分析城镇燃气管网是指从城镇燃气首站输送到厂矿、居民的天然气输配管网,城镇燃气系统是指居民6432第 23 卷第 7 期2023 年 7 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 7Jul,2023住处的室内管道及配套的燃气灶具、阀门和计量表等设备。由于大多数输配管网属于中低压管网,本文选择中低压燃气管网及系统作为研究对象。根据事件发生的地点,可将中低压燃气
8、管网及系统事件分为户内事件和外线事件两类。本节先对户内事件和外线事件进行整体概况分析,再从压力等级、投用年限、易发生故障部件和故障点埋深等维度进行特征分析。1.1事件概况基于某市 20152020 年城镇燃气管网及系统事件的统计数据,梳理户内事件和外线事件的整体概况及伤亡情况,见图 1。图 1近 6 a 两类事件占比及伤亡情况统计Fig 1Statistics on the proportion of two types of incidentsand casualties in recent six years由图 1 可知:20152020 年户内事件比外线事件发生频次更高且更容易引起人员
9、伤亡;外线事件多发生在空旷的地方,一般不会造成人员伤亡,但会造成巨大的财产损失。2020 年因户内事件受伤的人员较多,可能是受疫情影响,人们居家隔离,接触燃气灶具的时间和频率都大幅增加。结合历年管网里程及死亡人数,计算死亡概率(见图 1(b),发现2016 年户内事件造成 2 人死亡,死亡概率为 1.15 104人/(kma)。随着一年四季温度的变化,在不同的月份,用户对天然气的需求也存在着差异,因此有必要分析中低压燃气管网及系统事件在不同月份所呈现的趋势。图 2近 6 a 两类事件占比分月份统计Fig 2Monthly statistics of two types ofevents in
10、recent six years从图2 可以看出,近6 a 来户内事件和外线事件的发展趋势不尽相同,但刚开春的 3 月、炎热的夏季8 月和冬季来临前的 11 月都是事件的高发月份。因此,在这 3 个月份要切实提高防范意识。通过分析统计数据,将燃气管网及系统事件按压力等级及投用年限、易发生故障部件和故障点埋深进行特征分析。1.2管网压力等级及投用年限按照我国现行 GB 500282006城镇燃气设计规范(2020 修订版)10 中第 6.1.6 条将发生事件的燃气管网按压力等级分类,见图 3。由图 3(a)可知,发生外线事件的主要为中低压74322023 年 7 月张涛,等:城镇燃气中低压管网及
11、系统失效事件特征及原因分析Jul,2023图 3燃气管网压力分级及投用年限统计Fig 3Pressure classification and service lifestatistics of gas pipeline network管网,近 6 a 每年二者之和占比都超过 98%。根据统计数据,发生户内事件的户内管道系统也集中在中低压区间。管网投用年限久,由于受输送的介质和各种外界因素的长期作用,同时受限于老旧的防护措施,其发生事件的概率明显升高。由图 3(b)可知,在发生外线事件的城镇燃气管网中,投用年限在19911995 年的管网占比为 16.15%,投用年限在19912005 年的管
12、网累积占比为 62.2%,投用年限在 19912010 年的管网累积占比为 83.37%。同时,平均管网里程从19911995 年的2 372.4 km 增加到 20112015 年的 19 277.36 km。1.3易发生故障部件梳理事件集中发生的部件,能对事件有更清晰的认识,有助于提出切实可行的措施来防止事件发生。如图 4 所示,分别对户内事件和外线事件中易发生故障的部件进行统计分析,发现户内事件中最图 4易发生故障部件统计Fig 4Statistics of fault prone parts易发生故障的部件是法兰、阀门和燃气具,外线事件中最易发生故障的部件是管网母材、凝水缸和调压箱。在
13、平时的检测过程中,应当提高对以上部件的检查频率。1.4故障点埋深及材料分类统计数据显示,在 20152020 年,外线事件中管网故障点埋深为0 1 m 的占比为37%,埋深为1 2 m 的占比为 59%,埋深为 2 3 m 的占比为 2.4%,其他类型占比仅为 1.6%。由此可判断城镇燃气管网外线事件多发生在埋深为 0 2 m 的区域,后期敷设新管网可将埋深适当增加。统计结果显示,发生事件的燃气管网所用材料为钢材的占比为 92.88%。2城镇燃气管网及系统事件原因及预防措施2.1事件原因分析结合事件具体统计数据,将城镇燃气管网及系统事件的原因分为第三方破坏、设备故障、腐蚀、施工安装缺陷和其他原
14、因,见表 1。城镇燃气管网第三方破坏是指非供气单位造成燃气管道的破损11,8432Vol 23No 7安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 7 期在本文中它既包括重车挤压及自然灾害等环境因素,还包括燃气用户误操作等因素。由表 1 可知,引发户内事件和外线事件的主要原因都是第三方破坏、设备故障和腐蚀。其中户内事件的最主要原因是第三方破坏,其次是设备故障;外线事件的最主要原因是腐蚀,其次是第三方破坏。统计结果显示,户内事件的主要后果包含泄漏、停气和燃爆,近 6 a 三者之和平均占比为 98.55%;外线事件 的 主 要 后 果 是 泄 漏,近 6 a 平 均 占 比为 90.51%。表 3按原因
