陕京线输气管道的风险评价外文翻译资料

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基于定量方法开发风险排序工具

Ray Hicks Clive Ward

Advantica有限公司

霍华威尔公园

拉夫堡，莱斯特郡

摘要

美国管道完整性管理法规要求运营商对运营造成的风险进行排序。许多操作员使用这种风险排名过程的定性方法。 该方法具有许好处，如简单性和灵活性。然而，操作员们严重地依赖工程判断，从而产生非常特定于管道系统的结果。 这使得对来自不同系统或公司的产品组织的风险排名非常困难。

本文介绍了风险排名方法的开发和应用，需要较少的判断，并向用户提供运行管道的真实风险的估计。量化方法，基于对结构的理解力学，适用于九个威胁类别中的七个并在ASME B31.8S中列出，以确定管道可靠性。 通过对生活风险的评估来实现将结构力学模型的输出与故障模型的定量结果的结合。 让软件在GIS平台上运行，使其更容易演示符合完整性数据，并且管理要求现在是相关联邦法典的一部分。

在同种情况下研究，定量方法得出的结果与定性方法产生的结果相比。定量的方法可以为运营商提供显着的效益，包括使用较少数据生成有意义的结果的能力。 在具体来说，定量方法有可能允许运营商走向更加以绩效为基础的完整性管理流程。

1、介绍

美国管道完整性管理条例要求运营商对运营所造成的风险进行排序，以制定执行完整性评估的时间表。 定性或“相对评估”方法经常用于此的目的。 但是，相对评估受到许多缺点的影响，并产生了对管道系统进行排名非常不利的结果，使得非常难以将组织内不同系统或公司的产出联系起来。

Advantica开发了风险评估方法和软件应用程序，专门针对最近发布的美国管道法规的合规性要求。 这为用户提供了运行管道的真实风险的估计。 应用基于对结构力学理解的定量或“概率评估”方法来确定管道的可靠性。 通过将结构力学模型的输出与故障模型的定量结果相结合，实现对生命危险的评估。 “风险”一词与ASMEB31.8S [5.2]第5.2节中提供的定义相关，“风险通常被描述为两个主要因素的产物; 某些不良事件将发生的可能性（或概率）以及该事件的后果。

本文概述了在提出所采用的方法之前，选择风险排名的定量方法的原因，风险排名是Advantica的正常运行时间内完整性管理服务的组成部分。

案例研究比较了使用相对评估技术和概率评估技术获得的结果，以便突出这些方法之间的一些重要差异。

虽然本文的主要重点是采取措施来评估与影响天然气输送管道的各种完整性威胁相关的风险，另一个目标是描述完全集成的软件应用程序，使管道运营商能够证明符合许多要素 符合相关美国诚信管理条例。 这些是通过GIS平台实现的，因此可以将映射数据和高成本区域（HCA）再次精确地定位和可视化。

2、风险分析

在ASME B31.8S [1]中描述的风险分析有四种方法：

（1）专家评估

（2）相对评估

（3）场景评估

（4）概率评估

前两个计算相对于另一个分段的相对风险。 基于场景的模型更加复杂，并允许为每个细分确定风险值。 概率评估完全使用定量的方法，为每个部分产生风险与可接受的风险进行比较的产出。

下面简要总结采用风险排名概率方法的原因。

3、相对评估

（1） 虽然这种方案具有很大的灵活性，但是它们非常依赖于工程判断和故障统计。 算法通常基于直觉和一些观察。

（2）一个管道或管道段相对于另一管道排列。 所产生的结果对被评估的系统非常具体化，使得难以将组织内不同系统或公司的产出联系起来。

（3）缺乏工程严谨性，使得难以确定运营商是否具体实施的各种检查和行动。

4、概率评估

在本文的其余部分中描述的风险排名方法主要依赖于结构可靠性分析（SRA）。 方法的特点包括：

（1）这些模型基于对结构力学的了解，以及影响管道损害的知识。

（2）它产生了管道可靠性的定量（绝对）测量。

（3）它产生一个定量（绝对）的风险度量，从而影响公众和环境。

（4）它有可以量化检查和缓解活动的好处。

（5）在产生结果所需的数据方面，要比相对风险计划要求更低。

这些功能中的最后一部分将在案例研究部分进一步讨论。

5、方法背景

在描述风险排名中使用的方法之前，本节将考虑影响软件设计的一些因素。

5.1、识别完整性威胁

为了满足代码要求，运营商必须考虑ASME B31.8S中列出的可能影响管道段的21种威胁中的每一种。 然而，这些威胁中的每一种都属于9种威胁类型，这些威胁极不可能适用于某一管道，通常可以通过回答一系列问题来消除威胁。 “威胁评估”已经被采纳为风险排名的第一阶段，以实现多个目标。

（1）指导运营商确定最重要的影响管道的完整性威胁。

（2）提供代码的书面证据要求。

（3）为了避免为某些威胁运行定量模型，不会增加输出的价值。

（4）最小化数据收集。

5.2、故障概率

在选择使用概率方法后，Advantica对现有的结构可靠性模型进行了评估，以确定如何将其纳入系统以解决相关联邦和州代码的风险排序要求。 （请注意，联邦法规49CFR192通过引用并入ASME B31.8S，以确定B31.8S中规定的风险评估要求）。在B31.8S中列出的21个完整性威胁中，发现现有的模型解决了以下根本原因，并且可以确定故障发生的概率：

