城市燃氣門站風險評價技術(shù)現(xiàn)狀與建議

摘 要

摘要：闡述了國內(nèi)外城市燃氣門站風險評價技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，分析了目前城市燃氣門站風險評價技術(shù)面臨的問題，提出從管理和技術(shù)兩個方面推動城市燃氣門站風險評價技術(shù)發(fā)展。關(guān)
摘要：闡述了國內(nèi)外城市燃氣門站風險評價技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，分析了目前城市燃氣門站風險評價技術(shù)面臨的問題，提出從管理和技術(shù)兩個方面推動城市燃氣門站風險評價技術(shù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞：城市燃氣門站；風險評價；完整性管理
Present Status and Suggestions on Risk Assessment Technology for City Gas Gate Station
JI Shouhong
Abstract：The development course and present status of risk assessment technology for city gas gate station at home and abroad are expounded.Problems facing the risk assessment technology for city gas gate station are analyzed.It is put forward that the development of risk assessment technology for city gas gate station should be promoted in both management and technology.
Key words：city gas gate station；risk assessment；integrity management
1 概述
    天然氣具有熱值高、清潔、無污染的特點，越來越多地被應用于很多行業(yè)。雖然天然氣能給我們的生活帶來很多便利，但是如果不能正確地利用天然氣，也有可能造成人身傷亡和財產(chǎn)損失等惡性事件。例如，2000年2月19日0時6分，山東三力工業(yè)集團有限公司濮陽分公司發(fā)生地下廢棄天然氣管道爆炸事故，造成15人死亡，56人受傷；2008年1月17日6時40分，吉林市龍東小區(qū)22棟一單元四樓8號住戶發(fā)生民用天然氣爆炸，造成3人死亡，4人受傷；2011年7月2日11時左右，濟南市區(qū)東北的華山鎮(zhèn)南小街村北面的一條天然氣管道突然發(fā)生爆炸，火焰躥起約20m高，村北的天空泛出一片紅光，村頭距爆炸地點只有幾百米，所幸爆炸并沒有造成人員傷亡。城市燃氣門站是天然氣產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一個環(huán)節(jié)，是城市燃氣輸配系統(tǒng)的起點。研究城市燃氣門站的風險，實時對城市燃氣門站進行風險評價，對促進天然氣工業(yè)的健康發(fā)展，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
2 國內(nèi)外城市燃氣門站風險評價現(xiàn)狀
2.1 國外城市燃氣門站風險評價現(xiàn)狀
2.1.1國外風險評價技術(shù)的發(fā)展歷程
    風險評價技術(shù)起源于20世紀30年代的保險業(yè)。企業(yè)風險評價則從化工行業(yè)開始，始于20世紀60年代。1964年，美國DOW化學公司開發(fā)出火災、爆炸指數(shù)法[1]，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第7版。英國帝國化學公司(ICI)蒙德(MOND)分部于1974年在DOW指數(shù)法的基礎上，根據(jù)化學工業(yè)的特點，擴充了毒性指標，并對所采取的安全措施引進了補償系數(shù)的概念，從而把指數(shù)法向前推進了一大步。日本勞動省以DOW指數(shù)法和MOND法為參考，在1976年提出了化學工廠六階段安全評價法。英國是最早系統(tǒng)地研究重大危險源控制技術(shù)的國家，1974年6月Flixborough爆炸事故發(fā)生后，英國衛(wèi)生與安全委員會設立了重大危險咨詢委員會，負責研究重大危險源辨識評價技術(shù)，提出重大危險源的控制措施。1985年美國化學工程師協(xié)會出版了《危險性評價方法指南》，1992年2月又完成了高危險性化學品制造過程安全管理規(guī)定，以預防易燃易爆和有毒氣體泄漏事故的發(fā)生。
