SY/T 7063-2016 海底管道风险评估推荐作法

ICS75.180.10
E94
备案号：53479—2016 SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T7063—2016
海底管道风险评估推荐作法
Recommended practice for risk assessment of submarine pipeline

2016一01一07发布 2016一06一01实施
国家能源局 发布

1总则
1.1概述
本标准介绍了一种基于风险的，针对意外事故外部荷载的管道保护评估方法。本标准给出了海管的抗损伤能力、可选择的保护措施和对损伤频率及后果的评估。此外，还介绍了管道的一些保护措施。
1.2目的
本标准的目的是为导致立管、管道、脐带缆上发生外部干涉的意外事件提供一个风险评估基本方法，并在管道保护要求方面给出指导。
本标准按照DNV-OS-F101《海底管道系统》(DNV2000)和DNV-OS-F201《金属立管》(DNV2000b)的要求和安全等级为立管和海管的保护设计提供指导。
1.3范围及应用
本标准主要针对吊机落物、船舶碰撞，对水下设施安全区范围内的立管和管道系统提供风险评估方法和必要的保护措施。对其他的一些活动，如抛错、水下作业、拖网等可能发生的意外事件也进行了讨论。如存在相关适用信息，将对特定值和计算程序进行推荐。如果没有可用的相关信息，将给出一个定性的方法。
本标准适用于以下两个情况：
a)确保所实施的控制和保护措施是可接受的；
b)对计划中的保护措施进行优化。
本标准中提到的所有一般频率，如落物频率，是基于英国北海设施操作中取得的经验值。这些频率一般不适用于世界其他海域。然而，一般的研究方法在世界各地都是适用的。
保护措施的接受标准应基于业主提供的涵盖人身安全、环境及经济的风险接受标准或DNV-OS-F101中给出的失效频率。
本标准中采用的风险评估方法仅适用于海上油田开发的管道。本标准不包括陆上油田开发中管道的常规第三方风险评估。

1.4总体考虑
当使用本标准时，注意以下儿点：
a)风险评价一般宜作保守考虑。
b)可能需要对可选择的保护措施进行重复评估。
c)经济标准常常是决定性的。
d)在每个项目中，风险宜保持在最低合理可行状态。
e)应着眼于风险全局，考虑设施的整体风险，海管、立管和脐带缆作为设施的一部分来考虑风险。
应意识到，安全经济的海管和脐带缆设计宜考虑成复杂系统的一部分，该系统还包括如下方面：
a)基盘设计和油田布置。

b)水下作业（钻井、完井、修井、维护）。
c)平台作业。
为达到海管/脐带缆最优的保护设计，宜进行全寿命周期系统功效评估。这意味着应尽早的识别并详细描述相关的界面及其与其他设计、活动和操作程序的交互影响。这样，考虑安装操作和经济性对整个系统优化，从而避免海管/脐带缆设计的分项优化。
其中，特别重要的方面如下：
a)水下井口：停止生产宜被降到最低，达到此目标的措施应优先考虑。关断会生成水合物或结蜡，进而影响海管系统。预期的修井工作内容和频率也宜考虑在内。
b)油田布置：考虑海管/海缆的长度来优化油田布置实际上应为分项优化。靠近水下井口或基盘的海管或海缆布置宜考虑钻井作业。在周定平台周围，最优的海管或海缆路由可在吊运活动少或没有的区域，从而使得保护要求降低。
c)对接廊带与钻井平台向的关系：海管对接廊带宜考虑钻井平台主导艏向和布方式。
对于水下并口，应在项目设计阶段对涉及同时作业的可能情况加以定义。
1.5界限
本标准仅包括海上立管、海管、脐带缆受到来自外部干涉/事件偶然荷载的风险评估。本标准适用的界限是（如图1所示）：
a)在固定平台或浮式平台，工作甲板以下。
b)在水下设施，至水下管汇的对接点。
上面的界限表明本标准涵盖水下设施的对接区域，直至外侧连接设备接头。对任何附近的保护结构要求宜遵守本标准。
水下生产系统的所有部分都应该满足本标准或其他标准的要求。水下设施的保护要求参考其他标准，如挪威石油.工业技术标准(N()RSOK1998)
本标准用于对立管、管道或脐带缆的风险评估，如没有更多的说明和验证，不宜在其他方面使用本标准的方法和资料。
此外，本标准只涵盖了源于外部意外事件的风险评估，因此它只是管道操作总风险的一部分。对于能够对管道操作产生影响的其他的风险，比如腐蚀、侵蚀、断裂等并没有考虑在内。

