西气东输管道安全评价

西气东输管道安全评价

赵新伟，罗金恒。董保胜，陈宏达，韩晓毅。李鹤林，杨龙

（中国石油天然气集团公司管材研究所中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室，西安７１００６５）

摘要：西气东输管道安全评价是西气东输工程劳动安全卫生预评价的重要内容。基于ＦＡＤ技术，并引入可靠性理论，计算了管道的可靠度，分析了第三方损伤、地质灾害等外部因素对管道可靠度的影响。结

果表明，即使管道存在一定概率的漏检缺陷，管道本身的可靠度可以满足要求，影响管道可靠度的主要因素

是第三方损伤和地质灾害。评估了西气东输管线疲劳可靠性寿命扣腐蚀可靠性寿命。结果表明，管道设计

寿命３０年内不会发生疲劳破坏；若管道防腐层存在制造缺陷或现场施工损伤缺陷，多数地段土壤腐蚀寿命低于３０年设计寿命。根据评价结果，给管道设计和管道的维护提出了建议。

关键词：西气东输管道；可靠性评估；寿命预测

中图分类号：ＴＥ

９７３

文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４０１２（２００５）增刊

１

引言

程）劳动安全卫生监察规定》的要求，必须对西气东

输管道开展劳动安全卫生预评价工作。作为该工作

西气东输管线是我国目前造价最高、距离最长、

的重要组成部分，笔者评价了西气东输管道的可靠

输送压力最高、管径最大的输气管线，沿线地形地貌度，预测了管道的可靠性寿命，为西气东输管道设计复杂，尤其经过东部人口稠密区，一旦发生事故，不

和建成后的安全维护提供了重要科学依据和支持。

仅会造成巨大经济损失，而且会造成重大人员伤亡

和环境污染，其经济后果和社会后果都十分严重。

２西气东输管道可靠度评估

从西气东输管道服役的外部环境分析，管道存在许目前管道设计都是以静强度理论为基础的确定多潜在的威胁管道安全因素，包括：管道沿线经过沙性方法，即设计计算时材料性能、载荷等参数都是取土、粘土、盐碱地、水网地带等土壤条件，腐蚀环境复确定值，是偏于安全的设计思想。而实际上由于制

杂苛刻，未来管道会面临腐蚀危害；潜在的地质灾害

管质量的不均一、实际运行压力的波动以及地层移类型多，包括潜在活动断裂带、滑坡、滑塌、崩塌、泥动、地震、地层断裂等引起管道承受的意外载荷的不

石流、湿陷性黄土、冲沟等；另外，管道存在潜在的第

确定性，实际管道总存在一定的失效概率和可靠度。

三方破坏的可能性。从管道本身而言，不可避免地

通过西气东输管道的可靠度评估，确定管道的实际

存在建造缺陷，包括施工机械损伤、焊接缺陷等，这

可靠度和目标可靠度，并提出保证管道目标可靠度些缺陷会降低管道承载能力，而且在疲劳、应力腐蚀的合理化措施，对于管道设计和未来运行期间实施

等联合作用下，会影响管道可靠性和使用寿命。根

风险管理都具有重要指导意义。

据中华人民共和国原劳动部第３号令《建设项目（工２．１管道目标可靠度

表１管道目标可靠度

・

８２

・

通过国内外有关资料检索和调研，发现目前国际上对管道可靠度有两种分析方法：方法一是采用基于可靠性理论的计算方法；方法二是基于历史数据的分析预测方法。对应于上述两种管道可靠度分

析方法，国际上也就提出了两种不同形式的目标可靠度。表１列出了国际上一些组织和研究机构提出的，应用比较广泛的管道目标可靠度。在可靠度计算和分析第三方损伤及地质灾害因素影响中，我们分别借鉴了ＤＮＶ和加拿大Ｃ－ＦＥＲ提出的两种形式的管道目标可靠度，并以一类地区对应低风

