天然气管网系统可靠性评价指标研究

天然气管网系统可靠性评价指标研究

刘亮

贵州乌江新能源开发有限责任公司贵州省贵阳市550002

摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。天然气作为清洁的化石能源已经广泛应用于现代化建设当中，其需求量迅猛增长。天然气管网作为连接上游气源和下游市场的生命线，在国民经济和能源安全领域具有重要作用和意义。因此，确保供气管网系统安全可靠至关重要。本文就天然气管网系统可靠性评价指标展开探讨。

关键词：天然气管网系统；可靠性指标；供气可靠性

1可靠性指标

天然气管网系统可靠性指标是开展天然气管网系统可靠性评价的前提，也是后期实行可靠性管理的基础。可靠性指标体系的应用对象分为系统和单元两方面，其中系统包括管网、管道、站场3个层级，单元则包括管段、压缩机组、阀门、工艺管道、储气库、LNG接收站、资源及市场等各级系统的主要组成要素。结合天然气管道生产实际，管网系统的可靠性指标应至少包含以下3类：狭义的可靠性类，反映系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；健壮性类，反映系统抗干扰能力；维修性类，反映系统发生故障后通过修复，从而恢复正常工作能力。可靠性指标体系的不同应用对象由于各自不同特点，可能适用上述3类指标中的2种或3种，如管网系统只涉及可靠性及健壮性两类指标，管道、站场系统以及一般设备单元泽可适用全部类别指标。（图1）

图1天然气管网系统可靠性指标分类示意图

对每个对象的广义各类可靠性指标而言，考虑到其多项指标间的逻辑计算关系及管理的需要，需将每类指标划分为基本指标、中间指标、综合指标3个层次（图2）。其中，基本指标为可在现场直接测量或能够利用基本参数简单计算而获得的指标；中间指标是能够反映对象某项特定性能，并能利用若干基本指标计算而获得的指标；综合指标则是狭义的可靠性类/维修性类/健壮性类的综合性能指标。一般而言，基本指标和中间指标数量不限，而综合指标数量较少，一般为1。此外，根据天然气管道管理需要，某些对象还可设置附属指标，其虽然不参与基本指标、中间指标及综合指标的计算，但可以从不同角度反映对象可靠性（狭义）、维修性及健壮性方面的能力，属于常用管理指标。在确立天然气管网系统可靠性具体指标时，要遵循以下3个原则：①能够准确反映出对象的性能，指标具体含义精准、无异议；②尽量不使用需要现场打分或专家咨询等主观手段获取分值的指标；③确保指标计算所需基础数据能够通过统计或现场检测的方法获取，否则该指标不能有效使用。

图2天然气管网系统可靠性（广义）指标分层示意图

2管网系统水力可靠性评价指标

天然气管网水力可靠性是指系统在规定时间和条件下，完成规定的供气任务的能力，用于对系统的供气能力进行评价。采用输出可用度AT、载流可用度Ao以及时刻t水平c的可用度Ac(t)等指标对油气生产运输系统的水力可靠性进行评价。

3供气可靠度

供气可靠度指管网系统在规定条件和时间内，完成规定供气任务的概率。系统平均供气不足时间SAIDI指在给定时间和规定条件下，管网系统因各类原因导致的不能满足供气任务的时间均值。系统平均供气不足频率SAIFI指在给定时间和规定条件下，管网系统因各类原因造成下游用户缺气的平均次数。具体表达式为:

4天然气管道行业的可靠性评价方法

天然气管道的可靠性是指在规定时间内，系统按照规定运行条件完成规定输送任务的能力。考虑到天然气管道的任务输量及最大承压等因素，相对原油管道，天然气管道系统的冗余度较小，且用户需求多样，管道的局部失效就可能引发大面积连锁事故的发生。限于此，天然气管道系统对管体结构安全性和供气保障能力都有较高的要求。中国工程院院士黄维和率先提出了天然气管道系统可靠性的概念，并对系统可靠性的评价方法和管理框架进行了初步设计。

对于单条天然气管道系统的可靠性分析，重点在于管体结构可靠，在统计学方法的基础上明确各管道之间的逻辑关系，为天然气管网系统的可靠性分析奠定基础。而对于天然气管网系统的可靠性管理，需综合系统工程理论和现代物流理论的研究方法，统筹规划各子系统的可靠性历史结果，运用统计和概率的方法反映管网系统的可靠程度。天然气管道系统可靠的基本要求为保障运行安全，因而对于可靠性的研究也应以满足需求侧的供应要求作为评价标准，在保障管体结构安全的前提下实现自身功能。目前，可将天然气管道可靠性评价方法分为结构可靠性和供气可靠性两类，以实现“全方位、全生命周期”的科学管理，保障管道系统安全高效地运行。

结语

对于天然气管网系统可靠性的研究仍需从以下两大方面进行突破。一是对管网系统可靠性计算所需要的数据库和知识库的建立，该知识库包括单元故障失效知识库、仿真知识库以及市场需求知识库等，其能为管网系统可靠性研究提供数据和知识支撑；另一方面就是管网系统水力和供气可靠性计算模型和算法的建立和完善。油气管网是复杂、开放、大型系统，除受管道系统多因素、多单元可靠度影响外，用户在不同时间和任务条件下受介质流量、压力、温度等多因素耦合影响，使其可靠性计算成为难题。此外，管网机械可靠性、水力可靠性以及供气可靠性均可以由多个评价指标进行表征，如何对这些指标进行综合考虑，或确定各指标的权重，以满足实际工程需求，也是需要攻克的难题之一。

参考文献

[1]黄维和.大型天然气管网系统可靠性[J].石油学报,2015.

[2]温凯.天然气管道可靠性的计算方法[J].油气储运,2016.