15、统计的失效事故次数Table 3Statistics of failure accidents by reason失效原因失效事故次数2015 年2016 年2017 年2018 年2019 年2020 年腐蚀582333607636设备故障1423(1)10(1)11施工安装缺陷5413116(2)第三方破坏19(2)10(5)10(2)10(1)9(1)7(1)其他原因211210合计98(2)40(5)48(3)85(2)98(1)50(3)管网的防腐措施包括敷设防腐层和安装阴极保护装置。统计结果显示,燃气管网防腐层主要分为3PE 类、沥青类和胶带类。在近6 a 发生事件的管网中,敷设沥
16、青类防腐层的 6 a 平均占比为 77.56%(沥青类防腐层对应的六年平均管线长度为 4 220km),敷设胶带类防腐层的 6 a 平均占比 14.60%(胶带类防腐层对应的 6 a 平均管线长度为 6 900km),敷设 3PE 类防腐层的 6 a 平均占比为 7.84%(3PE 类防腐层对应的 6 a 平均管线长度为 7 744km)。由此判断三大类防腐层的防腐性能从高到低依次为3PE 类、胶带类和沥青类。统计分析发现,在发生事件的管网中,阴极保护装置不够完善的多为表 1户内及外线事件原因占比统计Table 1Statistics of ratio on the causes of ind
17、oorand external events%原因分类第三方破坏设备故障腐蚀施工安装缺陷其他原因户内事件58.3033.963.993.280.47外线事件24.6510.1363.680.580.962010 年前投入使用的管网,2010 年后投入使用的管网阴极保护装置不完善率仅为 9.23%。在条件允许的情况下,应当完善前期投用管网的阴极保护装置。此外,可将事件的主要原因归为人、机和环境因素,并将一些不能明确划分的原因归为其他类12。由表 2 可知,人员引起的事件数和设备造成的事件数占比最多且大致相等,其中人因类别支持度为37.29%,机因类别支持度对37.57%,环境因素类别支持度为 2
18、3.71%,其他原因引起的事件较少,类别支持度仅为 1.43%。2.2事故概率分析考虑到该市的人口密度,本文选择的失效事故是指造成人员伤亡的户内事件和影响用户数达1 000 户及以上的外线事件,统计结果见表 3。表 3中前面的数字表示总失效事故次数,括号里面的数字表示户内失效事故次数。分别运用式(1)13 和式(2)计算外线失效事故和户内失效事故的事故概表 2近 6 a 燃气管网及系统事件原因统计Table 2Statistics on the causes of gas networks andsystems incidents in recent six years原因类别原因类型类型支持
19、度/%类别支持度/%人施工安装缺陷8.14人为误操作29.1537.29机设备故障37.5737.57环境腐蚀22.82自然因素0.8923.71其他原因不明1.431.4394322023 年 7 月张涛,等:城镇燃气中低压管网及系统失效事件特征及原因分析Jul,2023率,见图 5。F1=NLt(1)式中F1为 某 个 时 间 段 内 的 外 线 事 故 概 率,次/(kma);N 为失效次数;L 为运营的管网长度,km;t 为燃气管网运行时间,a。F2=NHt(2)式中F2为某个时间段内的户内事故 概 率,次/(万户a);N 为失效次数;H 为燃气用户户数,万户;t 为燃气管道系统运行时
20、间,a。图 5近 6 a 户内事故及外线事故概率Fig 5Failure probability of indoor accidents andexternal accidents in recent six years结合表3 和图5 可以看出:近6 a 户内事故概率处于 1.56 1038.68 103次/(万户a);外线事故概率处于 2.01 1035.71 103次/(kma),其中腐蚀引起的事故概率历年都是最高的。由图 5(b)可知,在外线失效事故中,各项原因对应的 6 a平均事故概率从大到小依次为腐蚀、第三方破坏、设备故障、施工安装缺陷和其他原因。2.3事故预防措施由上文可知,腐蚀
21、、第三方破坏和设备故障为近6 a 该市燃气管网及系统最主要的失效原因,因此有必要探讨延缓腐蚀、避免第三方破坏和减少设备故障的事故预防措施。腐蚀与管网材料及管径、防腐层和阴极保护状态、地质条件和运行情况密切相关14。为了延缓腐蚀,可以从以下方面采取预防措施:在设计初期尽量避免管网敷设区域为地震反应区或地形沉降区,根据周边居民用气需求合理选择较大管径和壁厚的管网并适当增加埋深,优先选择3PE 类防腐层;管网投入运行后,需要合理设置管网运行压力,预留适当的安全系数,同时加大对防腐层及阴极保护及易发生故障部件的检测力度;对于投用年限较久的管网,建议尽快更换老旧管线或完善其防腐装置。第三方破坏的发生频次
22、及严重程度不仅与管网壁厚、管径和材料等因素直接相关,还与巡线频率、周围施工情况、区域内公众教育和有无隐患等因素密切相关。为了避免第三方破坏,可以从以下方面采取预防措施:与其他部门加强沟通,从源头上解决可能存在的隐患;落实完善安全生产责任制,编制健全的操作规程和完善的检查程序,严格开展人员培训考核工作;在管网重要设备周边安装围栏、护栏和警示标志,加强巡检及日常排查力度,及时发现并制止可能对管网造成破坏的施工作业活动;根据时间安排对周边居民进行定期燃气安全宣传教育。针对设备故障问题,可加强设备的本质安全设计和冗余系统设计,开发故障智能诊断与识别系统,有针对性地加强检测和维护频率;开发不安全行为智能
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 城镇 燃气 低压 管网 系统 失效 事件 特征 原因 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。