险，二类地区对应中风险，三、四类地区对应高风险。

２．２管道可靠度计算２．２．１物理参量的概率分布

对宝鸡石油钢管厂、江汉石油管理局沙市钢管

厂、华北石油钢管厂、东北输油管理局辽阳钢管厂等

５个管厂试制的Ｘ７０声１０１６ｍｍ焊管材料性能进行测

试和统计分析，建立了材料性能的概率分布模型。屈服强度、抗拉强度、冲击韧性均拟合为正态分布，样本均值和偏差分别为：

母材屈服强度：卢＝５４２．８（ＭＰａ），口一１８．５７

（ＭＰａ）ｌ

母材抗拉强度：卢一６７３．８（ＭＰａ），叮＝２７．１７

（ＭＰａ）；

焊缝抗拉强度：卢一７２８．８（ＭＰａ），盯一１２．４２

（ＭＰａ）。

母材冲击功：卢＝２８４．５（Ｊ），ｄ＝７３．８５（Ｊ）；焊缝冲击功：卢＝１８１．７（Ｊ），盯＝４２．３９（Ｊ）；

热影响区冲击功：／１＝２５３．４（Ｊ），盯一４８．０９（Ｊ）。

管道在运行过程中，随着输送气景的变化，管道所承受的压力会发生波动。对于西气东输管道，未来的具体压力分布情况目前无法获得。参考其它输

气管道压力波动统计结果，压力分布满足正态分布，变异系数（ＣＯＶ）为１０％。当假设管道输送压力大

于１０ＭＰａ的概率为０．００１时，通过查正态分布表，

可以得到压力均值为ｐ＝７．６４ＭＰａ、标准偏差ｏ＝

０．７６４ＭＰａ。

对于超声检测方法，裂纹深度和长度的漏检概

率为如下。

裂纹深度：

Ｆｄ（口）＝ｌ

ａ＜ｏ．２

１

Ｉ

Ｆｄ（口）一１．ｏ一（ａ－－ａ１）０．２＜口＜ｌ｝（１）口２一口１Ｉ

Ｆｄ（ｎ）一０

ａ≥１Ｊ

裂纹长度：

Ｆｄ（ｃ）一１

ｃ≤０．５

］

Ｆｄ（ｆ）－１．卜（嚣）０．５《＜４｝（２）

Ｆｄ（ｆ）一０

ｃ≥４

』

漏检缺陷尺寸的概率分布：

黑三Ｆ￡等ｇ“（ｃ㈡

㈤

Ｐ（ｃ）一

Ｊ（ｃ）

）Ｊ

２．２．２

完整管道的可靠度计算

假设管道是完整的，不存在缺陷，采用应力一强

度干涉模型计算管道可靠度，结果见表２。计算结果表明，若管道不存在焊接缺陷，其本身可靠度满足

标准要求。

表２完整管道的可靠度计算结果

＊注：下标的数字表示在小数点后有多少个９。

２．２．３含漏检缺陷管道的可靠度计算结果

基于ＦＡＤ技术‘３｜，采用蒙特一卡罗方法，计算含漏检焊接缺陷的管道可靠度。蒙特卡罗模拟法计算

含缺陷管道失效概率和可靠度的具体的方法和步骤

如下。

（１）构造含缺陷管道的极限状态函数如下：ｇ（Ｌ，，Ｋ，）一（１—０．１４Ｌ，２）Ｅｏ．３＋０．７ｅｘｐ

（－－０．６５Ｌ：）］一Ｋ，＝ｏ

（４）

（２）确定断裂韧性、材料强度、缺陷尺寸、载荷等随机变量的概率密度函数ｆ（ｘ；）和概率分布函数

Ｆ（ｚｉ）。

（３）对每一个随机变量，在［ｏ，１］之间生成许多

均匀分布的随机数Ｆ（ｘｕ）：

ｆ～

Ｆ（ｘ“）一Ｊ

ｏ

ｆ（ｘｉ）ｄｘ；

（５）

式中：ｉ——变量个数，ｉ＝１，２，……，咒

Ｊ——模拟次数，歹一１，２，３，……Ｎ

对于给定的Ｆ（ｘ¨），可由上式解出相应的ｚｕ。

所以对于每个变量五，每模拟一次可得到一组随机

数（ｚｌｊ，ｚ２ｊ，Ｘ３＿『，…，ｚｎｊ）。

（４）将每次模拟得到的随机数代人式（４）中，计

算（Ｌ，，Ｋ，）值。

・

８３

・

（５）若ｈ（Ｌ，，Ｋ，）值小于零，计失效１次。（６）重复步骤（３）、（４）和（５），进行Ｎ次模拟，共计失效Ｍ次，则失效概率为：

的管道第三方损伤概率预测值低于允许最大允许失效概率１次／１０３ｋｍ・ａ外，其余区段内管道第三方损伤概率预测值都显著高于允许的最大失效概率

（６）

Ｐｆ—Ｍ／Ｎ

可靠度为：

Ｒ—ｌ—ｍ／Ｎ

（～类地区为１次／１０３ｋｍ－ａ，二类地区为０．１次／１０３ｋｍ・ａ，三、四类地区为１０－４次／１０３ｋｍ・ａ）。第三方损伤已成为影响管道安全可靠性最重要的因素之一，未来必须严格防范。

∞ｊ∞

（７）

含漏检缺陷管道的可靠度计算结果见表３。可靠度计算结果与目标可靠度对比可知，尽管管道不可避免存在一定概率的漏检缺陷，但其可靠度仍然可以满足要求。

表３含漏检缺陷的管道可靠度计算结果

虽

童∞

罄卜

塞ｍ

氅

∞

Ｈ

。目目ｌ。

ｍ

０

。座ｌ

Ｉ。。．。。…ｈ．。ｌ。．ｉ．。Ｉ｜ｌｌ融玎

ｌ

矗气车赫蕾卿嘶斑，ｔ牙

射一。

㈣｜１１．１…．１

扎

。

图１

第三方损伤造成的管道失效概率

预测结果

２．４管道沿线活动断裂和地质灾害对管道可靠度

２．３第三方破坏对管道可靠度的影响

的影响

２．４．１

第三方损伤是指人为偷油盗气造成的管道损

伤，以及管道沿线修筑道路、建筑施工、农民耕地等

活动引起的管道损伤。目前国际上对第三方损伤很

活动断裂对管道可靠性的影响

管道沿线的断裂带共有４７条，其中全新世以来（包括更新世晚期）活动的有２０条，有ｌｏ条与管道

重视，我国因第三方损伤引起管道发生事故的案例也有许多，而且呈不断上升趋势，在国内管道第三方

损伤主要是人为偷油盗气对管道造成的破坏。

相交（包括次级断裂带共有１５交点），有８条在百年

内可能发生错断地表的运动，它们是库尔勒北山山

前断裂、阿尔金断裂、阴洼山断裂、香山天一景山断裂带西、中两段、清水河断裂、罗山东麓断裂、霍山一大阳断裂带的大阳镇断裂与翟村一北帝断裂和浮山断

裂。表４列出了８个与管道相交的活动断裂发生频

在已调查的管线第三方损伤数据基础之上，结

合西气东输管线沿线各地管线长度、人口密度及社会经济环境等因素的调查，分析管道发生第三方损伤概率，结果见图１所示。显而易见，第三方损伤对管道可靠度影响显著，除了新疆境内，处在一类地区

率和可能引起管道断裂失效的概率预测结果。活动断裂发生频率是基于“西气东输（轮南一上海）工程管

表４活动断裂引起管道失效的概率

・８４・

道沿线主要断裂活动性评价报告”中给出的历史数据分析得来。从分析结果来看，在四类地区，活动断裂造成的管道失效概率超过目标可靠度允许的失效概率。对于处在四类地区的活动断裂，在管道设计

上必须设防。

２．４．２

管道沿线地质灾害对管道可靠度影响分析

西气东输管道沿线地质灾害包括滑坡、黄土滑塌及坍陷、崩塌、泥石流、煤矿采空区、湿陷性黄土、

冲沟等各种类型。根据“西气东输工程沿线地质灾

害调研报告”，上述滑地质灾害基本分布在管线的武威至郑州段，特别是在靖边至郑州最为集中。除煤矿采空区，由于目前深入到管线下面的两处采空区（新华矿和联营矿）煤层埋深大，对管线尚未构成危

害外，其它各种自然灾害对管线均有不同程度的危害。假设各种地质灾害为２０年一遇，根据各种自然

灾害对管线的危害程度，计算各种地质灾害引起管

道的失效概率，分析它们对管道可靠度的影响。分

析时以相邻两压气站之间为一评价单元。

评价单元的失效概率计算方法如下：

Ｐｆ＝Ｐ。／Ｌ

（８）

ｎ

ｍ

Ｐｏ＝∑∑ＮｉＸＦｄｉｊ

（９）

ｉ＝１

ｆ＝１

式中：Ｐ，——为管道失效概率，次／１０３ｋｍ・ａ

Ｐ。——为管道失效频率，次／ａＮ；——为地质灾害发生频率，次／ａ

Ｆｄ——为危害程度，严重取ｌ，较严重取０．７５，

中等取０．５，较轻取０．２５

Ｌ——为评价单元长度，即相邻压气站间距

离，１０３ｋｍ・ａ

卜一为地质灾害类型

．『——为ｉ灾害在评价单元内可能出现处数

图２是各种地质灾害为２０年一遇时，引起管道

失效的概率分析结果。从分析结果来看，地质灾害引起的管道失效的概率比较高，多数地段的可靠度

低于目标可靠度。管道设计上，必须对所有地质灾

毒

圈

墨善

嚣

圈

誓圈

ｉ豳叠

ｌ

圜豳謇

圈

■ｌ掰甘培蕾娜毫窭蚌嫱进域谴榔隶褂－薛山浮Ｌｌ卜博羹

圈

豳

ｌ嚣

豳爱

麓

瓣甘墉豳

傅量—拇ＪＨ

灾害分布位苴

图２地质灾害引志的管道失效概率计算结果

害采取设防措施。３

西气东输管道可靠性寿命评估

管道可靠性寿命评估是基于可靠性理论、腐蚀

理论、疲劳理论，给定管道的目标可靠度，评估管道服役寿命。上述工作的目的是在给定目标可靠度下，评估沿线四个地区内管道能否达到设计寿命，对未达不到设计寿命的区段，在分析影响管道服役寿

