天然气管网可靠性评价方法研究现状

天然气管网可靠性评价方法研究现状

朱双强王文义陈巧敏

江西省天然气有限公司江西南昌330096

摘要：为了确保天然气管网系统的的安全操作，使用系统可靠性评价方法能够用于定量评价和分析天然气管网物理安全水平和整体的天然气供应水平，然而，在这方面的研究在中国仍处于起步阶段。本文对天然气管网系统的可靠性评估技术在中国的研究现状进行了总结，从两个方面即安全生产方面和天然气供应安全方面来叙述管网系统常用的可靠性指标的概念和算法，并分别讨论了长距离输气管道站两个系统单元和整个网络的结构系统可靠性评价方法，以及系统供应可靠性和可靠性目标的确定方法，指出了网络系统可靠性评估技术的重要作用和发展方向。

关键词：天然气管网；可靠性评价方法；研究现状

1前言

随着全球低碳经济的发展，天然气作为一种高效、清洁的能源，一直在快速发展。2012年，中国的天然气消费量为1475x108m3，预计到2020年国内天然气需求将达到3000x108m3。随着新机遇的发展，我国天然气骨干网络和部分区域管道的基础建设得到加强，使得天然气管网的管理方式和水平得到迅速发展。目前国际大型管道公司通常采用管道完整性管理手段，主要用于完整性管理，其最终目的是利用有限的资金最有效地降低管道风险，提高管道运行的安全性。由于我国诚信管理理念的引入，通过不断的研究、应用和发展，形成了基本成熟的六步循环完整性管理方法及其核心支撑技术。然而，由于完整性管理主要关注失败概率和后果，由风险大小来制定风险管理计划，为每个单元的风险开展维护工作，所以不能从系统水平的定量评价来分析天然气管网物理安全级别，也不能从全面的空气供给等因素综合考虑天然气管道网络的水平。对于这一技术问题，可靠性方法成为一种有效的选择方法。可靠性是指产品在指定的时间和时间内完成指定功能的能力。石油天然气管道工业可靠性评估技术的研究始于20世纪60年代的苏联，中国始于20世纪后期。目前国内外管道可靠性的研究成果主要是对管道体、站设备等单元的结构可靠性进行评价。管道系统的可靠性研究一方面在国外，特别是在北美主要由不同的运营商管理点对点的传输方式，运营商没有媒介的所有权和资源分配的权利，所以网络的可靠性需求水平较低，相关研究很少；另一方面，国内对油气管道进行了一些可靠性试验，但其评价主要针对单一管道，对整个网络的理论研究还处于起步阶段。在此基础上，总结了国内燃气管网系统的可靠性评估技术，以提高我国管网系统的可靠性研究和管理水平。

2天然气管网系统可靠性指标

天然气管网系统可靠性主要体现在两个方面：一是网络系统的安全处于可控状态，并确保每个组件事故情况避免连锁反应，不会引起整个管网系统的控制和大区域的关闭，即安全生产；二是网络系统具有充足的气源、储运能力，保证了用户的日常使用和高峰时段的用电高峰，即供气安全。

在安全生产中，常用的可靠性指标主要包括平均故障运行时间、平均故障修复时间、故障率、维修率、可靠性、可用性等。对于气体供应安全，常用的可靠性指标主要包括可靠性、变速器的损耗等。

3天然气管网系统可靠度评估方法

3.1结构可靠度

从安全生产的角度来看，网络系统可靠性评估讨论的长距离管道网络逻辑结构必须分割成站单元组成的一个系列，在并行系统中，如使用可靠性理论概念和各种失效概率假设，近年来在故障统计数据的基础上，计算系统的可靠性分析。

3.1.1单元可靠度

3.1.1.1长输管道

一般认为，长输管道可以看作是由许多管段组成的串联系统，其可靠性等于多管段可靠性的乘积。根据管道的故障曲线，将管道的服务时间分为三个阶段：第一，初始事故率阶段（1~5年生产），二是为稳定的事故率阶段（5~15或20年）；三是磨损阶段（超过15或20年）。不同的阶段对应不同的管道可靠性模型。第一阶段，管道生产调试阶段，故障率较高，故障率随时间逐渐降低，这一阶段的管道设计和施工所造成的失败是主要缺陷，由于更少的数据管理，所以可以使用传统的故障树方法或模糊故障树分析方法解决各部分单元的失效概率，然后提升管道可靠性。各管段失败率在第二阶段，属于管道稳定，可以被看作是一个常数，其值可以基于完整的流水线操作的数据统计分析，假设所有同龄管管道，根据管道的第一部分工作时间，然后你就可以知道管道可靠性。