2.1.2國外城市燃氣門站風險評價技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    風險評價技術(shù)是管道完整性管理[2～5]中的一個重要組成部分。2002年初美國運輸部安全辦公室確定了管道經(jīng)營商的完整性管理的職責，明確提出，管道完整性管理運營商的責任在于對管道和設備進行完整性評價，避免或減輕周圍環(huán)境對天然氣管道的威脅。
    加拿大Enbridge公司從20世紀80年代末到90年代中期，開展了管道完整性和風險分析方面的研究。其首先制定了宏觀的完整性管理體系，并成立了專業(yè)的管理組織機構(gòu)，接著制定管道完整性管理目標并進行實施，最后形成了管道完整性管理體系。
    以殼牌公司為代表的國外大型石油公司把企業(yè)的完整性管理統(tǒng)稱為資產(chǎn)完整性管理，資產(chǎn)完整性管理又分為管道完整性管理、設施完整性管理、結(jié)構(gòu)完整性管理和井場完整性管理4個部分。
    澳大利亞GASNET公司把實施管道完整性管理的重點放在預防第三方破壞方面，他們認為，由于電站設施的增加，定向鉆的大量使用，通信光纜的敷設，以及承包商建設公路、鐵路的增加，都使天然氣管道受到第三方破壞的威脅增大。
    印度尼西亞VIC0東卡曼里丹管道公司實施管道完整性管理時，先制定管道完整性管理綱要，將維護和檢測作為管道完整性管理的重要內(nèi)容，開發(fā)并建立了管道完整性管理系統(tǒng)。
    雖然管道完整性管理技術(shù)越來越多地被應用于天然氣管道，但是，對于城市門站的完整性管理，國內(nèi)外至今尚未提出系統(tǒng)的理論和方法。美國石油學會API 1160-2001《危險液體管道完整性管理系統(tǒng)》指出，天然氣管道泵站和終端的風險管理模式應與干線管道的風險管理模式相似，認為任何適合天然氣管道的風險評價方法都適用于天然氣管道泵站和終端，但是并沒有給出站場設施完整性管理的具體方法和步驟。美國石油學會API 353-2006《輸油站場管道和儲罐泄漏的完整性管理》雖然給出了地面儲罐設施的危害識別與風險評價方法，但是沒有提出針對廠站完整性管理的系統(tǒng)理論和方法。
    美國石油學會API 581-2000《基于風險的檢驗》包括了失效后果、失效概率、經(jīng)濟損失和環(huán)境影響等方面的風險評價內(nèi)容。它利用風險作為區(qū)分檢測的優(yōu)先秩序，并根據(jù)分析的結(jié)果提出一個根據(jù)風險等級制定的設備檢測計劃。另外，美國機械工程師協(xié)會ASME B31.8S-2001《天然氣管道完整性管理系統(tǒng)》關(guān)于管道完整性管理實施步驟為：危害識別→數(shù)據(jù)收集→風險評價→完整性評價斗維護維修→效能評價；提出管道的完整性管理理念同樣適用于管道的廠站和終端，即管理的思路和基本原則應該是一致的，只是在具體的措施和實施方案上存在差異。
   英國W.Kent Muhlbauer在《管道風險管理指南》中關(guān)于廠站風險評價的思路為：廠站場完整性管理的基本特征是以數(shù)據(jù)管理為核心，并針對工藝流程單元和設備關(guān)鍵部件實施風險管理。也就是說要實現(xiàn)廠站的完整性管理，就必須深入到流程單元和設備部件的層次，風險值需要直接明確到流程單元和部件而不只是一個包含眾多組件的系統(tǒng)或設備。
2.2 國內(nèi)城市燃氣門站風險評價現(xiàn)狀
2.2.1國內(nèi)風險評價技術(shù)的發(fā)展歷程