命因素的基础上，提出保证管道设计寿命的防护措

施。

３．１影响管道寿命的因素

国内外管道的失效原因统计分析表明腐蚀是引起管道失效的最主要原因。对于西气东输管道，未

来会加强天然气的脱硫、脱水，使气质达到输送标

准，可以避免内部介质的腐蚀。本次腐蚀寿命评估

主要考虑土壤腐蚀寿命。尽管目前国内输气管道发

生疲劳破坏的很少，但考虑到西气东输管线很长（约

４０００公里），沿线用户多，未来管道可能由于输气量

变化较大，导致压力波动可能比较大，因此疲劳破坏

也作为影响西气东输管道服役寿命的潜在因素。由

于管道焊缝附近应力集中，焊缝区组织和性能不均

匀，以及不可避免存在焊接缺陷，所以焊缝是发生疲

劳破坏的潜在危险部位。下面的疲劳寿命评估主要

针对管道焊缝来进行。

３．２管道沿线土壤腐蚀性评估

在“六五”和“七五”期间，全国土壤腐蚀试验网

站和石油系统土壤腐蚀试验网站，采用埋片失重法，

在全国大部分地区进行了系统的钢结构在土壤中的

腐蚀试验，得到我国不同地区的大量土壤腐蚀数据。这里尽可能引用其中距西气东输管道最近的腐蚀网

站的土壤腐蚀相关参数，进行沿线土壤腐蚀性评估。由于埋片时间较长，所以试验数据可靠，能够充分反

映出土壤的腐蚀特性。依据ＳＹ／Ｔ００８７—９５标准进行沿线土壤腐蚀性评估，结果见表５。为了便于

对比管道沿线土壤腐蚀性的相对强弱，简单定义土

壤腐蚀性强弱指数如下：极轻一ｌ、较轻一２、轻一３、

中一４、强一５。可以看出，西气东输管道除轮南首站

至库木塔沙堡段土壤腐蚀性较强外，其余管段沿线土壤腐蚀性相近，以轻和较轻为主。

３．３基于目标可靠度的管道土壤腐蚀寿命评估及

设计寿命校验

管道发生土壤腐蚀主要是由于①防腐层施工质

量差，存在制造缺陷；②现场施工时造成防腐层破

・

８５

・

损：③使用过程中防腐层发生老化、剥离，失去防腐功能。其中前两种情况在国内油气管道上最为普

遍。以下的土壤腐蚀寿命预测主要是针对防腐层存

在制造缺陷或损伤缺陷，金属直接暴露于土壤环境的情况而进行的。

基于可靠性的寿命预测技术思路如下：①调查

西气东输管道所经历的区域内土壤的腐蚀数据，经统计分析，建立腐蚀速率的概率分布模型；②确定管道土壤腐蚀的临界深度，包括腐蚀穿孔的临界深度和发生塑性失稳的临界深度；③计算不同服役时间下管道的可靠度（如图３所示）；④建立可靠度随时间变化曲线（图４所示）；⑤给定目标可靠度，确定土

壤腐蚀寿命，应考虑两种腐蚀寿命，即：点腐蚀穿孑Ｌ的寿命和大面积均匀腐蚀使壁厚减薄到剩余壁厚满

足不了承载要求，发生塑性失稳的时间。

表５

西气东输管道沿线土壤腐蚀性评估结果

霉篙然平／ｇ絮ｄｍ？ａ评估结果冀霎对应馘

。。。

号试验站名称

…

・

＿２・

指数

缺陷尺寸概女鑫ｍ度

缺陷尺寸缺陷尺寸

图３腐蚀管道失效概率随时间变化原理图

・

８６

・

时问Ｔ

图４失效概率和可靠度随时间变化曲线

≯≯零梦毋≯辱窖素霉毋毋

图５

管道点腐蚀寿命预测结果

西气东输管道腐蚀穿孔寿命预测结果如图５所示。寿命预测结果表明，若管道防腐层存在制造缺陷或现场施工损伤缺陷，多数地段土壤腐蚀寿命低

于３０ａ（年）设计寿命。为了保证在管道设计寿命内

不发生土壤腐蚀失效，不仅选择性能优良的防腐涂

层，而且要加强防腐层的建造和现场施工监理，避免

防腐层的制造缺陷和现场施工损伤缺陷。除次之

外，要加强管道的阴极保护措施。

校验

管道在输送天然气过程中，由于用户的用气量

是不断变化的，管道的输气量也处于变化的状态，管道所承受的压力是处于缓慢的波动状态，实际管道

将承受循环载荷的作用。因此，管道在服役过程可

能产生疲劳损伤，疲劳破坏也将成为威胁管道安全

的一个潜在的因素。对大口径的输气管线，目前大量使用焊接管道。在管道的焊接区，由于焊接金属

的重熔和焊接热的影响，焊接区金属的性能不均匀，往往熔合线和热影响区是焊接区的薄弱环节，管道在循环载荷的作用下通常是在这些部位产生疲劳破

谱，由焊接接头材料疲劳试验得到的Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线，

然后给定目标可靠度，估算西气东输工程中所采用

Ｘ７０管线钢焊接区的疲劳寿命。

图６是Ｘ７０管线钢焊接区材料疲劳试验得到

的Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线。根据可研报告中预测的管道输气

３．４基于目标可靠度的疲劳寿命评估及设计寿命

坏，导致管道断裂失效。采用名义应力法，根据管线

输送天然气的调峰量及不均匀系数所产生的载荷

不均匀系数和调峰量，经过转换，得到内压的不均匀系数，进一步得到管道谱载荷，见图７。

图６

６×７０管线钢焊接区材料Ｐ—Ｓ－Ｎ曲线

图７管道应力谱

根据管道焊接区的可靠性疲劳寿命曲线和

Ｍｉｌｌｅｒ损伤定则［４］，可给出焊接管道焊接区疲劳寿

命的估算模型，基本步骤如下：①获得管道运行的应力谱（图７）；②根据名义载荷谱、焊趾的理论应力集

中系数，将名义载荷谱转换为焊趾部位的当量应力谱；③根据当量应力谱、焊接区的疲劳寿命曲线，按Ｍｉｎｅｒ定则计算疲劳累积损伤，同时略去等于和低于疲劳极限的当量应力，因为它们不造成疲劳损伤；

