摘要:统计了英国1962-2021年(59年)管道线路的失效事件。统计的管道总里程为23576公里,其中92.5%为天然气管道。记录了206起管道意外泄漏事件,其中9起(4.4%)起火。管道总体失效频率为0.197起事件每1000公里年, 近5年(2017-2021年)为每1000公里每年发生0.076起事件。外腐蚀、外部干扰/第三方施工、环焊缝缺陷为排名前3的原因,累计占比60.2%。管道泄漏发现途径占比排名第1的是公众,其次为现场承包商,然后是地面巡线,接下来是外检测和内检测。
1.数据来源与统计范围
本文数据来源于英国陆上管道运营商协会(UKOPA)的管道失效数据库介质泄漏事件和失效报告(1962-2021,2023年8月发布)。
此报告给出了由国家管网(英国)、壳牌(Shell)等公司运营的陆上管道发生的较大事件(MAHP)数据,数据截至2021年底。MAHP定义按照1996年英国法律《管道安全条例》确定,主要针对操作压力高于0.8MPa的管道。
统计范围如下:
1.数据覆盖1962年至2021年的管道意外泄漏事件;
2.管道意外泄漏发生在公共区域,不包括发生在设施厂界/场界内的事件;
3.不包括与管道本体无关的设备失效(如阀门或压缩机的泄漏)。
2.管道统计
2.1管道里程统计
截至2021年底,参与管道失效数据报告/共享的管道企业运营的管道总里程为23576公里。与2020年相比,管道总长度略有减少(2020年为23653公里)。
而1952至2021年底,历年管道暴露值增长如下图(暴露值为各管道服役年限与其里程乘积的累加)。
图1:1952至2021年管道暴露值
2.2输送介质统计
2021年底按输送介质分类统计的管道里程见下表1。
表1 按输送介质的管道分类统计
产品 | 长度(km) | 百分比 |
天然气(干气) | 21819.48 | 92.5 |
乙烯 | 1140.89 | 4.8 |
液化天然气 | 251.00 | 1.1 |
原油 | 212.60 | 0.9 |
乙烷 | 38.10 | 0.2 |
丙烯 | 37.00 | 0.2 |
凝析油 | 24.00 | 0.1 |
丙烷 | 19.50 | 0.1 |
丁烷 | 19.50 | 0.1 |
氢气 | 14.14 | 0.1 |
合计 | 23576 | 100 |
3.管道泄漏事件数据
3.1 1962年至2021年事件总数
在1962年至2021年期间,共记录了206起管道意外泄漏事件。在1962年以前没有管道意外泄漏记录。历年发生事件数量如下图2所示。从图中可以看出1984年发生管道意外泄漏事件 多,达到了14起。近10年来较少,均不超过5起。
图2:自1962年以来每年发生的管道意外泄漏事件
图3:自1962年以来的管道意外泄漏事件累计情况
3.2事件起火统计
206起管道意外泄漏事件中只有9起(4.4%)起火,见下表2。
表2:管道意外泄漏中起火事件
受影响部位 | 失效原因 | 泄漏孔径 | 年份 |
管道 | 管道缺陷 | 0-6mm | 1963 |
弯管 | 内腐蚀 | 0-6mm | 1969 |
管道 | 环焊缝缺陷 | 6-20mm | 1970 |
弯管 | 管道缺陷 | 6-20mm | 1971 |
管道 | 未知 | 6-20mm | 1972 |
管道 | 地面运动/地质灾害 | 全孔破裂 | 1984 |
管道 | 其他 | 40-110 mm | 1991 |
管道 | 焊缝缺陷 | 0-6mm | 1994 |
管道 | 雷击 | 0-6mm | 1998 |
3.3事件频率
到2021年年底,每5年发生的事件数量及发生频率见下表3。
表3:每5年的突发事件频率
周期 | 事件数量 | 总暴露值(km·yr) | 频率 (每1000km·yr) |
< 1962 | 0 | 3,740 | 0.000 |
1962 - 1966 | 7 | 12,245 | 0.572 |
1967 - 1971 | 29 | 40,942 | 0.708 |
1972 - 1976 | 19 | 65,961 | 0.288 |
1977 - 1981 | 29 | 80,055 | 0.362 |
1982 - 1986 | 44 | 88,689 | 0.496 |
1987 - 1991 | 27 | 93,951 | 0.287 |
1992 - 1996 | 6 | 100,593 | 0.060 |
1997 - 2001 | 12 | 103,830 | 0.116 |
2002 - 2002 | 3 | 110,457 | 0.027 |
2007 - 2011 | 11 | 111,460 | 0.099 |
2012 - 2016 | 10 | 115,430 | 0.087 |
2016 - 2021 | 9 | 118,397 | 0.076 |
