SYT 7063-2016 海底管道风险评估推荐作法.pdf

意外事件的频率（概率）和后果的乘积的描述

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

电力弱电施工组织设计图2管道保护评估过程

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

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。

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发生频率可以是以下任一情况： a）根据已有的详细数据计算（如吊机落物）。 b）基于工程判断和操作者经验估算等。 发生频率从1（低频率）到5（高频率）排序。 相似的，发生后果也通过计算或者估算得到，从1（低的、不严重的后果）到5（高的、严重的 后果）排序。 在本标准中，最终事件分为不同损伤等级［即轻微的（D1），中等的（D2）和重大的（D3)， 参见4.2，这个分类是将后果划分为5个不同等级的基础。每一个相关的损伤等级都应建立事件频率 等级和后果等级，用于得出每种损伤等级的风险。 通过在风险矩阵表中绘制出事故频率和事故后果来进行风险评估。风险评估简要描述如图3所 示。附录A详细描述了落物事件的风险评估过程。在第5章和第6章分别对频率等级和后果等级给 出了进一步的详细描述。 即使对事故详细认知的水平存在差异，通过风险矩阵方法能够有效的对比不同事故的风险等级。 对于一些独立的操作，本文提到的风险评估方法不适用。这些操作，例如吊装新模块的大型吊装 操作都是独立的关键操作。风险评估方法不适用这些独立操作是因为，由于经验限制，得到合理的事 件发生频率评估数据是非常困难的。对于这类关键操作可以应用危险与可操作性分析（HAZOP）、 失效模式效果分析（FMEA）或者其他相关方法。这些方法可以用来识别操作中的危险状况以及会引 发或加重危险状况的可能设备失效，并且确保提供有效的补救措施。值得注意的是，对这类最坏状况

图3风险评估过程示意

【仅为示意图，实际的可接受限度应由操作者提供】

的事件进行评估时，一般仅能发现事件的后果，而无法得到相应的频率。 如果风险评估中涉及的任何相关的风险参数发生变化，比如事件等级、设计、参数、操作程序发 生了变化，宜更新风险评估结果来反映此变化。 图3中，ALARP（最低合理可行）标示区域的风险是可接受的，但仍宜进一步进行成本效益评 估以降低风险

如果评估出的风险结果超出了相关接受标准，那么风险降低可以通过下面方法实现： a）降低事件频率。 b）降低事件后果。 c）以上两种组合。 表2给出了一些风险降低的方法。5.4.5给出了船舶碰撞情况中其他的一些风险降低方法。 在每一个工程中，风险宜保持在最低合理可行状态。这意味着即便是风险在可接受范围内也宜采 用一些低成本的风险降低方法。频率降低方法应优先于后果降低方法。 为了评估风险降低方法的经济效益，应执行成本效益评估。成本效益值（CBV）是采取额外方 法产生的成本（△Cost）与降低的风险（△Risk）之间的比值。一个成本有效的方案给出的CBV值小 于1。

「以通过公式（2）计算：

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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。

作为5.7计算拖锚的输入信息，宜收集钻井平台抛锚活动的以下详细信息： a）抛锚程序 b）锚落点区和最终的位置等。 锚的类型（锚、锚链和缆绳的尺寸） d）为达到错抓力所需的错贯人深度和拖动的距离

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

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。

管道材质损伤等级见如下分类： 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 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 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。 当管道运营要求频繁通球时，宜对海管进行特殊考虑。对于这样的管道，大的凹陷将限制 通球，使其停产，尽管没有导致碳氢化合物泄漏，这样的损伤宜定性为重大损伤D3，而不 是中等损伤D2。 C） 重大损伤（D3）：损伤导致碳氢化合物或水等的泄漏， 如果管道被穿孔或者导致断裂，管道必须立即停产进行修理，受损部分必须移除替换。 如果损伤导致碳氢化合物泄漏，即重大损伤D3，泄漏程度可划分如下： 1）无泄漏（R0）：没有泄漏； 2） 小量泄漏（R1）：泄漏来自管壁上的小孔或中孔（孔径小于80mm）。管道将泄漏少量的 输送介质，由压力降低和外观检查监测到： 3）大量泄漏（R2）：泄漏来自断裂的海管。完全断裂将导致海管输送介质整体泄漏，直至 管道被隔离处理。 管道损伤等级分类用于经济评估，而泄漏等级用于人身安全和环境影响的风险评估。不同失效等 取决于管道类型（如钢管、柔性管等）和保护形式