④当疲劳累积损伤值Ｄ达到１．０，即Ｄ一≥：两ｎｊ一

三一

置州ｉｉ

ｌ．０时，管道在焊趾部位开裂，将发生疲劳失效，便

可求得管道焊接区的疲劳寿命；⑤应用给定可靠性概率的焊接区材料疲劳寿命曲线，可得到指定可靠性概率的焊接管道疲劳寿命。

基于目标可靠度的管道疲劳寿命预测结果如下：对于一类地区的｛５１０１６ｍｍ×１４．６ｍｍ管

道，可靠性概率为９９．９％时，疲劳寿命大于设计寿命，在设计寿命３０ａ内不会发生疲劳失效；对

于二类地区的庐１０１６ｍｍ×１７．５ｍｍ管道，可靠性概率为９９．９９％时，其疲劳寿命大于设计寿命，

在设计寿命３０ａ内不会发生疲劳失效；对于三

级、四级地区声１０１６ｍｍ×２１ｍｍ和声１０１６ｍｍ×２６ｒａｍ管道，可靠性概率为９９．９９９％时，其疲劳

寿命均大于设计寿命，在设计寿命３０ａ内不会发

生疲劳失效。

４评价结论与建议

４．１评价结论

（１）可靠性评估结果表明，即使管道存在一定

概率的漏检缺陷，管道本身的可靠度可以满足要求；影响管道可靠度的主要因素是第三方损伤（主要是

人为打孔盗气）、活动断裂，滑坡、湿陷性黄土、泥石

流等地质灾害，以及土壤腐蚀。

（２）可靠性寿命预测结果表明，管道设计寿命３０ａ内不会发生疲劳破坏；若管道防腐层存在制造

缺陷或现场施工损伤缺陷，多数地段土壤腐蚀寿命低于３０ａ设计寿命，其中处在塔里木的管道，若发生

点腐蚀，９ａ就可腐蚀穿孔。所以，对这些地方的土

壤腐蚀防护尤其应该重视。

（１）人为打孔盗气是威胁管道安全的重要隐患，建议国家有关方面加强这一方面的立法，以杜绝

这一类损伤在西气东输管线上的发生。虽然目前国

内管道第三方损伤主要是人为盗气打孔，但国外有

关建筑施工、农民耕地等活动对管道造成的第三方损伤的报道很多，未来西气东输管线对这一类无意损伤也应重视。

（２）为了保证西气东输管线的安全可靠性，降

低管线运行风险，建议在管道设计中，对活动断裂和

滑坡、湿陷性黄土、泥石流等地质灾害要高度重视，

应采取相应的设防措施。

（３）建议不仅要在管线设计时选用抗老化、

附着力强等方面性能优良的防腐涂层和加强阴极保护措施，而且尤其要重视防腐层的建造和现场施工监理，避免防腐层存在制造缺陷和现场施

工损伤缺陷。

（４）本次腐蚀寿命评估未涉及内部介质腐蚀，未来输送的天然气被考虑为净化的干气。实

际运行中严格按照有关规范操作，保证输送气体质量达标。

参考文献：

［１］ＡＰＩ

ＲＰ５７９：２０００．Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｆｉｔｎｅｓｓ—

ｆｏｒ－ｓｅｒｖｉｃｅＦＳ］．

・

８７

・

４．２建议

城市埋地燃气管道的失效树建立

与风险评估

左尚志１。张峥２。钟群鹏２，陈钢１，陶雪荣１

（１．中国特种设备检测研究中心，北京１０００１３；２．北京航空航天大学，北京１０００８３）

摘要：依据失效分析理论，运用演绎法建立了城市埋地燃气管道失效树。通过最小割集和结构重要度

分析确定了城市埋地燃气管道失效的主要原因及其相对重要程度。在此基础上，建立了适合我国国情的城

市埋地燃气管道风险评估技术体系，包括管道区段的划分、失效可能性评分体系、失效后果评分体系和风险

等级划分。

关键词：城市埋地燃气管道；失效树分析；最小割集；结构重要度；风险评估；失效可能性；

中图分类号：ＴＥ８３２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１—４０１２（２００５）增刊

ｌ

概述

分类，层层分析，一直追溯到按照失效责任分类的失效原因，建立了包含５７个中间事件和８８个底事件、城市埋地燃气管道是城市燃气系统的输配部

深度为１８层的城市埋地燃气管道失效树，其前四层

分，是城市建设的重要基础设施之一。随着我国经的示意简图见图１。表１给出了图１中的顶事件和

济的高速发展，城市燃气已经得到普遍应用，２０００

中间事件。

年全国城市煤气供应总量已经达到１５２亿ｍ３，各类城市燃气管道总长度已经超过８９４７３ｋｍ［１’２］。随着３失效树的分析

城市燃气事业的发展，管网不断扩大和延伸，各种对

３．１最小割集分析

城市埋地燃气管道构成威胁的因素也越来越多，使

得埋地燃气管道发生泄漏、爆炸等事故的可能性大大增加。城市是人口集中、建筑密集的地区，一旦城

市燃气管道发生泄漏或爆炸都将造成惨重的人员伤

亡和巨大的财产损失，所以采取科学的管理技术加强城市燃气管道的监控与管理已成为保障现代城市安全的当务之急，失效分析和风险评估就是其中的

重要技术。

２失效树的建立

城市埋地燃气管道失效树的建立是其失效分析

的关键。城市埋地燃气管道是一个复杂的系统，笔

图ｌ城市埋地燃气管道失效树前四层示意图

者按照失效发生的速度、失效模式等失效原因进行

［２］ＤＮＶＲＰＦ１０１：１９９９。Ｃｏｒｒｏｄｅｄ

Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ［Ｓ］．

＆Ｐｉｐｉｎｇ，１９８８。３２：３—１０４．

［３］Ｍｉｌｎｅ

Ｉ．ＡｉｎｓｗｏｒｔｈＲＡ。Ｄｏｗｌｉｎｇ，ＡＲ．ｅｔａ１．Ａｓｓｅｓｓ—

［４］ＭｉｎｅｒＭＡ．Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ

ｄａｍａｇｅｉｎ

ｆａｔｉｇｕｅ［Ｊ］．Ｊ

Ａｐｐｌ

ｍｅｎｔｏｆｔｈｅＩｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＤｅｆｅｃｔｓ—Ｍｅｃｈ．１９４５。１２：Ａ１５９．

ＣＥＧＢＲｅｐｏｒｔ

Ｒ／Ｈ／Ｒ６一Ｒｅｖ．３［Ｊ］．Ｉｎｔ

ＪＰｒｅｓｓＶｅｓｓｅｌ

・

８８

・

西气东输管道安全评价

作者：作者单位：

赵新伟， 罗金恒， 董保胜， 陈宏达， 韩晓毅， 李鹤林， 杨龙

中国石油天然气集团公司管材研究所;中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室(西安)

1. 路民旭. 赵新伟. 罗金恒. 白真权 在役油气管道安全评估的实践与进展[会议论文]-2002

2. 林铭玉. 李又绿. 姚安林. 关惠平. 么惠全 输气管道环境及地质灾害风险评估模型研究[会议论文]-2009

3. 陈学锋. 于倩秀. Chen Xuefeng. Yu Qianxiu 油气长输管道安全评价方法--肯特法简介[期刊论文]-安全、健康和环境2006,6(3)4. 刘俊杰. 李志民. 卢志海. 陈全知 油气管道风险评价在安全评价中的应用[期刊论文]-油气田地面工程2003,22(1)5. 杨爱民. 王浩 黄土高原地区节水生态型淤地坝建设的若干理论问题[会议论文]-20046. 李敏 淤地坝安全与稳定的理论与实践[会议论文]-2005

7. 谭新平. 徐张建 陕北环境地质条件脆弱区黄土滑坡的勘察与治理[会议论文]-20078. 付明胜. 王建荣. 任怀泽 论坝系建设在改善流域水环境中的作用和地位[会议论文]-2006

9. 裴新富. 甘枝茂. 桑广书. 刘啸. 岳大鹏 黄土丘陵沟壑区坝地防洪保收有关技术研究[期刊论文]-干旱区资源与环境2004,18(2)10. 宋献方. 刘鑫. 夏军. 张学成 岔巴沟流域水循环与地下水形成研究[会议论文]-2007