    我國的風險評價技術(shù)自1981年才開始起步。1992年國家科委將“重大危險源的評價與宏觀控制技術(shù)研究”列為國家“八五”科技攻關(guān)計劃的內(nèi)容，通過研究，提出了易燃、易爆和有毒重大危險源危險性評價方法。隨后國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布了國家標準GB18218-2000《重大危險源辨識》。2002年6月29日，中華人民共和國第70號主席令頒布了《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》，規(guī)定用于生產(chǎn)、儲存危險物品的建設項目應該進行安全條件論證和安全評價?！段ｋU化學品安全管理條例》規(guī)定，生產(chǎn)、儲存危險化學品的企業(yè)，應當委托具備國家規(guī)定的資質(zhì)條件的機構(gòu)，對本企業(yè)的安全生產(chǎn)條件每3年進行1次安全評價，提出安全評價報告?！吨腥A人民共和國安全生產(chǎn)法》和《危險化學品安全管理條例》的頒布，進一步推動了我國風險評價技術(shù)向更廣、更深的方向發(fā)展。
2.2.2國內(nèi)城市燃氣門站風險評價技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    許多研究人員陸續(xù)開展了多項城市燃氣門站風險評價技術(shù)的研究工作，在城市燃氣站場風險評價方面取得了較多的成果，得出了一些有參考價值的建議或思路。
    文獻[6]引入不確定型層次分析法對城市燃氣儲配站進行了多級模糊綜合評估。對城市燃氣儲配站進行風險評價的案例中，一般使用確定型層次分析法的原理把城市燃氣儲配站安全狀況的因素條理化、層次化，從而建立遞階層次評價模型。但是由于城市燃氣儲配站的實際情況比較復雜，加上評價小組的專家知識的差異，以及判斷指標存在的不確定性和模糊性，因此，無法通過確定型層次分析法進行判斷，而不確定型層次分析法恰恰能夠更好地反映事物的模糊性和不確定性，從而使評價結(jié)果更加真實可信。文獻[6]最后運用該綜合評價模型對成都市某個儲配站進行了風險評價，取得了較為理想的結(jié)果，同時也為今后開展城市燃氣門站的風險評價研究提供了較好的借鑒思路。
    文獻[7]首先對國內(nèi)外天然氣廠站發(fā)生的事故進行了總結(jié)，并運用系統(tǒng)安全分析方法辨識出城市燃氣門站的主要危險源，最后對城市燃氣門站的風險進行了評價。文獻[7]對前人確定底層指標因素隸屬度的方法進行了總結(jié)與改進，確定了底層指標因素最理想的隸屬函數(shù)，并對其進行了擴展，從而確定了各階單因素的評價等級矩陣，結(jié)合氣體爆炸理論，以超壓破壞準則為依據(jù)，計算出天然氣球罐物理爆破和天然氣蒸氣云爆炸導致的傷害破壞程度與區(qū)域范圍。
    文獻[8]將模糊數(shù)學引入到故障樹分析方法中，對城市燃氣輸配系統(tǒng)中的儲配站進行了模糊故障樹風險評價。在其構(gòu)建的城市燃氣輸配系統(tǒng)故障樹中選擇“城市燃氣輸配系統(tǒng)失效”作為頂事件，“燃氣儲配站失效、燃氣輸配管網(wǎng)失效、燃氣用戶設施失效”作為中間事件，并運用模糊數(shù)學來表示基本事件發(fā)生的概率。其中燃氣儲配站失效包括：加壓設備失效、施工缺陷、管道材質(zhì)缺陷、燃氣氣質(zhì)差、儲罐材質(zhì)缺陷、儲罐制造工藝不過關(guān)。城市燃氣儲配站中設備、工藝管道眾多，僅從上述幾個方面對城市燃氣儲配站的失效進行故障分析是不全面的。
   文獻[9]應用模糊數(shù)學原理，建立起燃氣輸配系統(tǒng)安全性的模糊綜合評價模型，并對某城市燃氣輸配系統(tǒng)進行了安全性模糊綜合評價。該文獻將城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全性評價指標分為燃氣輸配設備安全性、燃氣輸配系統(tǒng)安全管理、環(huán)境對燃氣輸配系統(tǒng)的影響三大類。其中燃氣輸配設備安全性包括設備安全距離、設備安全裝置、設備保護措施、設備可承受的安全壓力、電氣系統(tǒng)安全性能。該文獻沒有涉及到城市燃氣門站風險評價的內(nèi)容，只是把城市燃氣管網(wǎng)和廠站中的設備、電氣系統(tǒng)作為一大類安全評價指標。
    文獻[10]系統(tǒng)地分析了城市燃氣管網(wǎng)發(fā)生事故的原因，提出建立風險評價指標體系的原則，通過采用故障樹及危險源分析方法，建立起城市燃氣管網(wǎng)風險評價指標體系。該文獻沒有涉及到城市燃氣門站。
