站场完整性管理技术与实践

11天然气站场完整性管理技术天然气站场完整性管理技术与实践与实践北京华油天然气有限责任公司2008年8月董绍华博士目目录录一．站场风险评价技术二．站场导波检测技术三．压缩机系统的关键部位监测四．站场风险控制技术五．站场工艺管道的完整性评价六．站场完整性管理的数据管理一、场站风险评价技术一、场站风险评价技术一、站一、站场风险评价场风险评价风险管理成为各个运营商们寻求风险最小、效益最大的关键。将管道的风险限定在一个可接受的水平上。API581风险评价包括了失效后果、失效概率、经济损失和环境影响等方面的问题。它利用风险作为区分检测的优先秩序和对设备进行管理的基础。下面以榆林站为例介绍站场风险评价。22整体维护费用总成本费用风险成本最佳风险值最小期望成本风险投资理论成本优化关系事故损失费用一、一、站场风险评价站场风险评价输气管道泄漏事故后果计算：㈠应用ASMEB31.8S-2001规范做法㈡超压-冲量准则法㈢应用API581规范做法㈠㈠应用应用ASMEB31.8SASMEB31.8S--20012001规范规范做法做法pdpdr*099.028.3/10*7*)*37.39(*69.0==pdr220314.0A==πpdpdr*099.028.3/10*7*)*37.39(*69.0==假设影响区域为圆形，得到影响区域面积(一）受影响区域的半径，管道外径，，管段最大允许操作压力，dmpPa㈡超压-冲量准则法①死亡半径②重伤半径③轻伤半径④财产损失半径为介质质量公式只适用于天然气燃烧爆炸一、一、站场风险评价站场风险评价33㈢应用API581规范做法由于天然气燃点很高，只考虑非自动点火情况，并考虑瞬时泄放时的致死面积：x，气体泄放质量，㎏A，致死区域面积，㎡一、一、站场风险评价站场风险评价输气管线失效后果计算①应用ASMEB31.8S-2001②应用超压-冲量准则③应用API581输气管道干线参数：直径660mm，设计压力6.4MPa一、一、站场风险评价站场风险评价后果评估小结zAPI581和ASMEB31.8S-2001的后果计算结果符合性较好，二者结果在超压-冲量准则的死亡区域和重伤区域之间。z超压-冲量准则得出的计算法将损失分成四种情况，后果区域划分更加细致；zAPI581推荐做法步骤比较复杂，针对不同情况计算人员死亡面积和设备损失面积；zASMEB31.8S-2001计算步骤相对比较简单，适用范围很小。一、一、站场风险评价站场风险评价场站定量风险评估程序⑴代表性流体的最后相态确定⑵泄漏孔尺寸的选择⑶气体泄漏量的计算⑷泄放类型的确定⑸泄放潜在影响区（失效后果计算）⑹失效概率分析⑺风险值计算一、一、站场风险评价站场风险评价44输气站场风险评价软件站场的风险评估软件任务栏分为四部分：“具体设备风险评估”、“站场评估数据”、“个体风险评估”以及“基本数据来源”。一、一、站场风险评价站场风险评价具体设备风险评估步骤榆林压气站风险后果计算数据一、一、站场风险评价站场风险评价榆林压气站风险概率计算数据一、一、站场风险评价站场风险评价55榆林压气站风险值计算数据一、一、站场风险评价站场风险评价最后在风险矩阵图中显示设备风险绿色框表示几乎无风险，继续使用；浅绿色区域表示低风险，需加强监测，安排中、长期的维护计划；黄色区表示中等风险，采取措施使得向低风险方向变化；橙色区域表示高风险，需尽快安排短期维修计划，避免发展为事故；红色区域表示极高风险，需要立即维修、更换管道或采取补救措施。一、一、站场风险评价站场风险评价一、一、站场风险评价站场风险评价设备的风险评价设备的风险评价设备中等孔隙泄漏风险概率0.00E+002.00E-044.00E-046.00E-048.00E-041.00E-031.20E-0312345678910设备序号失效概率从图中看到，泄漏概率最大的是往复式压缩机，这是由于其同类失效概率大；设备接管数多，导致其设备修正系数取值较大等原因。