燃氣管道安全風險評價分析

摘 要

摘要：概述了國內外燃氣管道安全風險評價技術研究現(xiàn)狀，分析了我國城鎮(zhèn)燃氣管道安全風險評價技術路線的思路，提出了城鎮(zhèn)燃氣管道安全風險評價體系的研究方向。關鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣管道
摘要：概述了國內外燃氣管道安全風險評價技術研究現(xiàn)狀，分析了我國城鎮(zhèn)燃氣管道安全風險評價技術路線的思路，提出了城鎮(zhèn)燃氣管道安全風險評價體系的研究方向。
關鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣管道；安全風險評價；故障樹；事件樹
Safety Risk Assessment Analysis of Gas Pipeline
YAN Rong-song，GAO Wen-xue，LI Jian-xun
Abstract：The present research status of safety risk assessment technology of gas pipeline at home and abroad is summarized. The idea of safety risk assessment technical line of city gas pipeline in China is analyzed，and the research direction of safety risk assessment system of city gas pipeline is proposed。
Key words：city gas pipeline；safety risk assessment；fault tree；event tree
    隨著城鎮(zhèn)燃氣業(yè)迅速發(fā)展，燃氣事故也越來越多，造成了人員傷亡和財產(chǎn)損失，給社會帶來不良影響。安全風險評價技術正是為降低事故風險而引入的一種新型管理技術。在近30年的開發(fā)研究與應用實踐中，管道的風險評價技術在許多國家取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，但目前我國尚未形成系統(tǒng)、完整的城市燃氣管道風險評價技術。
1 燃氣管道安全風險評價技術研究現(xiàn)狀
1.1 國外研究現(xiàn)狀
    1985年。美國的Battelle Columbus研究院發(fā)表了《風險調查指南》，首先在管道風險分析方面運用了評分法。W.K.Muhlbauer在此基礎上總結了美國近20年開展油氣管道風險評價技術研究工作的成果，編寫了《管道風險管理手冊》，介紹了管道風險評價的專家評分模型，成為世界各國普遍接受且作為開展管道風險評價的重要參考文獻。在該書的第2版中增加了大量篇幅介紹不同場合的管道風險評價的修正模型，增加了對環(huán)境敏感區(qū)域、工作場所壓力及潛在人為差錯的評價，并且詳細介紹了如何利用風險和成本的關系建立資源分配模型[1]。
    隨著人們對油氣輸送管道危險性認識日漸深刻，國外逐漸發(fā)展起了新興的管道完整性管理體系，對所有影響管道完整性的因素進行綜合、一體化管理[2]。包括擬定工作計劃、流程和文件以及進行管道風險分析、了解事故發(fā)生的可能性和事故后果、制定預防和應急措施、定期進行管道完整性檢測和評價等，涵蓋管道設計、施工、運行、監(jiān)控、維修、質量控制和通信等全過程，并貫穿管道整個運行期[3]。
    在工程應用上，20世紀60年代末期，國外就開始在管道工程中考慮對在役管道的檢測和剩余強度評價，如：美國石油學會頒布的《基于風險的檢驗規(guī)范》API 581、《燃氣管道系統(tǒng)完整性·補充文件》ASME B31.8S。20世紀90年代初，美國的許多油氣管道都已應用了風險管理技術來指導管道的維護工作，隨后加拿大、歐洲的發(fā)達國家也先后加入了管道風險管理技術的開發(fā)和應用行列。英國通過統(tǒng)計分析大量管道資料及進行災害模擬試驗，在對天然氣管道的危害因素進行概率分析和事故后果量化的基礎上，建立了輸氣管道定量風險評價技術，其分析軟件已經(jīng)應用于英國及世界多個國家的高壓天然氣管道。加拿大也成功開發(fā)了管道維護和檢測的風險分析軟件包，用于管道的失效概率分析、失效后果和總風險計算。