    文獻[11]通過事件樹分析，全面分析出城市燃氣管道泄漏所能導致的15種后果，并提出了避免或減少燃氣管道泄漏的對策。該文獻也沒有涉及城市燃氣門站發(fā)生泄漏引發(fā)的風險。
    文獻[12]以國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)輸送危險氣體或液體管道安全管理經(jīng)驗為基礎，首次全方位引入可靠性評價、風險評價、完整性管理三位一體的燃氣輸配管網(wǎng)安全評價體系，結(jié)合我國燃氣管道安全管理的實際情況，對各種評價手段進行了分析探討。該文獻也沒有涉及城市燃氣門站。
    文獻[13]采用故障樹分析法對城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的危險源進行了辨識，建立起火災爆炸事故故障樹，并建立了燃氣管道動態(tài)泄漏擴散模型，開發(fā)了燃氣管網(wǎng)穩(wěn)、動態(tài)仿真程序。該文獻僅僅討論了燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性，也沒有涉及到城市燃氣門站的安全性。
    文獻[14]將城市燃氣輸配系統(tǒng)劃分為儲配站、輸配管網(wǎng)和用戶3部分，并運用模糊故障樹分析方法對城市燃氣輸配系統(tǒng)的故障模式進行了分析。在構(gòu)建的城市燃氣輸配系統(tǒng)故障樹中選擇“城市燃氣輸配系統(tǒng)失效”作為頂事件，“CNG儲配站失效、天然氣輸配管網(wǎng)失效、天然氣用戶失效”作為中間事件。其中CNG儲配站失效包括：加壓設備失效、施工缺陷、材質(zhì)缺陷、天然氣氣質(zhì)差、鋼瓶材質(zhì)缺陷、鋼瓶制造工藝不過關(guān)。CNG儲配站大多應用于中小城鎮(zhèn)供氣，或作為一種應急調(diào)峰氣源，并不能代表普遍意義上的城市燃氣門站，因此僅對CNG儲配站進行風險評價是不足的。
3 城市燃氣門站風險評價面臨的問題
    ① 對城市燃氣門站風險評價仍處于探索階段，理論尚不完善，評估技術(shù)尚不成熟。
    ② 對城市燃氣門站風險評價研究時，大部分將城市燃氣門站作為城市輸配管道的一個點(或地面裝置)，而且只是簡單地考慮各個風險源單體對城市燃氣門站風險的影響，并沒有充分考慮各風險源之間的相互關(guān)聯(lián)、相互制約對城市燃氣門站風險的影響，尚有值得改進的地方。
    ③ 缺少規(guī)范性的城市燃氣門站風險評價指標體系，從而導致一些學者建立的風險評價指標體系不能充分反映城市燃氣門站的風險狀況，給城市燃氣門站風險評價帶來了許多困難。
    ④ 由于廠站設備眾多，特性各異，完全套用管道本體的完整性管理體系是不現(xiàn)實的。
    ⑤ 借鑒利用天然氣管道風險評價技術(shù)對城市燃氣門站進行風險評價時，由于天然氣管道與城市燃氣門站之間的差異性，加上該評價技術(shù)使用范圍的局限性，對城市燃氣門站做出的風險評價結(jié)果可能會發(fā)生一些偏差。
4 城市燃氣門站風險評價對策建議
4.1 從管理方面推動其發(fā)展
    ① 建立符合我國國情的城市燃氣門站風險評價理論，構(gòu)建相應的城市燃氣門站風險評價技術(shù)體系，頒布城市燃氣門站風險評價方面的法律、規(guī)范和標準。
    ② 領(lǐng)導推動、全員參與，高度重視城市燃氣門站風險評價工作，尤其是對已運行多年的城市燃氣門站要適時進行風險評價。
4.2 從技術(shù)方面推動其發(fā)展
4.2.1城市燃氣門站的風險區(qū)塊劃分
    ① 風險區(qū)塊的作用。風險區(qū)塊就是以危害、有害因素的分析為基礎，視風險評價目標、方法的需要，將城市燃氣門站分成若干個范圍確定和需要評價的區(qū)塊。將城市燃氣門站劃分為不同類型的風險區(qū)塊進行風險評價，不僅可以大大簡化風險評價工作、減少風險評價的工作量，而且能夠?qū)Ω鱾€風險區(qū)塊的風險影響因素進行比較，避免以最大危險單元的風險來表征整個城市燃氣門站的風險而夸大整個城市燃氣門站的風險影響因素，從而提高風險評價的準確性，降低采取風險控制措施的投資費用。