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_5903308.aspx

西气东输管道安全评价

赵新伟，罗金恒。董保胜，陈宏达，韩晓毅。李鹤林，杨龙

（中国石油天然气集团公司管材研究所中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室，西安７１００６５）

摘要：西气东输管道安全评价是西气东输工程劳动安全卫生预评价的重要内容。基于ＦＡＤ技术，并引入可靠性理论，计算了管道的可靠度，分析了第三方损伤、地质灾害等外部因素对管道可靠度的影响。结

果表明，即使管道存在一定概率的漏检缺陷，管道本身的可靠度可以满足要求，影响管道可靠度的主要因素

是第三方损伤和地质灾害。评估了西气东输管线疲劳可靠性寿命扣腐蚀可靠性寿命。结果表明，管道设计

寿命３０年内不会发生疲劳破坏；若管道防腐层存在制造缺陷或现场施工损伤缺陷，多数地段土壤腐蚀寿命低于３０年设计寿命。根据评价结果，给管道设计和管道的维护提出了建议。

关键词：西气东输管道；可靠性评估；寿命预测

中图分类号：ＴＥ

９７３

文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４０１２（２００５）增刊

１

引言

程）劳动安全卫生监察规定》的要求，必须对西气东

输管道开展劳动安全卫生预评价工作。作为该工作

西气东输管线是我国目前造价最高、距离最长、

的重要组成部分，笔者评价了西气东输管道的可靠

输送压力最高、管径最大的输气管线，沿线地形地貌度，预测了管道的可靠性寿命，为西气东输管道设计复杂，尤其经过东部人口稠密区，一旦发生事故，不

和建成后的安全维护提供了重要科学依据和支持。

仅会造成巨大经济损失，而且会造成重大人员伤亡

和环境污染，其经济后果和社会后果都十分严重。

２西气东输管道可靠度评估

从西气东输管道服役的外部环境分析，管道存在许目前管道设计都是以静强度理论为基础的确定多潜在的威胁管道安全因素，包括：管道沿线经过沙性方法，即设计计算时材料性能、载荷等参数都是取土、粘土、盐碱地、水网地带等土壤条件，腐蚀环境复确定值，是偏于安全的设计思想。而实际上由于制

杂苛刻，未来管道会面临腐蚀危害；潜在的地质灾害

管质量的不均一、实际运行压力的波动以及地层移类型多，包括潜在活动断裂带、滑坡、滑塌、崩塌、泥动、地震、地层断裂等引起管道承受的意外载荷的不

石流、湿陷性黄土、冲沟等；另外，管道存在潜在的第

确定性，实际管道总存在一定的失效概率和可靠度。

三方破坏的可能性。从管道本身而言，不可避免地

通过西气东输管道的可靠度评估，确定管道的实际

存在建造缺陷，包括施工机械损伤、焊接缺陷等，这

可靠度和目标可靠度，并提出保证管道目标可靠度些缺陷会降低管道承载能力，而且在疲劳、应力腐蚀的合理化措施，对于管道设计和未来运行期间实施

等联合作用下，会影响管道可靠性和使用寿命。根

风险管理都具有重要指导意义。

据中华人民共和国原劳动部第３号令《建设项目（工２．１管道目标可靠度

表１管道目标可靠度

・

８２

・

通过国内外有关资料检索和调研，发现目前国际上对管道可靠度有两种分析方法：方法一是采用基于可靠性理论的计算方法；方法二是基于历史数据的分析预测方法。对应于上述两种管道可靠度分

析方法，国际上也就提出了两种不同形式的目标可靠度。表１列出了国际上一些组织和研究机构提出的，应用比较广泛的管道目标可靠度。在可靠度计算和分析第三方损伤及地质灾害因素影响中，我们分别借鉴了ＤＮＶ和加拿大Ｃ－ＦＥＲ提出的两种形式的管道目标可靠度，并以一类地区对应低风

