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基于事故樹(shù)的海底管道第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)分析

文檔作者：郭鴻雁朱偉文檔來(lái)源：中國(guó)石油集團(tuán)T程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月17日
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第42卷第2期
2013年2月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
VO]．42．N0．2
February，201 3
基于事故樹(shù)的海底管道第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)分析
郭鴻雁，朱偉
(中國(guó)石油集團(tuán)T程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京100085)
摘 要：對(duì)由于第三方活動(dòng)致使海底管道失效的各原因進(jìn)行分析，建立了以“第三方破壞嚴(yán)重”為頂事件
的事故樹(shù)模型。采用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法計(jì)算出事故樹(shù)最小割集并對(duì)各基本原因事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行排序。結(jié)合
最小割集包含的各事件及結(jié)構(gòu)重要度排序分析，可以確定事故管理的主要對(duì)象，并針對(duì)這些主要因素提出了相
應(yīng)的預(yù)防措施并提 減少事故的措施。
關(guān)鍵詞：海底管道；第 方破壞；事故樹(shù)分析；風(fēng)險(xiǎn)分析；布爾代數(shù)；最ij,~rJ集；結(jié)構(gòu)重要度
中圖分類(lèi)號(hào)：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2013)02—0212—03
Risk Analysis on the Third—Party Damage of Submarine
Pipelines Based on Fault Tree Analysis
GUO Hong-yan，ZHU Wei
(China Petroleum Engineering Co．，Ltd．Beijing Company，Beijing 100085，China)
Abstract：Types and reasons of the third—pany damage of submarine pipelines were analyzed．The fault tree model
with the third—party damage as top event was established．The minimal cut sets(MCS)were achieved by Boolean
algebraic，and the structure importance of basic factors was also sorted．According to the setting gates and the structure
importance，the principal objects of fault control were determined，and the correlative measures were proposed．
Key words：Submarine pipeline；The third party damage；Fault tree analysis；Risk analysis；Boolean algebraic；The
minimal cut sets；Structure importance
自1985年由渤海石油海上工程公司在埕北油田
也采用浮游法鋪設(shè)了一條1．6 km鉆采平臺(tái)之間的海
底輸油管道后?，隨著我國(guó)渤、黃、東、南四大海域
海上油田的快速開(kāi)發(fā)，新增海底管道總長(zhǎng)及數(shù)量不斷
s~Di：i，至2008年，中海石油總公司已有海管138條
(總長(zhǎng)約3 217 km) 。作為海洋石油開(kāi)發(fā)輸送的生
命線，海底管道造價(jià)昂貴，每千米造價(jià)在為30萬(wàn)美
元以上，且所處環(huán)境條件非常復(fù)雜多變。隨著鋪設(shè)長(zhǎng)
度的增加和運(yùn)行時(shí)間的推移，受環(huán)境侵蝕、材料老化
等因素的影響，海底管道系統(tǒng)抗力衰減，極易因外部
環(huán)境的干擾(諸如近海工程施T、船舶起拋錨作業(yè)、
漁業(yè)捕撈等人類(lèi)海洋活動(dòng)或臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害)
而發(fā)生事故。而海底管道一旦發(fā)生泄漏或斷裂，會(huì)產(chǎn)
生災(zāi)難性影響，嚴(yán)重污染環(huán)境，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
海底管道的安全性已成為影響海洋油氣開(kāi)發(fā)的一個(gè)
重要問(wèn)題，為此，要減少事故的發(fā)生，建立綜合安全
管理體制，采取有效地途徑保證在役管道可靠運(yùn)行就
有必要對(duì)其事故原因進(jìn)行分析。
1 海底管道失效因素統(tǒng)計(jì)