    隨著科技的發(fā)展，新方法、新技術也應用于管道風險分析研究中。GIS技術目前已經(jīng)成為設施管理、壽命周期檢測、風險分析、協(xié)調管理、提高運營效率的有效手段，管道GIS技術目前廣泛應用于美國、挪威等國家。
1.2 國內研究現(xiàn)狀
    20世紀90年代中期，我國已開展了有關油氣管道安全風險評價的系列研究及應用試驗工作，國內油氣長輸管道的風險評價技術發(fā)展最快。研究人員在借鑒國外研究成果的基礎上，綜合運用專家評分法、故障樹法和模糊數(shù)學等多種分析方法，提出了一系列切實可行的評價方法。
    城市燃氣管道系統(tǒng)方面，采用油氣管道安全風險評價的研究方法，對管道的風險可接受程度進行探討，考慮了天然氣管道失效可能性和失效后果嚴重度的影響因素，克服了只依靠失效概率進行評價帶來的片面性和局限性。但由于城市燃氣管道風險影響因素多，從設計、施工、操作到第三方破壞、腐蝕破壞、后果研究等方面多達幾百個相關因素[1]，加之我國城市燃氣管道建設初期并沒有建立相應的歷史數(shù)據(jù)和原始設計資料庫，管道投入使用后的運行情況完全依靠人工記錄，大量資料缺失，這些客觀情況增加了建立城市燃氣管道風險評價模型的難度，削弱了城市燃氣管道原始數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。目前國內尚未形成系統(tǒng)、完整的風險評價技術體系用以評價城市燃氣管道的安全性。
2 燃氣管道安全風險評價體系分析
    風險評價屬于安全科學的范疇，安全科學的研究目的是將應用現(xiàn)代技術所產(chǎn)生的任何損害后果控制在絕對的最低限度內，或者至少使其保持在可允許的限度內。安全問題是一個社會問題，各國均十分重視。
    隨著城市燃氣發(fā)展，供氣范圍不斷擴大，用戶數(shù)量增加，安全問題也日益突出，事故屢有發(fā)生。各國不斷有燃氣爆炸、中毒等傷亡事故的報道，但事故嚴重程度上有很大差異，這與安全體系是否完善有關。因此，我們必須重視燃氣行業(yè)的安全問題[2]。
2.1 安全風險評價技術
    城市燃氣系統(tǒng)是城市公用基礎設施的重要組成部分，現(xiàn)代化的城市燃氣系統(tǒng)是一個可維修的、復雜的、網(wǎng)絡化的綜合設施，包括低壓、中壓以及高壓不同壓力等級的燃氣管道、各種類型的調壓站或調壓裝置、各種類型的儲配站、監(jiān)控與調度中心、維護管理中心、用戶燃具及其他設施[3、4]?？紤]到上述因素，對我國城市燃氣管道進行風險評價技術路線可按以下思路進行。
    ① 將燃氣(天然氣)管道系統(tǒng)分為儲配站系統(tǒng)、輸配管道系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)，利用不同方法對各系統(tǒng)進行風險辨識[5]。
    ② 對各系統(tǒng)采用不同的分類原則，管道分段的基本原則是在管道重要參數(shù)有重大變化時插入分段點，用模糊聚類方法將風險狀態(tài)相似的管段歸類，然后將模糊綜合評價方法引入到管道的風險分析[5]。根據(jù)管道設計參數(shù)及環(huán)境的參數(shù)選擇權重集，綜合評價得到管道的風險狀態(tài)的定性描述。儲配站的評價從廠站位置及環(huán)境、閥門、承壓容器、工藝流程、儀器儀表、泄漏及安全設施等方面進行評價[6～14]。用戶系統(tǒng)評價采用故障樹分析法和專家調查法。
    ③ 將故障樹定性分析或者定量分析方法引入到城市燃氣系統(tǒng)風險評價中，先對故障樹進行模塊化分解，求出每個模塊的最小割集，做出定性評價，提出相應的減小風險的對策。引入針對故障樹基本事件概率的專家調查法和歷史事故統(tǒng)計方法，對管道某些特定的系統(tǒng)部件進行使用壽命的統(tǒng)計推斷。
    ④ 分別建立事故后果事件樹，例如，對燃氣泄漏后果進行統(tǒng)計分析。對某些重要的事故后果給出后果事件的概率計算公式，分析這些事件的危害程度，提出相應的減小事故發(fā)生概率的對策[15]。
    ⑤ 開展管道腐蝕(大氣、土壤及其管道內部)參數(shù)試驗研究，重點分析埋地燃氣管道腐蝕影響因素，探討管道及其防腐層受土壤腐蝕的影響程度和腐蝕規(guī)律，研究埋地燃氣管道的腐蝕機理，建立土壤腐蝕速率預測模型，開發(fā)地下燃氣管道腐蝕數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。