险，二类地区对应中风险，三、四类地区对应高风险。

２．２管道可靠度计算２．２．１物理参量的概率分布

对宝鸡石油钢管厂、江汉石油管理局沙市钢管

厂、华北石油钢管厂、东北输油管理局辽阳钢管厂等

５个管厂试制的Ｘ７０声１０１６ｍｍ焊管材料性能进行测

试和统计分析，建立了材料性能的概率分布模型。屈服强度、抗拉强度、冲击韧性均拟合为正态分布，样本均值和偏差分别为：

母材屈服强度：卢＝５４２．８（ＭＰａ），口一１８．５７

（ＭＰａ）ｌ

母材抗拉强度：卢一６７３．８（ＭＰａ），叮＝２７．１７

（ＭＰａ）；

焊缝抗拉强度：卢一７２８．８（ＭＰａ），盯一１２．４２

（ＭＰａ）。

母材冲击功：卢＝２８４．５（Ｊ），ｄ＝７３．８５（Ｊ）；焊缝冲击功：卢＝１８１．７（Ｊ），盯＝４２．３９（Ｊ）；

热影响区冲击功：／１＝２５３．４（Ｊ），盯一４８．０９（Ｊ）。

管道在运行过程中，随着输送气景的变化，管道所承受的压力会发生波动。对于西气东输管道，未来的具体压力分布情况目前无法获得。参考其它输

气管道压力波动统计结果，压力分布满足正态分布，变异系数（ＣＯＶ）为１０％。当假设管道输送压力大

于１０ＭＰａ的概率为０．００１时，通过查正态分布表，

可以得到压力均值为ｐ＝７．６４ＭＰａ、标准偏差ｏ＝

０．７６４ＭＰａ。

对于超声检测方法，裂纹深度和长度的漏检概

率为如下。

裂纹深度：

Ｆｄ（口）＝ｌ

ａ＜ｏ．２

１

Ｉ

Ｆｄ（口）一１．ｏ一（ａ－－ａ１）０．２＜口＜ｌ｝（１）口２一口１Ｉ

Ｆｄ（ｎ）一０

ａ≥１Ｊ

裂纹长度：

Ｆｄ（ｃ）一１

ｃ≤０．５

］

Ｆｄ（ｆ）－１．卜（嚣）０．５《＜４｝（２）

Ｆｄ（ｆ）一０

ｃ≥４

』

漏检缺陷尺寸的概率分布：

黑三Ｆ￡等ｇ“（ｃ㈡

㈤

Ｐ（ｃ）一

Ｊ（ｃ）

）Ｊ

２．２．２

完整管道的可靠度计算

假设管道是完整的，不存在缺陷，采用应力一强

度干涉模型计算管道可靠度，结果见表２。计算结果表明，若管道不存在焊接缺陷，其本身可靠度满足

标准要求。

表２完整管道的可靠度计算结果

＊注：下标的数字表示在小数点后有多少个９。

２．２．３含漏检缺陷管道的可靠度计算结果

基于ＦＡＤ技术‘３｜，采用蒙特一卡罗方法，计算含漏检焊接缺陷的管道可靠度。蒙特卡罗模拟法计算

含缺陷管道失效概率和可靠度的具体的方法和步骤

如下。

（１）构造含缺陷管道的极限状态函数如下：ｇ（Ｌ，，Ｋ，）一（１—０．１４Ｌ，２）Ｅｏ．３＋０．７ｅｘｐ

（－－０．６５Ｌ：）］一Ｋ，＝ｏ

（４）

（２）确定断裂韧性、材料强度、缺陷尺寸、载荷等随机变量的概率密度函数ｆ（ｘ；）和概率分布函数

Ｆ（ｚｉ）。

（３）对每一个随机变量，在［ｏ，１］之间生成许多

均匀分布的随机数Ｆ（ｘｕ）：

ｆ～

Ｆ（ｘ“）一Ｊ

ｏ

ｆ（ｘｉ）ｄｘ；

（５）

式中：ｉ——变量个数，ｉ＝１，２，……，咒

Ｊ——模拟次数，歹一１，２，３，……Ｎ

对于给定的Ｆ（ｘ¨），可由上式解出相应的ｚｕ。

所以对于每个变量五，每模拟一次可得到一组随机

数（ｚｌｊ，ｚ２ｊ，Ｘ３＿『，…，ｚｎｊ）。

（４）将每次模拟得到的随机数代人式（４）中，计

算（Ｌ，，Ｋ，）值。

・

８３

・

（５）若ｈ（Ｌ，，Ｋ，）值小于零，计失效１次。（６）重复步骤（３）、（４）和（５），进行Ｎ次模拟，共计失效Ｍ次，则失效概率为：

的管道第三方损伤概率预测值低于允许最大允许失效概率１次／１０３ｋｍ・ａ外，其余区段内管道第三方损伤概率预测值都显著高于允许的最大失效概率

（６）

Ｐｆ—Ｍ／Ｎ

可靠度为：

Ｒ—ｌ—ｍ／Ｎ

（～类地区为１次／１０３ｋｍ－ａ，二类地区为０．１次／１０３ｋｍ・ａ，三、四类地区为１０－４次／１０３ｋｍ・ａ）。第三方损伤已成为影响管道安全可靠性最重要的因素之一，未来必须严格防范。

∞ｊ∞

（７）

含漏检缺陷管道的可靠度计算结果见表３。可靠度计算结果与目标可靠度对比可知，尽管管道不可避免存在一定概率的漏检缺陷，但其可靠度仍然可以满足要求。

表３含漏检缺陷的管道可靠度计算结果

虽

童∞

罄卜

塞ｍ

氅

∞

Ｈ

。目目ｌ。

ｍ

０

。座ｌ

Ｉ。。．。。…ｈ．。ｌ。．ｉ．。Ｉ｜ｌｌ融玎

ｌ

矗气车赫蕾卿嘶斑，ｔ牙

射一。

㈣｜１１．１…．１

扎

。

图１

第三方损伤造成的管道失效概率

预测结果

２．４管道沿线活动断裂和地质灾害对管道可靠度

２．３第三方破坏对管道可靠度的影响

的影响

２．４．１

第三方损伤是指人为偷油盗气造成的管道损

伤，以及管道沿线修筑道路、建筑施工、农民耕地等

活动引起的管道损伤。目前国际上对第三方损伤很

活动断裂对管道可靠性的影响

管道沿线的断裂带共有４７条，其中全新世以来（包括更新世晚期）活动的有２０条，有ｌｏ条与管道

重视，我国因第三方损伤引起管道发生事故的案例也有许多，而且呈不断上升趋势，在国内管道第三方

损伤主要是人为偷油盗气对管道造成的破坏。

相交（包括次级断裂带共有１５交点），有８条在百年

内可能发生错断地表的运动，它们是库尔勒北山山

前断裂、阿尔金断裂、阴洼山断裂、香山天一景山断裂带西、中两段、清水河断裂、罗山东麓断裂、霍山一大阳断裂带的大阳镇断裂与翟村一北帝断裂和浮山断

裂。表４列出了８个与管道相交的活动断裂发生频

在已调查的管线第三方损伤数据基础之上，结

合西气东输管线沿线各地管线长度、人口密度及社会经济环境等因素的调查，分析管道发生第三方损伤概率，结果见图１所示。显而易见，第三方损伤对管道可靠度影响显著，除了新疆境内，处在一类地区

率和可能引起管道断裂失效的概率预测结果。活动断裂发生频率是基于“西气东输（轮南一上海）工程管

表４活动断裂引起管道失效的概率

・８４・

道沿线主要断裂活动性评价报告”中给出的历史数据分析得来。从分析结果来看，在四类地区，活动断裂造成的管道失效概率超过目标可靠度允许的失效概率。对于处在四类地区的活动断裂，在管道设计

上必须设防。

２．４．２

管道沿线地质灾害对管道可靠度影响分析

西气东输管道沿线地质灾害包括滑坡、黄土滑塌及坍陷、崩塌、泥石流、煤矿采空区、湿陷性黄土、

冲沟等各种类型。根据“西气东输工程沿线地质灾

害调研报告”，上述滑地质灾害基本分布在管线的武威至郑州段，特别是在靖边至郑州最为集中。除煤矿采空区，由于目前深入到管线下面的两处采空区（新华矿和联营矿）煤层埋深大，对管线尚未构成危

害外，其它各种自然灾害对管线均有不同程度的危害。假设各种地质灾害为２０年一遇，根据各种自然

灾害对管线的危害程度，计算各种地质灾害引起管

道的失效概率，分析它们对管道可靠度的影响。分

析时以相邻两压气站之间为一评价单元。

评价单元的失效概率计算方法如下：

Ｐｆ＝Ｐ。／Ｌ

（８）

ｎ

ｍ

Ｐｏ＝∑∑ＮｉＸＦｄｉｊ

（９）

ｉ＝１

ｆ＝１

式中：Ｐ，——为管道失效概率，次／１０３ｋｍ・ａ

Ｐ。——为管道失效频率，次／ａＮ；——为地质灾害发生频率，次／ａ

Ｆｄ——为危害程度，严重取ｌ，较严重取０．７５，

中等取０．５，较轻取０．２５

Ｌ——为评价单元长度，即相邻压气站间距

离，１０３ｋｍ・ａ

卜一为地质灾害类型

．『——为ｉ灾害在评价单元内可能出现处数

图２是各种地质灾害为２０年一遇时，引起管道

失效的概率分析结果。从分析结果来看，地质灾害引起的管道失效的概率比较高，多数地段的可靠度

低于目标可靠度。管道设计上，必须对所有地质灾

毒

圈

墨善

嚣

圈

誓圈

ｉ豳叠

ｌ

圜豳謇

圈

■ｌ掰甘培蕾娜毫窭蚌嫱进域谴榔隶褂－薛山浮Ｌｌ卜博羹

圈

豳

ｌ嚣

豳爱

麓

瓣甘墉豳

傅量—拇ＪＨ

灾害分布位苴

图２地质灾害引志的管道失效概率计算结果

害采取设防措施。３

西气东输管道可靠性寿命评估

管道可靠性寿命评估是基于可靠性理论、腐蚀

理论、疲劳理论，给定管道的目标可靠度，评估管道服役寿命。上述工作的目的是在给定目标可靠度下，评估沿线四个地区内管道能否达到设计寿命，对未达不到设计寿命的区段，在分析影响管道服役寿