解决应用串联与逻辑之间的关系同时，也有学者认为：一维管长度的研究对象，每个部分的失败相关的部分也应考虑，所以传统的独立失败的假设下可靠性模型不再适用，此时可以使用最小顺序统计量推导出管道类连续系统的强度的概率密度函数，建立的模型的连续系统最薄弱的一环。第三阶段是老化、腐蚀和疲劳损伤积累阶段，导致管道故障率快速上升，没有合适的可靠性模型，需要进一步研究。

3.1.1.2站场

站场是管道系统的重要组成部分，利用网络树分析、可修系统可靠性指标如元素法和系统稳态不能力，分析了车站的可靠性和应用的实现。院子里不同的设备组件串并联复杂可修系统，该系统可分为单位修复平行的不同组件可靠性、可修理的平行的两个不同的组件，以及单元的可靠性和修复组件的单元系统的可靠性，还有冗余可修冷系统可靠性单元的组件。在系统可靠性分析中，如果设备组件的系统故障率和修复率可以使用统计方法或分析方法和最小路径集或最小割集法等系统可靠性指标的结合。

该方法简单易懂，可作为天然气站评价的计算模型。然而，由于该方法利用可用性作为评价指标，以及如何直接利用长输管道的可靠性进行数学计算，因此仍有待研究和确定管网系统的可靠性。

3.2系统可靠度

（1）天然气管道系统的可靠性取决于机组的可靠性和机组之间的连接方式。各单元之间的逻辑关系主要包括串联、并联和混合。

（2）串联关系：系统由n个单元组成，系统只在所有n个单元正常工作时才能运行。

（3）并行关系：系统由n个单元组成，当所有单元都失败时，系统完全失效。

（4）混合系统是一个综合的网络系统，它结合了串联和并联，这是实际管网最有可能的逻辑结构。由于天然气管道网络的基本组件更复杂，故障模式可能存在一定的相关性，从而使系统的可靠性定量计算很复杂，时间可用来简化的最小割集和最小路径设置方法用于系统的可靠性。简化的最小割集方法是将所有的最小割集组合成并联单元，然后将它们连在一起形成一个串联并联系统，然后计算系统的可靠性。

4目标可靠度

通过将计算的可靠度指标与目标值进行比较，可以衡量评价对象的可靠性水平。然而，在油气管道系统方面，无论天然气供应安全的结构如何，目前我国尚无相关标准可用于确定特定可靠性指标的可靠性指标。因此，综合考虑社会、经济等因素，对天然气管网系统的研究确定了目标的可靠性标准，然后通过可靠性评估，明确系统的薄弱环节，成为定量燃气管网可靠性水平的一个有待解决的问题。

5结束语

通过对天然气管网可靠性相关数据的深入分析，对其生产过程进行科学、定量的评价，可以有效地掌握管网系统的物理和天然气供应安全水平。目前我国相关研究还处于起步阶段，许多方面需要不断探索和完善，例如：可靠性方法需要在大量历史数据的基础上进行，数据收集和统计分析必须做好；考虑到系统中冗余设备的存在，特别是在天然气站系统中存在冗余设备，在讨论系统逻辑关系时，有必要建立一个合理的系统结构可靠性模型。在未来的研究中，应该基于行业从改革和创新的先进经验，不断充实天然气管网系统可靠性相关技术，通过实际应用，最后在对故障模式进行分析，对可靠性指标计算和预测、预警的提高形成了一个完善的理论体系。

参考文献：

[1]王保群，林燕红，焦中良.我国天然气管道现状与发展方向[J].国际石油经济，2013（8）：76-79.

[2]董绍华，王联伟，费凡，等.油气管道完整性管理体系[J].油气储运，2010，29（9）：641-647.

[3]中国石油管道公司.油气管道完整性管理技术[M].北京：石油工业出版社，2010.

作者简介；

李明菲，郑洪龙，周利剑，等.我国在役油气管网可靠性评价技术概述//第四届中国管道完整性管理技术大会论文集[C].北京：中国石油大学出版社，2014.