旋风式分离器和重力分离器由于其设计压力和操作压力较接近，其设备修正系数较大，导致失效概率有所增大。评价设备序号高级孔板阀10电动球阀9MOKVELD调压阀8止回阀7排污池6残液灌5排污罐4重力分离器3旋风式分离器2往复式压缩机1设备名称设备序号一、一、站场风险评价站场风险评价66设备中等孔隙泄漏后果01000200030004000500060007000800012345678910设备序号失效后果如图，失效后果较大的是往复式压缩机，由于其操作压力较大；污油罐、排污池和残液罐属于认为可控风险，较其他风险较低。设备的风险评价设备的风险评价一、一、站场风险评价站场风险评价管段的风险评价管段的风险评价线路中等孔隙泄漏概率0.00E+001.00E-042.00E-043.00E-044.00E-045.00E-041357911131517192123线路序号失效概率从图中可以看出序号9和序号11所对应的管段风险值较高，这是由两方面原因造成的：第一是经验得出的同类失效概率；二是这两部分管道较长，所以分担的风险也就较大。一、一、站场风险评价站场风险评价二、站场超声导波检测二、站场超声导波检测超声导波技术有如下特点：1、超声导波可以沿管壁传播较远的距离而自身能量的衰减很小，因此可以一次性检测较长的距离（根据管道本身状况的不同，最长可以达到200m）；2、超声导波检测可以对管壁进行100％检测，并识别出焊缝、支撑、法兰、弯头等管道特征；3、超声导波的检测灵敏度用管道环状截面上的金属缺损面积的百分比评价，目前的检测水平可达3％，即当缺损面积达到总截面积3％便可检出。二、站场导波检测二、站场导波检测77发射扭转波和纵波导波是沿着，而不是透过，被测结构进行传播导波是沿着，而不是透过，被测结构进行传播Propagationalong,NotThrough,astructurePropagationalong,NotThrough,astructure管壁成为超声波的向导，引导其沿着管道纵向传播下去TransducerStructureRegionofstructureinspectedTransducerStructureRegionofstructureinspectedConventionalGuidedwaves常规超声检测导波检测被检测的区域被检测的区域传感器传感器z腐蚀缺陷信号是非对称的。Thecorrosionsignalisnon-symmetryz并且红色信号和黑色信号的比值确定了金属损失面积的大小。Theheightratiobetweentheredsignalandblack,whichdeterminedthemetallossofpipecrosssection腐蚀信号腐蚀信号CorrosionsignalCorrosionsignalz焊接环焊缝信号是对称的，且黑色信号高度远大于红色信号zThegirthweldsignalissymmetry，andtheheightofblacksignalisgreatthanthered焊缝信号焊缝信号CorrosionsignalCorrosionsignal88陕京管道采用该技术完成了小卞庄分输站、琉璃河分输站、永清分输站、汪庄子分输站、靖边首站等一线全部站场的工艺管道检测，并对大港储气库和陕京二线的部分站场共３０座场站进行了检测。共检测各种管线（天然气、原油、排水和排污），包括站内和长输、集输管线30公里，进行数据采集15万次，统计发现缺陷250余处，以下用检测实例对应用超声导波检测技术检测状况进行说明。二、站场导波检测二、站场导波检测石景山末站检测二、站场导波检测二、站场导波检测石景山站，对62段1000余米站场计量、供气、调压、排污、旁通、放空等管道进行了检测。使用了3、4、8、16、20英寸五种管径传感器环，对直管段，含弯头管段，大型U型弯头、旁通管段，埋地管段，震动管段等情况进行检测150次，其中地下开挖点14次。共检测缺陷总计65处。