1.6术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
1.6.1
接受标准acceptance criteria
用来表达对于某项活动可接受的风险水平的标准。
1.6.2
后果consequence
描述了一次意外事件的结果。后果通常用人身安全、环境影响和经济损失进行评估。
1.6.3
后果等级consequence ranking
用来描述一个后果的严重程度。后果等级排序从1（次要的、无关紧要的）到5（主要的、灾难性的）。

1.6.4
条件概率conditional probability
一个事件在另一个事件已经发生的条件下发生的概率。
1.6.5
DNV Det Norske reritas
挪威船级社。
1.6.6
损伤damage
管道损伤分为三类，轻微的、中等的和重大的。损伤类别是频率计算和后果评估的基础。损伤分类在第4章给出。
1.6.7
频率frequency
用来描述一个事件在单位时间发生的可能性。
1.6.8
频率等级frequence ranking
用来描述一个事件的频率。频率等级排序是从1（低）到5（高）。
1.6.9
平台platform
指的是一个永久的设施，如混凝土重力基础结构(GBS)、钢制导管架、张力腿平台(TLP)、浮式生产系统(FPU)等。
1.6.10
钻井平台rig
指的是一个临时设施，如海上移动式钻井平台。

1.6.11
风险risk
对一次意外事件的频率（概率）和后果的乘积的描述。
2方法
2.1概述
在进行风险评估之前，操作者应定义活动安全性目标和风险接受标准。
任何风险评估的基础都依赖于全面的系统描述。系统描述通常用来识别影响管道和脐带缆的潜在风险。风险评估过程中需对已识别的风险进行评估。
本章将描述风险评估程序的上述方面，如图2所示。

2.2安全目标
根据DNV-(0S-F101中2.2的要求，出于安全管理目的，操作者应定义安全目标以避免发生意外事件或能够在意外事件中幸存。
2.3接受标准
为了评估事故风险是否可以接受，要有一个接受标准。接受标准中应规定人身安全、环境和经济性的风险可接受范围。操作者应在风险评估之前定义接受标准。当考虑多条管道时，接受标准宜反映全部管道的整体风险水平。
接受标准应与定义的活动安全目标一致。作为可选项，DNV-0S-F101第2章给出的结构失效概率要求可作为接受标准，在这种情况下，无需对事件后果进行评估，只需建立失效频率即可。需注意的是本文件适用于单条管道，如果是多条管道宜每条管道单独分析。
注：假设已考虑了海管不同位置之间的偶然荷载相关性，可以对DNV-OS-F101第2章表格2-5中给出的可
接受的结构失效概率进行修正，即转变为一个每千米失效概率。
对于动态金属立管，应遵循DNV-(OS-F201的规定。
接受标准反映了一定时期内风险分布的可接受范围。对于一个平台，平台活动假定是一个连续的过程，贯穿整年，因此一整年通常成为风险评估的基础。当钻井和修井工作持续不满一年时，应采用等效的年风险值进行评估。建立人身安全和环境影响的风险接受标准时，应考虑该风险为平台、钻井平台或整个油田的总体风险中的一部分。

2.4系统描述
风险评估之前，宜准备一个完整的系统描述。描述要涵盖整个管道/脐带缆的生命周期，至少宜考虑如下要求：
a)潜在影响管道/脐带缆完整性的活动（参见第3章）：
1)平台或钻井平台的吊机操作；
2)渔业（底拖网式捕鱼）；
3)本区域或附近区域内供给船和海上交通；
4)水下作业（例如同时作业、像钻井、完井和修井）；
5)其他（已计划的施工作业等）。
b)管道/脐带缆的物理特性（参见第4章）：
1)类型（钢管、软管或脐带缆）；
2)直径、壁厚、涂层厚度；
3)材料（钢材和涂层）；
4)施工细节（连接器、鹅颈等）；
5)介质（天然气、油、凝析油、水等）。
c)缓解方法（参见第4章和2.7）：
1)保护；
2)路由选择；
3)程序。

2.5风险识别
对于可能造成管道和脐带缆损坏的潜在危险，应基于区域内活动可获得的信息进行识别，参见
2.4。危险识别宜系统地识别所有外部意外事故情况和可能的结果。表1列出了一些可能造成立管、管道和脐带缆损坏的典型的危险。风险的初始原因、对人身安全、对环境的影响和经济损失的后果没
有列在此表中。对其他适用的事件，也宜包括在内。
管道和脐带缆安装过程中发生的意外事故通过阻止其发生通常是不可行的。拟定作业计划和程序时宜特别考虑到降低此类事故发生的风险。
路由通过已知渔业区的管道宜进行抗拖网设计。海底管道抗拖网设计宜依照DNV指南13《拖网渔具和管道的相互作用》(DNV,1997)。如果管道设计在所有阶段，如临时的和永久的阶段，都考虑了抗拖网问题，那么由于拖网导致的风险可以忽略。
2.6风险评估
最初的意外事故（例如集装箱坠落）可能演变成最终事故（例如冲击管道）。通常，风险评估由最终事故发生频率评估和最终事故产生后果评估组成。