合计 | 206 | 1,045,750 | 0.197 |
1962年至2021年期间,按泄漏孔径大小划分的总体事件频率如表4所示。
表4:孔径大小的事件数量及发生频率
等效孔径(mm) | 事件数量 | 频率(每1000 km·yr) |
全孔径及以上 | 6 | 0.006 |
110mm-全孔径 | 2 | 0.002 |
40 – 110 mm | 9 | 0.009 |
20 – 40 mm | 24 | 0.023 |
6 – 20 mm | 30 | 0.029 |
0 – 6 mm | 135 | 0.129 |
合计 | 206 | 0.197 |
过去20年(2002年至2021年)的总暴露值为455,744公里年,由此得出的事件频率如表5所示。
等效孔径尺寸(mm) | 事件数量 | 频率(每1000 km·yr) |
全孔径及以上 | 0 | 0.000 |
110mm-全孔径 | 0 | 0.000 |
40 – 110 mm | 1 | 0.002 |
20 – 40 mm | 4 | 0.009 |
6 – 20 mm | 3 | 0.007 |
0 – 6 mm | 25 | 0.055 |
合计 | 33 | 0.072 |
过去20年(2002-2021年)的失效频率为每1000公里年0.072起事件, 近5年(2017-2021年)为每1000公里年0.076起事件。
在1962-2021年期间的总体失效频率为0.197起事件每1000公里年。该失效频率的变化如下图4所示。
图4:总体失效频率和5年平均失效频率的变化
置信区间考虑了不确定性。对于一个特定的置信水平(e.g.95%),暴露值越大,置信区间就越窄。换句话说,随着获得更多的操作经验,不确定性就会减少。管道失效是一些离散的事件,它们往往会随机发生,并且相互独立。因此,为了计算置信区间,假设失效数据遵循泊松分布。图5显示了95%的置信区间,图6显示了5年平均失效频率的置信区间。
图5显示,整个期间的总失效频率为0.197(+/-0.027)次/1000公里年,图6显示,2017-2021年的5年平均失效频率为0.076(+/-0.051)次/1000公里年。
图5:具有95%置信区间的总体管道失效频率
图6:具有95%置信区间的5年平均管道失效频率
3.4泄漏原因
管道意外泄漏事件的引发原因如图7所示,原因分类统计数量见表6。可以看出外腐蚀、外部干扰/第三方施工、环焊缝缺陷为排名前3的原因,累计占比60.2%。
图7:历年失效原因分类统计
表6:失效原因分类统计
事件原因 | 事件数量 | 占比% |
外腐蚀 | 42 | 20.4 |
外部干扰/第三方施工 | 44 | 21.4 |
环焊缝缺陷 | 38 | 18.4 |
地面运动/地质灾害 | 7 | 3.4 |
内腐蚀 | 2 | 1.0 |
内部应力腐蚀开裂 | 30 | 14.6 |
雷击 | 1 | 0.5 |
建设期施工损伤 | 1 | 0.5 |
管体缺陷 | 13 | 6.3 |
管体焊缝缺陷 | 3 | 1.5 |
其他 | 16 | 7.8 |
未知 | 9 | 4.4 |
合计 | 206 | 100 |
失效原因的总体分类统计近5年分类统计数据如下:
图8:失效原因的总体分类统计近5年分类统计
3.5泄漏孔径
失效原因与泄漏孔径的关联统计如下图。可以看出外腐蚀主要引起0~6mm的小孔泄漏,第三方损坏主要引起20~40mm的中孔泄漏。
图9:失效原因与泄漏孔径的关联统计
3.6环焊缝失效分析
环焊缝缺陷占比排第3,38起都发生在1985年以前建设的管道上。在1972年之后随着焊缝检测与质量控制流程的改进,及内检测检出能力的提升,环焊缝失效陡降。
图10:历年环焊缝失效统计
3.7第三方损坏失效分析
不同管径、壁厚的管道发生第三方损坏的频率不同,统计如下。大口径、大壁厚管道失效频率明显低很多,当然这也可能与大口径、大壁厚管道的样本总量的占比有关。
图11:不同管径的管道发生第三方损坏的频率
图12:不同壁厚的管道发生第三方损坏的频率
下图为第三方损坏发生的位置,分为城市、农村和郊区。由于郊区为快速发展建设区域,施工较多,所以第三方损坏失效频率较高。
图13:第三方损坏发生的位置
3.8外腐蚀失效分析
管道外腐蚀失效频率与管道建设年份的关联分析如下图。老管道腐蚀问题严重。
图14:管道外腐蚀失效频率与管道建设年份的关联分析图
4失效发现途径
发现管道泄漏的途径统计如下。除未知外,排名第1的是公众,其次为现场承包商,然后是地面巡线,接下来是外检测和内检测。
图15:发现管道泄漏的途径统计
河北大学智慧油气管道研究所
高佳兴、张华兵翻译整理
2024年12月30日
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