命因素的基础上，提出保证管道设计寿命的防护措

施。

３．１影响管道寿命的因素

国内外管道的失效原因统计分析表明腐蚀是引起管道失效的最主要原因。对于西气东输管道，未

来会加强天然气的脱硫、脱水，使气质达到输送标

准，可以避免内部介质的腐蚀。本次腐蚀寿命评估

主要考虑土壤腐蚀寿命。尽管目前国内输气管道发

生疲劳破坏的很少，但考虑到西气东输管线很长（约

４０００公里），沿线用户多，未来管道可能由于输气量

变化较大，导致压力波动可能比较大，因此疲劳破坏

也作为影响西气东输管道服役寿命的潜在因素。由

于管道焊缝附近应力集中，焊缝区组织和性能不均

匀，以及不可避免存在焊接缺陷，所以焊缝是发生疲

劳破坏的潜在危险部位。下面的疲劳寿命评估主要

针对管道焊缝来进行。

３．２管道沿线土壤腐蚀性评估

在“六五”和“七五”期间，全国土壤腐蚀试验网

站和石油系统土壤腐蚀试验网站，采用埋片失重法，

在全国大部分地区进行了系统的钢结构在土壤中的

腐蚀试验，得到我国不同地区的大量土壤腐蚀数据。这里尽可能引用其中距西气东输管道最近的腐蚀网

站的土壤腐蚀相关参数，进行沿线土壤腐蚀性评估。由于埋片时间较长，所以试验数据可靠，能够充分反

映出土壤的腐蚀特性。依据ＳＹ／Ｔ００８７—９５标准进行沿线土壤腐蚀性评估，结果见表５。为了便于

对比管道沿线土壤腐蚀性的相对强弱，简单定义土

壤腐蚀性强弱指数如下：极轻一ｌ、较轻一２、轻一３、

中一４、强一５。可以看出，西气东输管道除轮南首站

至库木塔沙堡段土壤腐蚀性较强外，其余管段沿线土壤腐蚀性相近，以轻和较轻为主。

３．３基于目标可靠度的管道土壤腐蚀寿命评估及

设计寿命校验

管道发生土壤腐蚀主要是由于①防腐层施工质

量差，存在制造缺陷；②现场施工时造成防腐层破

・

８５

・

损：③使用过程中防腐层发生老化、剥离，失去防腐功能。其中前两种情况在国内油气管道上最为普

遍。以下的土壤腐蚀寿命预测主要是针对防腐层存

在制造缺陷或损伤缺陷，金属直接暴露于土壤环境的情况而进行的。

基于可靠性的寿命预测技术思路如下：①调查

西气东输管道所经历的区域内土壤的腐蚀数据，经统计分析，建立腐蚀速率的概率分布模型；②确定管道土壤腐蚀的临界深度，包括腐蚀穿孔的临界深度和发生塑性失稳的临界深度；③计算不同服役时间下管道的可靠度（如图３所示）；④建立可靠度随时间变化曲线（图４所示）；⑤给定目标可靠度，确定土

壤腐蚀寿命，应考虑两种腐蚀寿命，即：点腐蚀穿孑Ｌ的寿命和大面积均匀腐蚀使壁厚减薄到剩余壁厚满

足不了承载要求，发生塑性失稳的时间。

表５

西气东输管道沿线土壤腐蚀性评估结果

霉篙然平／ｇ絮ｄｍ？ａ评估结果冀霎对应馘

。。。

号试验站名称

…

・

＿２・

指数

缺陷尺寸概女鑫ｍ度

缺陷尺寸缺陷尺寸

图３腐蚀管道失效概率随时间变化原理图

・

８６

・

时问Ｔ

图４失效概率和可靠度随时间变化曲线

≯≯零梦毋≯辱窖素霉毋毋

图５

管道点腐蚀寿命预测结果

西气东输管道腐蚀穿孔寿命预测结果如图５所示。寿命预测结果表明，若管道防腐层存在制造缺陷或现场施工损伤缺陷，多数地段土壤腐蚀寿命低

于３０ａ（年）设计寿命。为了保证在管道设计寿命内

不发生土壤腐蚀失效，不仅选择性能优良的防腐涂

层，而且要加强防腐层的建造和现场施工监理，避免

防腐层的制造缺陷和现场施工损伤缺陷。除次之

外，要加强管道的阴极保护措施。

校验

管道在输送天然气过程中，由于用户的用气量

是不断变化的，管道的输气量也处于变化的状态，管道所承受的压力是处于缓慢的波动状态，实际管道

将承受循环载荷的作用。因此，管道在服役过程可

能产生疲劳损伤，疲劳破坏也将成为威胁管道安全

的一个潜在的因素。对大口径的输气管线，目前大量使用焊接管道。在管道的焊接区，由于焊接金属

的重熔和焊接热的影响，焊接区金属的性能不均匀，往往熔合线和热影响区是焊接区的薄弱环节，管道在循环载荷的作用下通常是在这些部位产生疲劳破

谱，由焊接接头材料疲劳试验得到的Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线，

然后给定目标可靠度，估算西气东输工程中所采用

Ｘ７０管线钢焊接区的疲劳寿命。

图６是Ｘ７０管线钢焊接区材料疲劳试验得到

的Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线。根据可研报告中预测的管道输气

３．４基于目标可靠度的疲劳寿命评估及设计寿命

坏，导致管道断裂失效。采用名义应力法，根据管线

输送天然气的调峰量及不均匀系数所产生的载荷

不均匀系数和调峰量，经过转换，得到内压的不均匀系数，进一步得到管道谱载荷，见图７。

图６

６×７０管线钢焊接区材料Ｐ—Ｓ－Ｎ曲线

图７管道应力谱

根据管道焊接区的可靠性疲劳寿命曲线和

Ｍｉｌｌｅｒ损伤定则［４］，可给出焊接管道焊接区疲劳寿

命的估算模型，基本步骤如下：①获得管道运行的应力谱（图７）；②根据名义载荷谱、焊趾的理论应力集

中系数，将名义载荷谱转换为焊趾部位的当量应力谱；③根据当量应力谱、焊接区的疲劳寿命曲线，按Ｍｉｎｅｒ定则计算疲劳累积损伤，同时略去等于和低于疲劳极限的当量应力，因为它们不造成疲劳损伤；