3活动描述
3.1平台/钻井平台
3.1.1吊装活动
需提供以下吊装活动的信息用于落物计算的输入条件，参见5.2。
3.1.1.1物体分类
吊装活动的描述宜包括如下吊装物体（如适用）：
a)在补给船与平台/钻井平台之间；
b)在平台/钻井平台与水下设施之间；
c)在平台内吊装，但有物体坠落海中的可能。
宜收集所有相关操作的吊装活动信息，如平台的正常操作以及水下设施的钻井、完井等操作。
所有在裸露管道或脐带缆上方或附近执行的吊装作业，只要有可能产生坠落入海荷载，均应包括在内。为了估计落物的偏移和冲击能量，物体清单宜尽可能详细地包括大小和重量，见5.2。宜包括一个有代表性的时段内的所有吊装活动。如果没有更详细的信息，表3中的物体分类信息可以用来建立荷载数据。

3.1.1.2吊装频率
应确定已识别的物体的吊装频率。吊装频率宜包括在一个时间周期内的所有活动。
3.1.1.3吊机信息
一个典型的平台有一至四台吊机，而一个典型的钻井平台有两台吊机。吊机的信息宜考虑如下：
a)吊机的位置，对于井架和一般的吊机（注意一些吊机落物可能不会触及立管/海管）。
b)吊机操作半径和能力，包括限制的操作区域。
c)专门供给船卸料位置。
d)平台特定的方面（如一台吊机通常只用于起吊食品集装箱）。

4管道和保护能力
4.1总则
有两种典型偶然荷载能导致立管、海管和脐带缆发生损伤：即冲击力（如落物引起）和拖拽、钩挂力（如渔网拖拽和拉锚）。
冲击过程是一种非常复杂的动态的非线性作用机制，涉及大量参数。简言之，立管、海管及脐带缆的响应（如损伤）是局部的，涉及壁厚、涂层厚度等重要参数。
保守考虑，本标准中给出的管道和涂层的抗破坏吸收能力假定为吸收来自冲击物体的所有有效动能。然而，如果特别说明，冲击物自身的吸收能量或者土壤中消耗的能量也可予以考虑。
注：本文件是保守作法。事实发现，对于小管径的海管和软土条件，管壁上仅吸收50%~60%的冲击动能。再者，对于“非刚性”物体，如集装箱，相当多的冲击动能被自身吸收，而不会传递到海管上。
拖拽和钩挂情况表现为整体弯曲行为，海管或脐带缆的弯曲刚度非常重要。
海管、脐带缆的抗冲击能力和典型保护措施在本条中将分别陈述。典型海管失效模式为管壁/脐带缆壁的凹陷和穿孔（对冲击荷载）、过度弯曲（对拖拽荷载）。失效模式将依据损伤程度（如D1至D3)和泄漏程度（如R)至R2)更进一步分类。如下章节将描述失效等级。
管道抵抗冲击、拖拽和钩挂荷载的能力由管道局部儿何参数（管材尺寸和强度）和荷载特性（如冲击能量和物体能量吸收能力)决定。在事故发生前，荷载的实际信息是无法获得的，因此对抵抗能力的评估宜保守考虑。下述的能量吸收能力模型，描述了能量吸收能力的平均值，仅可用于风险评估。该模型不宜用于设计目的，除非使用包括安全系数的特征下限模型，并且有进一步的文件证明其可行。
注：对于抗拖网保护设计，宜使用DNV指南13《拖网渔具和管道的相互作用》(1997)给出的抗拖网能力计算公式，该方法考虑了拖曳网板的形状。

4.2损伤等级分类
管道材质损伤等级见如下分类：
a)轻微损伤(D1):损伤程度既不需要修复，也没有导致碳氢化合物泄漏。
钢管壁上小的凹陷，例如小于5%管径的凹陷，对于管道运营通常不会即刻产生影响。该界限值会发生变化，因此需要对每根管子进行评定。然而值得注意的是，当损伤发生时，需要进行监测和技术评定，以确保管道结构完整性。
轻微损伤对于柔性管和脐带缆，不需要进行修复。
其他对于涂层和阳极块的局部损伤通常也不需要进行修复。
b)中等损伤(D2):损伤需要修复，但未导致碳氢化合物泄漏。
如果凹陷限制了内部检测（如凹陷大于5%的碳钢管管径），则通常需要进行修复。
海水进入柔性管和脐带缆将导致腐蚀失效。如果能证明海管的结构完整性，海管和脐带缆能继续运营，其修复可延期。

投稿会员：芳华