海底管道在國(guó)外發(fā)展較早，其政府和研究機(jī)構(gòu)
對(duì)各種管道事故的原因進(jìn)行了大量的統(tǒng)計(jì)，為提高
海底管道運(yùn)行安全性提出了大量建議及資料。歐洲
輸氣管道事故數(shù)據(jù)組織、英國(guó)健康與安全部等組織
都對(duì)海底輸氣管道失效原因做出過(guò)大量統(tǒng)計(jì) (見(jiàn)
圖1 o
- 蝕
機(jī)械損傷
●拯作火洪
_虞然災(zāi)．j
● 第三方破
英國(guó)北海海底管道事故統(tǒng)計(jì)
％
· 餓 -掾作 -制造
-操作火強(qiáng)-施l -拋錨
海、I 活動(dòng)_鱗蹺
圖1 海底管道失效原因事故統(tǒng)計(jì)
Fig．1 The accident statistics of failure cause of submarine
pipeline
收稿日期： 201 2-09—10
作者簡(jiǎn)介： 郭鴻雁(1981一)，女，河北滄州人，工程師，2004年本科畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣長(zhǎng)輸管道的
設(shè)計(jì)工作。Email：gu0hongyan@cpebj．conl。
第42卷第2期 郭鴻雁，等：基于事故樹(shù)的海底管道第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)分析 213
從這些失效原因統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，海底管道
的失效原因復(fù)雜，但第三方破壞(拋描、漁業(yè)、施工
等)、腐蝕、自然災(zāi)害(包括由其引起的懸跨)可以看
作海底油氣管道失效的三大主要原因。
本文采用系統(tǒng)工程中的事故樹(shù)分析(FTA)法
主要針對(duì)第三方影響(包括環(huán)境因素)造成的海底
管道破壞的事故樹(shù)模型進(jìn)行分析，確定事故管理的
主要對(duì)象并提出針對(duì)性的解決方法。
2 事故樹(shù)模型建立及分析
事故樹(shù)分析fFTA，F(xiàn)ault Tree Analysis)是從結(jié)
果到原因找出與災(zāi)害事故有關(guān)的各種因素之間因果
關(guān)系及邏輯關(guān)系的分析法。這種方法以定義好的事
故開(kāi)始，或頂事件，向后將系統(tǒng)故障各種原因(包括
硬件、人為、環(huán)境因素等)，按樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)自上而下
追溯到各種能夠引起事故的情形。事故樹(shù)定量分析
主要是根據(jù)引起事故發(fā)生的各基本事件的發(fā)生概
率，求出頂上事件發(fā)生的概率，同時(shí)對(duì)各基本事件
進(jìn)行概率重要度和關(guān)鍵重要度分析 捌。
2．1事故樹(shù)建立
選擇“第三方破壞泄漏”作為頂事件。引起海底
管道失效的三個(gè)最直接原因分別是“航道活動(dòng)及作
業(yè)”、“漁場(chǎng)活動(dòng)”、“自然環(huán)境”。按這些原因自上而
下追溯到各種能夠引起海底管道泄漏的基本事件。
海底管道第三方破壞各符號(hào)所表示的意義如
表l所示，其事故樹(shù)如圖2所示。
表1 各符號(hào)代表的事件
Table 1 The symbol meaning of the events in the fault tree
符號(hào) 事件 符號(hào) 事件 符號(hào) 事件
第三方破 ，． 管道防 管跨震動(dòng)
壞泄漏 護(hù)不足
航運(yùn)活動(dòng) 收發(fā)拖網(wǎng) 沖刷嚴(yán)重
及作業(yè)破壞
A2 漁業(yè)活動(dòng) 埋設(shè)較淺 ， 淋管線 規(guī)劃
A， 自然環(huán)境 ， 載管力道差承 。 設(shè)計(jì)埋深不足
屆 墜物損傷 地震
， “ 烈度高 鋪設(shè)效果差
島 錨擊損傷 處于航道 沖刷嚴(yán)重
易 漁網(wǎng)拖拽 墜物擊中 裸管埋設(shè)
屆 海冰 船只 強(qiáng)度不足
起拋錨
屢風(fēng)暴 處于漁場(chǎng) 質(zhì)量缺陷
晟 浪潮 冰隋嚴(yán)重 處于地震帶
地震 風(fēng)暴嚴(yán)重 離地震帶較近
圖2 海底管道第三方破壞泄漏故樹(shù)
Fig．2 Fault tree analysis of the third-party damage of submarine pipeline
2．2 海底管道第三方破壞泄漏故樹(shù)模型
2．2．1 最小割集
由事故樹(shù)分析可見(jiàn)，邏輯門(mén)或門(mén)(“+”)與和門(mén)(“·”)的個(gè)數(shù)基本相等，所以用最小割集進(jìn)行分析[6]：
A1=B1+
= X1X2Xj Xi 4+X X2X＼oX s+X X2Xt X＼4+XIX2xnXls+X LX2X L2Xl4+X、X L2Xls+X X2X 3X 4+X、X2X 3X 5
+X。X3X。 X 4+X 3X X Ls+XtX X L、x 4+X 3XuX Ls+X X3X X 4+x LX 3X 2X 5+X X 3X 3X 4+XlX3X X s
事件 ?？梢缘玫?6個(gè)割集。
A2= B3+B2
= X4X9Xl Xl 4+X4X XuXt4+X 4X9X x 4+X 4X9Xt3XI4+X 4X9X X L5+X 4X9XnXls+X 4X9X＼ ls+X 4X9Xl X s
+X 3X 。 Xt4+X X4X。 X 5+ X 3X XuX 4+X 3X 4Xt Ls+X3X 4X 2X L4+X3x 4XnX L5+X 3X 4Xl3X14+X3X 4X 3X Ls