石景山站缺陷壁厚损失情况图22281140510152025305%-10%10%-15%15%-20%20%-25%缺陷壁厚损失量缺陷数量统计数量二、站场导波检测二、站场导波检测石景山站检测现场二、站场导波检测二、站场导波检测99对采育站自用气130m埋地管道进行了超声导波检测。共检测管段20段，收集数据50余次；共检测17个点，其中埋地检测点14个，地面检测点3个；地下共有弯头10个，三通1个；共开挖检测坑9个，每坑相距约10m。共检测缺陷14个。检测现场二、站场导波检测二、站场导波检测采育站检测信号及缺陷照片，此段管壁厚约为3.5mm，此处缺陷深约1mm。占壁厚的28.6%。二、站场导波检测二、站场导波检测大张沱储气库站内管道工艺管道检测，累计检测管段600余段。查出缺陷30余处。通过对站场管道进行检测，为陕京管道提供科学、准确的检测数据，建立站场管道的基础档案资料，保证管线安全运行。检测现场及检测信号二、站场导波检测二、站场导波检测大张沱储气库检测信号及现场照片，此段管壁厚约为6.0mm，此处缺陷剩余壁厚为4.85mm。损失为19.2%。检测信号现场照片照片二、站场导波检测二、站场导波检测10101131115%-20%42822石景山3153通州11府谷1灵丘2榆林21靖边汪庄子31永清2琉璃河12小卞庄20%-30%10%-15%5%-10%站场陕京管道部分站场导波检测缺陷列表三、压缩机系统的关键部位三、压缩机系统的关键部位监测技术监测技术三、压缩机系统的关键部位监测三、压缩机系统的关键部位监测z压缩机系统的各个部件和管道大多是通过焊接和螺栓连接。z这些连接处，特别是较小的附属管道，存在较高的由振动引起的疲劳失效潜在风险。z此类失效会导致如下严重后果：非正常停机；增加维修成本；及由于天然气泄漏导致的健康、安全和环境方面的问题等。z研究了相应的监测技术对压缩机的关键部位进行检测，确保压缩机及其附属设施的完整性。振动的产生：振动引起的疲劳失效是影响压气站安全运行的潜在风险因素。典型的振动包括：管道压力的随机变化各种频率的管道压力波动结构振动三、压缩机系统的关键部位监测三、压缩机系统的关键部位监测1111振动的产生：这些振动通过压缩机结构模态、附件局部模态、声学模态及声学模态和结构模态的耦合等进行了局部“放大”。三、压缩机系统的关键部位监测三、压缩机系统的关键部位监测压缩机操作与振动：z压缩机的运行操作随生产需要和管道压力而变化。z振源随各种潜在的激振区的不同而发生多种变化。z压缩机运行工况和振动响应之间关系复在。z对离心式压缩机所有管道如出入口管道、循环管、支管等进行评价。z通过分析显示，振动集中在小附属管道。三、三、压缩机系统的关键部位监测典型的小附属管道连接典型的小附属管道连接法兰出入口管道焊缝连接小附属管道部件与阀、其它工作管道、仪表等连接处插座焊缝后端焊缝三、三、压缩机系统的关键部位监测典型的小附属管道模态振型1阶模态2阶模态三、三、压缩机系统的关键部位监测1212z通过实验测量分析等方法研究了疲劳评价技术。z对压气站的关键部位进行加速度、应变仪、动态压力、固有频率等参数进行测试。三、三、压缩机系统的关键部位监测采用应变仪在排污管处进行的频谱测量。频率(Hz)应变（με）三、三、压缩机系统的关键部位监测OriginaldesignReplacementdesign三、三、压缩机系统的关键部位监测速度影响分析速度影响分析低速运行时，压缩机排污管的应变频谱三维图三、三、压缩机系统的关键部位监测1313D4D1D2D5D6D7D3四、站四、站场风险控制技术场风险控制技术四、站四、站场风险控制技术场风险控制技术针对站场工艺系统运行风险，公司应用HAZOP（危险性及可操作性研究）分析，对风险进行风险识别和评价。HAZOP是HazardandOperabilitystudy的简称，即危险性及可操作性研究，目的是识别潜在的危险。HAZOP是一种通过应用关键词而展开的研究，用以识别所