E= 16()*· m,·(β)*·D ·()

式中： m, 管壁全塑性抗弯承载能力（m，=0.25·のy·t）； 一钢管变形，凹陷深度； t——名义壁厚； 6——屈服应力； D—钢管外径。 公式（3）基于垂直作用于海管的刃口荷载建立，且假定致使管道发生凹陷的物体覆盖整个管道 横截面，如图4所示。保守考虑，忽略管道内压的作用。 详细吸收能量评价可借助有限元分析获得。然而，有限元分析需要有详细的冲击物几何信息。 高速冲击或局部小而尖锐的物体冲击，可导致穿透管壁产生泄漏的失效模式。泄漏或整体断裂的 可能性作为一个渐变的条件概率进行考虑，其发生的概率随冲击能量的增加而增加。 表4列出了裸管的损伤等级

4.3.2拖拽和钩挂情况

表4钢质管道和立管的吸收能量和损伤等级

宜谨慎评估较大损伤（即15%～20%）的能量极限，因为此时能量等级可能变得高的不切实际 对于损伤等级的定义（即D1，D2等）见1.6。

图4凹陷预测模型示意图

非粘结的柔性海管是由几层带有聚合物的加强筋组成。在设计中即使只有细微差别，相类似的管 道的实际抗冲击能力也会有所差异。针对每个特定柔性管，均宜单独确定其抗冲击能力，不存在简易 方法。然而，对于抗冲击能力而言，柔性海管（或立管）的性能通常显著低于钢管。如无对吸收能力 特别说明，表5给出了8in～10in柔性管的抗冲击能力值。

4.4.2拖拽、钩挂情况

典型的脐带缆是由管子、电缆、加强筋和保护层组成。最易破坏部分通常是电缆，而不是钢 带缆最薄弱部分的承受能力宜代表了脐带缆的整体承受能力。实际承受能力宜根据具体设计确 无信息提供，可参考表6使用

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h一一缺陷长度； 一凹陷深度； D一管径。 对于大管径海管，公式（5）相对不保守，宜考虑公式（4）中的凹陷形状。 如无相关信息资料，对于45mm标准密度的混凝土涂层，受30mm宽度的物体冲击，其吸收能 量可取40kJ。

图5对混凝士涂层的冲击

聚合物可用于保护海管免受潜在损伤。聚合物是由几层不同厚度和材质的物质组合而成。有必要 根据试验结果来确定聚合物的吸收能量性能。 如没有相关信息，可以使用表7给出的能量吸收能力

表7聚合物涂层吸收能量

如果聚合物涂层用于保护海管免受特定设计荷载（如拖网板冲击力），宜有相关文件对其保护效 应具体说明

4.6.3抛石和自然回填

对于海管，抛石是最常使用的保护方法。基于全尺度试验，当坠落的管子嵌入到抛石中时，抛 吸收能量E，计算公式如下：

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E,=0.5yD.N,·A,·*+Y..N·A

式中： 形状系数，取0.6； 冲击棱边的长度。

不同物体能量吸收情况如图6所示

要低于碎石。自然回填的细沙非常松散，管子不会在沙中成 塞。自然回填细沙抵抗外部冲击的能力可假设为碎石的2%～10%。管道埋设是一种抵抗商船拖锚风 验的有效保护措施。对于需要埋设的深度，由过往船只的锚大小及局部土壤特性决定，即由锚在土中 的嵌人深度决定。