2.2 安全風險評價體系
    ① 建立適當、通用的安全風險評價法規(guī)和制度。燃氣管道安全涉及內容十分廣泛，需要在安全基礎理論的指導下，針對不同類型的事故研究不同的對策，僅僅提出一些注意事項是不夠的，還應有相應的各種軟、硬件來配合和保證。軟件包括各種規(guī)章制度、法規(guī)、標準規(guī)范和評價方法，硬件包括各種檢測儀表、設備、通信設施和防護設施等。通過培訓提高工作人員的操作技能和人文素質也是十分重要的環(huán)節(jié)。
    ② 建立適應不同地區(qū)情況的安全法規(guī)和規(guī)章制度。隨著供氣規(guī)模日益擴大，各城市燃氣工程的建設規(guī)模也在迅速增加。由于各個城市的特點和定位不同，管理和技術水平也有很大差距，事故發(fā)生的頻率與后果也不完全相同，因此各個城市還必須針對本地情況制定相應的安全法規(guī)和規(guī)章制度。
    ③ 建立新的管理體系，完善管理水平。隨著駕馭安全問題的能力不斷增加，世界燃氣業(yè)的發(fā)展已到了一個新的階段，筆者認為在不久的將來，市場需求的增長要求更新法規(guī)和標準規(guī)范，并逐步過渡到以成本、效益和用戶的滿意度為標準[16]。
3 結語
    目前我國城市燃氣管道安全狀況十分嚴峻，部分燃氣管道運行已達20年之久，存在大量安全隱患。十一五國家科技支撐計劃把城市燃氣管道的風險評價作為重點研究內容，目的就是要探索切實可行的措施和方法，使城市燃氣管道的建設達到一個新的階段，從廣泛的層次上考慮和處理安全、效益等諸多發(fā)展中的問題，建立科學的風險評價體系來消除隱患，實現(xiàn)安全技術與安全管理的科學化和規(guī)范化。
參考文獻：
[1] Muhlbauer W K(著)，楊嘉瑜，張德彥，李欽華，等(譯).管道風險管理手冊[M].北京：中國石化出版社，2005.
[2] 隋鵬程，陳寶智，隋旭.安全原理[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.
[3] 劉鐵民，張興凱，劉功智.安全評價方法應用指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.
[4] 萬禮鋒，尹貽林，張麗君，等.城市燃氣管網(wǎng)安全分析體系[J].煤氣與熱力，2007，27(11)：50-53.
[5] 周衛(wèi).城市燃氣管網(wǎng)安全評估系統(tǒng)的研發(fā)與應用[J].城市燃氣，2006，(10)：15-21.
[6] 畢彥勛，盧桂菊.燃氣輸配系統(tǒng)用戶供氣可靠性失效樹分析法評價[J].煤氣與熱力，1987，7(5)：27-35.
[7] 王劍友.燃氣輸配系統(tǒng)事故統(tǒng)計分析及對策[J].煤氣與熱力，2001，21(2)：178-179.
[8] 賈雁群，李連星，葉茂，等.燃氣管網(wǎng)泄漏事故原因分析與預防措施[J].煤氣與熱力，2005，25(7)：59-61.
[9] 曾靜，許俊城，陳國華，等.城市埋地燃氣管道風險評估方法的適用性[J].煤氣與熱力，2007，27(5)：55-61.
[10] 何淑靜，周偉國，嚴銘卿，等.燃氣輸配管網(wǎng)可靠性的故障樹分析[J].煤氣與熱力，2003，23(8)：459-461.
[11] 付士根，許開立.城市燃氣輸配系統(tǒng)安全性模糊綜合評價[J].煤氣與熱力，2006，26(11)：20-22.
[12] 孫安娜，安躍紅，段常貴，等.地下燃氣管道第三方影響事故樹模型[J].煤氣與熱力，2005，25(1)：1-5.
[13] 何吉民，李艷紅，李志鵬，等.埋地燃氣管道的風險評估技術[J].煤氣與熱力，2005，25(11)：10-14.
[14] 楊維.事故樹在管道燃氣泄漏事故分析的應用[J].煤氣與熱力，2007，27(5)：51-54.
[15] 嚴宇，張鵬，李江.城市燃氣管網(wǎng)風險評價方法[J].油氣儲運，2006，25(9)：16-19.
[16] 李猷嘉.城市燃氣安全體系的分析[J].城市燃氣，2007.(4)：3-9.
 
(本文作者：嚴榮松 高文學 李建勛 中國市政工程華北設計研究總院 天津 300384)