    ② 風險區(qū)塊的劃分原則。通常確定風險區(qū)塊時一般要遵循以下4個原則：a.風險區(qū)塊是城市燃氣門站的一個獨立部分，在理論上能夠比較容易說明它的特點；b.對于特定風險區(qū)塊的邊界，以設備與相鄰設備間的隔離作為其判斷準則進行劃分；c.在不增加風險的前提下，可以把風險性潛在影響因素類似的區(qū)塊歸并于一個較大的區(qū)塊；d.對城市燃氣門站依據(jù)天然氣的流向，按照設備、設施的功能進行風險區(qū)塊的劃分。
    ③ 劃分城市燃氣門站的風險區(qū)塊。依據(jù)風險區(qū)塊的劃分原則，兼顧城市燃氣門站的特殊性，按照天然氣的氣流方向，根據(jù)各部分的功能不同，把城市燃氣門站劃分為7個風險區(qū)塊：清管器接收裝置區(qū)、除塵過濾區(qū)、調(diào)壓區(qū)、計量區(qū)、加臭區(qū)、放空排污區(qū)、廠站控制系統(tǒng)區(qū)。
4.2.2城市燃氣門站各區(qū)塊的風險源故障樹分析
    運用故障樹分析法對清管器接收裝置區(qū)、除塵過濾區(qū)、調(diào)壓區(qū)、計量區(qū)、加臭區(qū)、放空排污區(qū)、廠站控制系統(tǒng)區(qū)7個風險區(qū)塊進行風險源辨識。步驟如下：①構(gòu)建各個風險區(qū)塊的失效故障樹；②求出各個故障樹的最小割集；③計算出各個風險區(qū)塊基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)；④進行基本事件結(jié)構(gòu)重要度分析，對各個風險區(qū)塊基本事件按照結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的大小進行排序；⑤依據(jù)基本事件結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果，得到各個風險區(qū)塊的最大風險影響因素。
4.2.3城市燃氣門站事故后果分析
    城市燃氣門站事故后果指在事故中導致的人員傷亡和房屋、設備等財產(chǎn)損失，其中人員傷亡包括人員死亡數(shù)、重傷數(shù)和輕傷數(shù)。要確定城市燃氣門站事故所造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失的大小，首先需要確定城市燃氣門站事故的種類。常見的城市燃氣門站事故種類包括火災和爆炸，其中火災包括噴射火焰和閃火。
    確定城市燃氣門站事故后果應按照如下步驟進行計算：①計算熱輻射強度和爆炸總能量；②計算出死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑、財產(chǎn)損失半徑；③計算死亡面積、重傷面積、輕傷面積、財產(chǎn)損失面積；④確定各種破壞模式出現(xiàn)的概率；⑤確定死亡、重傷、輕傷、財產(chǎn)損失等傷害區(qū)域內(nèi)的平均人員密度、財產(chǎn)密度；⑥計算事故后果。
4.2.4對城市燃氣門站進行多級模糊綜合評價
    要想知道城市燃氣門站的風險能否被人們接受，需要運用模糊綜合評價技術(shù)對城市燃氣門站進行多級模糊綜合評價。評價步驟如下：①確定評價對象的因素集和評語集；②運用層次分析法求出各個因素的權(quán)重；③成立專家小組評出各個因素的評判矩陣；④進行一級模糊綜合評價；⑤進行多級模糊綜合評價。
   根據(jù)多級模糊綜合評價的結(jié)果來判定城市燃氣門站的風險是否處在可接受范圍之內(nèi)。如果風險高出人們的接受范圍，則需要采取相應的風險控制措施，把城市燃氣門站的風險降低至人們的可接受范圍之內(nèi)。
5 結(jié)語
   城市燃氣門站作為城市燃氣輸配系統(tǒng)的起點和總樞紐，其安全問題直接關(guān)系到燃氣輸配系統(tǒng)的正常供氣，不僅能影響到城市居民的日常生活，而且能影響到城市的社會穩(wěn)定。原來的城市燃氣門站大多建設在遠離居民區(qū)的郊外，隨著城市不斷高速發(fā)展，許多城市門站所在區(qū)域已由郊區(qū)變成了人口密集的市區(qū)，加上運行年限的不斷增長，城市燃氣門站暴露出許多危害人民生命財產(chǎn)和污染環(huán)境的問題。因此，研究城市門站的安全問題已顯得非常重要，同時也可為預防城市燃氣門站事故提供較好的決策依據(jù)。
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(本文作者：季壽宏 浙江浙能天然氣運行有限公司 浙江杭州 310052)