4.6.4其他保护方法

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为了评估偶然荷载作用下管道/脐带缆所面临的风险，需建立每个意外事件的失效频率。失效频 率的评估可以通过暴露频率、落物频率和碰撞概率进行定量确定，或根据运营方经验数据定性确定。 定量方法需要油田特定活动及系统的大量信息。这种方法可以用于有操作经验的常规操作（如吊 机操作）。 对于非常规操作，如紧急抛锚，一个更广泛的评估可能是确定频率的唯一方法。 下面章节中将给出各种输人参数。用于建立吊机落物失效频率的程序将在附录A进行详细介绍

5. 2. 1落物概率

表9物体落入海中频率

5.2.2物体漂移和碰撞概率

落物在海中的漂移与其形状和重量有很大的关系。细长物体如管子，可能在漂移过程中经历晃动 （参考Aanesland1987和图7）。而大型物体，如箱形物通常垂直下落。

图7观察到的管段在水中下落形式（Aanesland，1987

管子实际的下落形式与其落人海中的角度有关，图7中的a)，d）和e）是主导的下落形式，在 大多数人海角度中有观测到。 推荐采用下面的数值用于计算物体在海床上的漂移。物体在海床上的漂移可假定服从正态分布， 且具有表10中的角度偏差。 正态分布定义如下：

p(r) = e()

力（r）—一落物漂移距离的概率，为落物在海床接触点与通过起始落点垂直线的距离； 海底水平距离，m； 侧向偏移量.m，参见表 1)和图8

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表10物体分类对应的角度偏移

坠落物在水平距离内碰撞海床的概率

图8公式（9）中的符号

P(r≤r) = p(r)dr

P(r≤r)=p(r)dz

在一定半径的圆环内的概率可以被分为多个圆环来计算，如图9所示。以落物点为圆心的两个 圆，内圆半径为r；，外圆半径为r。，则圆环内的击中概率为：

每个圆环的宽度可取为10m。在每一个圆环内的击中概率可依据不同偏移角度和水深来计算。 注：立管的击中概率计算，尤其是立管垂直段，宜进行特殊考虑。立管的任何垂直段都将使击中概率计算复杂 化。计算立管击中概率的一种方法如下： a）将立管分为儿段（如垂直段和水平段）。 b）计算每一段的击中概率，总击中概率可视为每一段击中概率的和。 在圆环内，击中管道或脐带缆的概率Pri.sl，可以考虑为海管或脐带缆在环内的暴露面积除以整 圆环面积，然后乘以环内击中概率，见公式（12）。

ZJM0标准规范范本图9以落物点为圆心内圆半径为r外圆半径为r.的圆环内击中概率

B—落物宽度，m，如图10所示； 一圆环面积，m，如图9所示

B—落物宽度，m，如图10所示； A. 一圆环面积，m，如图9所示。

图10碰撞面积的定义

对于集装箱和其他大型物体，宽度B可以定义为两个最短边的平均值；对于管状物体，当正面 谨撞时B考虑为其外径，当从侧面碰撞时B考虑为其长度， 注：考虑到管状物体碰撞时的倾斜角，碰撞面积会增大。但另一方面包括了水平方向管状物的碰撞，则在第4章 中由于起始只考虑刀型荷载，因此给出的防撞能力评估可能是保守的。 初始阶段，每一个吊机可以选择一个落物点。落物点通常位于供给船和平台卸货区之间。另外 种方法是根据吊机的具体活动选择几个落点。 堆放在一起的管子一同起吊时宜考虑为一吊，但击中概率宜乘以管子数量

考虑到物体在深水中的漂移变压器标准规范范本，长形/扁平形状的物体其扩散会随水深增加，直至约180m水深。 超过180m水深后，扩散不会有明显的增加，可保守的设为常量（Katteland和Oygarden，1995）。 同时，对于深水，物体在海床上的扩散不一定符合正态分布，见Katteland和Oygarden的相关文献 (1995）。