④当疲劳累积损伤值Ｄ达到１．０，即Ｄ一≥：两ｎｊ一

三一

置州ｉｉ

ｌ．０时，管道在焊趾部位开裂，将发生疲劳失效，便

可求得管道焊接区的疲劳寿命；⑤应用给定可靠性概率的焊接区材料疲劳寿命曲线，可得到指定可靠性概率的焊接管道疲劳寿命。

基于目标可靠度的管道疲劳寿命预测结果如下：对于一类地区的｛５１０１６ｍｍ×１４．６ｍｍ管

道，可靠性概率为９９．９％时，疲劳寿命大于设计寿命，在设计寿命３０ａ内不会发生疲劳失效；对

于二类地区的庐１０１６ｍｍ×１７．５ｍｍ管道，可靠性概率为９９．９９％时，其疲劳寿命大于设计寿命，

在设计寿命３０ａ内不会发生疲劳失效；对于三

级、四级地区声１０１６ｍｍ×２１ｍｍ和声１０１６ｍｍ×２６ｒａｍ管道，可靠性概率为９９．９９９％时，其疲劳

寿命均大于设计寿命，在设计寿命３０ａ内不会发

生疲劳失效。

４评价结论与建议

４．１评价结论

（１）可靠性评估结果表明，即使管道存在一定

概率的漏检缺陷，管道本身的可靠度可以满足要求；影响管道可靠度的主要因素是第三方损伤（主要是

人为打孔盗气）、活动断裂，滑坡、湿陷性黄土、泥石

流等地质灾害，以及土壤腐蚀。

（２）可靠性寿命预测结果表明，管道设计寿命３０ａ内不会发生疲劳破坏；若管道防腐层存在制造

缺陷或现场施工损伤缺陷，多数地段土壤腐蚀寿命低于３０ａ设计寿命，其中处在塔里木的管道，若发生

点腐蚀，９ａ就可腐蚀穿孔。所以，对这些地方的土

壤腐蚀防护尤其应该重视。

（１）人为打孔盗气是威胁管道安全的重要隐患，建议国家有关方面加强这一方面的立法，以杜绝

这一类损伤在西气东输管线上的发生。虽然目前国

内管道第三方损伤主要是人为盗气打孔，但国外有

关建筑施工、农民耕地等活动对管道造成的第三方损伤的报道很多，未来西气东输管线对这一类无意损伤也应重视。

（２）为了保证西气东输管线的安全可靠性，降

低管线运行风险，建议在管道设计中，对活动断裂和

滑坡、湿陷性黄土、泥石流等地质灾害要高度重视，

应采取相应的设防措施。

（３）建议不仅要在管线设计时选用抗老化、

附着力强等方面性能优良的防腐涂层和加强阴极保护措施，而且尤其要重视防腐层的建造和现场施工监理，避免防腐层存在制造缺陷和现场施

工损伤缺陷。

（４）本次腐蚀寿命评估未涉及内部介质腐蚀，未来输送的天然气被考虑为净化的干气。实

际运行中严格按照有关规范操作，保证输送气体质量达标。

参考文献：

［１］ＡＰＩ

ＲＰ５７９：２０００．Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｆｉｔｎｅｓｓ—

ｆｏｒ－ｓｅｒｖｉｃｅＦＳ］．

・

８７

・

４．２建议

城市埋地燃气管道的失效树建立

与风险评估

左尚志１。张峥２。钟群鹏２，陈钢１，陶雪荣１

（１．中国特种设备检测研究中心，北京１０００１３；２．北京航空航天大学，北京１０００８３）

摘要：依据失效分析理论，运用演绎法建立了城市埋地燃气管道失效树。通过最小割集和结构重要度

分析确定了城市埋地燃气管道失效的主要原因及其相对重要程度。在此基础上，建立了适合我国国情的城

市埋地燃气管道风险评估技术体系，包括管道区段的划分、失效可能性评分体系、失效后果评分体系和风险

等级划分。

关键词：城市埋地燃气管道；失效树分析；最小割集；结构重要度；风险评估；失效可能性；

中图分类号：ＴＥ８３２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１—４０１２（２００５）增刊

ｌ

概述

分类，层层分析，一直追溯到按照失效责任分类的失效原因，建立了包含５７个中间事件和８８个底事件、城市埋地燃气管道是城市燃气系统的输配部

深度为１８层的城市埋地燃气管道失效树，其前四层

分，是城市建设的重要基础设施之一。随着我国经的示意简图见图１。表１给出了图１中的顶事件和

济的高速发展，城市燃气已经得到普遍应用，２０００

中间事件。

年全国城市煤气供应总量已经达到１５２亿ｍ３，各类城市燃气管道总长度已经超过８９４７３ｋｍ［１’２］。随着３失效树的分析

城市燃气事业的发展，管网不断扩大和延伸，各种对

３．１最小割集分析

城市埋地燃气管道构成威胁的因素也越来越多，使

得埋地燃气管道发生泄漏、爆炸等事故的可能性大大增加。城市是人口集中、建筑密集的地区，一旦城

市燃气管道发生泄漏或爆炸都将造成惨重的人员伤

亡和巨大的财产损失，所以采取科学的管理技术加强城市燃气管道的监控与管理已成为保障现代城市安全的当务之急，失效分析和风险评估就是其中的

重要技术。

２失效树的建立

城市埋地燃气管道失效树的建立是其失效分析

的关键。城市埋地燃气管道是一个复杂的系统，笔

图ｌ城市埋地燃气管道失效树前四层示意图

者按照失效发生的速度、失效模式等失效原因进行

［２］ＤＮＶＲＰＦ１０１：１９９９。Ｃｏｒｒｏｄｅｄ

Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ［Ｓ］．

＆Ｐｉｐｉｎｇ，１９８８。３２：３—１０４．

［３］Ｍｉｌｎｅ

Ｉ．ＡｉｎｓｗｏｒｔｈＲＡ。Ｄｏｗｌｉｎｇ，ＡＲ．ｅｔａ１．Ａｓｓｅｓｓ—

［４］ＭｉｎｅｒＭＡ．Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ

ｄａｍａｇｅｉｎ

ｆａｔｉｇｕｅ［Ｊ］．Ｊ

Ａｐｐｌ

ｍｅｎｔｏｆｔｈｅＩｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＤｅｆｅｃｔｓ—Ｍｅｃｈ．１９４５。１２：Ａ１５９．

ＣＥＧＢＲｅｐｏｒｔ

Ｒ／Ｈ／Ｒ６一Ｒｅｖ．３［Ｊ］．Ｉｎｔ

ＪＰｒｅｓｓＶｅｓｓｅｌ

・

８８

・

西气东输管道安全评价

作者：作者单位：

赵新伟， 罗金恒， 董保胜， 陈宏达， 韩晓毅， 李鹤林， 杨龙

中国石油天然气集团公司管材研究所;中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室(西安)

1. 路民旭. 赵新伟. 罗金恒. 白真权 在役油气管道安全评估的实践与进展[会议论文]-2002

2. 林铭玉. 李又绿. 姚安林. 关惠平. 么惠全 输气管道环境及地质灾害风险评估模型研究[会议论文]-2009

3. 陈学锋. 于倩秀. Chen Xuefeng. Yu Qianxiu 油气长输管道安全评价方法--肯特法简介[期刊论文]-安全、健康和环境2006,6(3)4. 刘俊杰. 李志民. 卢志海. 陈全知 油气管道风险评价在安全评价中的应用[期刊论文]-油气田地面工程2003,22(1)5. 杨爱民. 王浩 黄土高原地区节水生态型淤地坝建设的若干理论问题[会议论文]-20046. 李敏 淤地坝安全与稳定的理论与实践[会议论文]-2005

7. 谭新平. 徐张建 陕北环境地质条件脆弱区黄土滑坡的勘察与治理[会议论文]-20078. 付明胜. 王建荣. 任怀泽 论坝系建设在改善流域水环境中的作用和地位[会议论文]-2006

9. 裴新富. 甘枝茂. 桑广书. 刘啸. 岳大鹏 黄土丘陵沟壑区坝地防洪保收有关技术研究[期刊论文]-干旱区资源与环境2004,18(2)10. 宋献方. 刘鑫. 夏军. 张学成 岔巴沟流域水循环与地下水形成研究[会议论文]-2007

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_5903308.aspx