事件 可以得到16個(gè)割集。
A3：B4+Bs+B6+B1
= X sXls+X sX 6+X 6X u X。4+X uX 4+X6Xnxl4 Jr X 6X 3X 4+X6X、oX s+X6XnX s+X6XnXl5+X 6X 3X 5
+X1x8+X≯X x 6七X6X。4X。6+X 6X sX 6+X9X怕X 1+X 6X L4Xl1+X 6X 5Xn
214 當(dāng) 代 化 工 201 3年2月
事件 可以得到17個(gè)割集。則由事故樹(shù)計(jì)算可以得出49個(gè)割集。
2．2．2 結(jié)構(gòu)重要度分析
事故樹(shù)是由眾多基本事件構(gòu)成的，這些基本事
件對(duì)頂上事件均產(chǎn)生影響，但影響程度是不同的，
在制定安全防范措施時(shí)必須有個(gè)先后次序以便使系
統(tǒng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效、安全的目的。結(jié)構(gòu)重要度分析，
就是不考慮基本事件發(fā)生的概率是多少，僅從事故
樹(shù)結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件的影響
程度。結(jié)構(gòu)重要度分析雖然是一種定性分析方法，
但在目前缺乏定量分析數(shù)據(jù)的情況下，這種分析顯
得很重要。
結(jié)構(gòu)重要度分析方法歸納起來(lái)有兩種。第一種
是計(jì)算出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，將系數(shù)由大
到小排列各基本事件的重要順序；第二種是用最小
割集和最小徑集近似判斷各基本事件的結(jié)構(gòu)重要系
數(shù)的大小，并排列次序。前者精確，但比較繁瑣；
后者雖然精確度比用求結(jié)構(gòu)重要系數(shù)法差一些，但
操作簡(jiǎn)便，因此目前應(yīng)用較多。應(yīng)用下式計(jì)算近似
判別值：
)=Σ．
Xi∈P
式中：^n 基本事件 結(jié)構(gòu)重要系數(shù)的近似判別值；
x,e尸，一基本事件 屬于 最小割(徑)集；
廠_I基本事件x 所在最小割(徑)集中包含基本事件的個(gè)數(shù)。
上述事故樹(shù)的各基本事件結(jié)構(gòu)重要度見(jiàn)表2。
4 結(jié)束語(yǔ)
可以看出，水上管線自身問(wèn)題諸如強(qiáng)度不足(包
括保護(hù)層)、質(zhì)量缺陷是致使海底管道失效的主要原
因，其次是管道布線問(wèn)題諸如處于航道和漁場(chǎng)、埋
深不足以及由此造成的錨擊損害，另外風(fēng)暴嚴(yán)重、
地震也會(huì)帶來(lái)較大危害。
由分析可以看出，海底管道設(shè)計(jì)是防止管道失
效最重要的環(huán)節(jié)。合理設(shè)計(jì)管道強(qiáng)度，可以防止外
物撞擊(錨擊、重物墜落撞擊等)對(duì)管道造成破壞。
對(duì)管道采用適當(dāng)?shù)耐獠糠雷o(hù)(諸如混凝土配重、套
管)可以有效預(yù)防外力對(duì)管道造成的機(jī)械損傷。設(shè)
計(jì)合理的埋深同樣可以有效地預(yù)防第三方破壞的影
響。在選擇海底管道時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)航道、漁業(yè)區(qū)等，
這樣可以降低管道遭受墜物撞擊、漁網(wǎng)拖掛、錨擊
等破壞的概率。此外控制管材、防護(hù)等材料質(zhì)量以
及加強(qiáng)施工監(jiān)督、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)也可減少管道失效隱患。
表2 各基本事件結(jié)構(gòu)重要度
Table 1 The structure importance of the base cases
符號(hào) 喜件 結(jié) 重要 符號(hào) 畝 結(jié)構(gòu)重
度 爭(zhēng)什 要度
處于航道 2．00o n1 0 設(shè)計(jì)粵深不 2000IJ
墜物擊中 1．oo0 ． 鋪設(shè)效果差t 500
船只起拋錨 2．00o 沖刷嚴(yán)重 1．500
處于漁場(chǎng) 2oo0 裸管埋設(shè) 1．500
冰情嚴(yán)重 1．000 強(qiáng)度不足 3．500
風(fēng)暴嚴(yán)重 3．000 質(zhì)量缺陷 3．750
管跨震動(dòng) 0．500 處于地震帶 1．250
沖刷嚴(yán)重 0．500 X,7 離地霉帶較0．750
管
不合理
計(jì) 1
． 500
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版襯： 2003
葡萄牙科研人員發(fā)明一種新型納米涂料
葡萄牙報(bào)刊報(bào)道，葡阿維羅大學(xué)的科研人員發(fā)明了一種用于航空業(yè)的智能型納米涂料。形象地說(shuō)，該涂料中含有許許多
多納米級(jí)的小涂料罐。該涂料噴涂在飛機(jī)機(jī)身后，其厚度只有頭發(fā)絲的千分之一。如果飛機(jī)機(jī)身由于機(jī)械或環(huán)境的因素造成
細(xì)微裂痕，這些小涂料罐就會(huì)自動(dòng)釋放出涂料分子彌補(bǔ)修平裂痕。據(jù)悉，歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)(EADs)將在飛機(jī)上使用這一涂料

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