（1）外部腐蚀

（2）内部腐蚀

（3）管缝不良

（4）管道不良

（5）管周围焊缝不良

（6）制造焊缝不良

（7）第三方损坏（瞬时/即时故障）

美国公布的天然气管道输送和采集系统事故统计数据[2]确认上述列表包含许多最常发生的管道完整性威胁。 例如，导致事故的三大原因是：第三方损害（27.6％），内部腐蚀（12.8％）和外部腐蚀（9.9％）。还需要确定以下威胁的定量模型：

（1）应力腐蚀开裂

（2）地球运动

随着这些模型的开发，威胁可以通过威胁筛查，行业统计以及沿线管道可视化危险的风险排名系统来解决。最后，已经确定，使用广泛的行业统计数据可以很容易地解决剩下的完整性的威胁，包括设备故障，天气相关的威胁以及一些不常见的稳定的威胁。

5.3、失败的后果

Advantica已经开发了确定管道气体排放后果的模型。 提交给国际管道会议，会议中的一系列文件描述了PIPESAFE包的开发和验证，该包提供了与高压气体系统释放后果相关风险的详细建模模型[3-5]。 同样该包也可以应用于承载其他流体的管道，Advantica最近开发了运送酸性气体，原油和酸性原油的管道的方法。

根据从以往工作中获得的知识和经验，得出结论，ASME B31.8S规范的规定性要求可以采用更直接的方法来满足。 因此，风险排序采用的方法是使用ASME B31.8S第3.2节中规定的简单潜在影响区域计算方法进行埋地管道。 在这种情况下，使用简化的基于相关的方法来允许管道与相邻群体的“交互”被识别。 在特别敏感的领域或高风险情况下，可能需要更复杂的后果建模，特别是支持风险降低选项的决策。 这种分析超出了本文的范围。

还需要考虑与传输管道相关的地面设施（例如压缩机站），可能与相关联的气体处理设备，减压站和单块阀门安装相关的故障的后果。 有可能从地面管道工作或这些设施的内部箱体发生排放。 已经开发了在这些设施上进行全量化风险评估的方法，并在本次会议上提出的另一篇论文中进行了描述[6]。 这些涉及详细考虑分散，火灾以及可能发生的爆炸事件。 然而，在本文中，我们注意到，也可以提供一种更简单的相关性方法来定义代表性的暴露半径，如对于埋管。

量化方法准确地确定了对周围环境和人口的影响以及对业务的潜在影响（气体损失和相关的处罚）。 允许运营商向管理机构和管理层证明管道系统正在运行到量化，一致到可接受的风险（安全）水平。

5.4、数据管理与集成

关于完整性管理的许多活动和过程与工程信息和记录的有效管理有着密切的关系 。ASME B31.8S为所需数据类型提供指导，并确认综合管道和设施知识对实施基于性能的完整性管理计划的重要性。

ASME B31.8中描述的框架既涉及正式管理计划的建立及其持续维护。 虽然框架和完整性管理计划要素超出了本文的范围，但值得注意的是，信息需求分为几大类活动：

（1）“属性”数据整理（设计和施工记录，操作参数）

（2） 为无法消除的任何威胁建立预防，检测，评估和维修程序

（3） 评估和审查失败趋势和频率，酌情修订程序

在设计风险排名软件时，作者认识到需要整理大量相同的数据，以满足功能和代码要求。 因此，开发围绕核心数据存储库的风险排名是适当的，能够存储基于规范性和基于绩效的完整性管理计划的相关信息，以及运行风险评估所需的数据。系统也应该能够集成 与客户现有的信息系统。

6、方法概述

风险排名模块使用过程的概述如图1所示。下一节将给出每个步骤的描述。 图1显示了通过中央地理数据库访问和存储分析中使用的所有数据。

管道威胁评定→管道分段→风险分析及排名→报告及可视化

中央地理数据库

图1 - 风险排名流程概述

7、方法说明

7.1、管道威胁评估

该模块使用户能够根据可用信息确定九种可能的完整威胁（ASME B31.8S中定义的类别）对于指定管道是可信的。

用户通过屏幕表单引导一系列问题。 对于每个威胁，都有将输入与威胁评估相关联的算法，以确定威胁是否可信。 下面显示了制造相关缺陷的威胁的一个例子。 该过程中使用的算法是从各种来源开发的，包括已发表的文献和Advantica自己的报告和出版物。

作为一个例子，使用以下算法来评估与低频ERW管相关的制造缺陷的威胁。 数字（1,2,3等）对应于表1中的“参考”。

IF [3lt;=1970 AND 5=(低频或闪光焊接)

AND (6=Y OR Unknown)] OR

IF [3lt;=1970 AND 5=(EPW-低频或闪光焊接)

AND 6=N AND 12lt;1.25 x HP OR

IF [3lt;=1970 AND 5=(ERW-低频或闪光焊接）

AND 6=N AND 12gt;=1.25 x HP AND (13=Y OR Unknown)

OR

IF [6 to 10 =Y OR Unknown] OR

IF [10=N AND (11=Y OR Unknown)] 那么制造威胁存在ELSE制造威胁是不可信的