油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)探討

王翔宇 董蘭鳳 王生新

(1.蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅省科學(xué)院地質(zhì)自然災(zāi)害研究所，甘肅 蘭州 730000)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)促進(jìn)了油氣長(zhǎng)輸管道的建設(shè)與發(fā)展，管道的安全問(wèn)題也隨之成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。油氣管道一旦因腐蝕穿孔、第三方破壞、設(shè)計(jì)操作失誤等因素引起泄露、爆炸事故[1]，將會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染、財(cái)產(chǎn)損失，并有可能造成人員傷亡，因此如何采取有效的措施確保管道的安全運(yùn)行變得尤為重要。我國(guó)管道事業(yè)起步較晚，早期的管道管理多采用安全管理，管道事故率較歐美發(fā)達(dá)國(guó)家要高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1969年～2003年我國(guó)四川地區(qū)12條輸氣管每103km的年事故率平均為4.3次，東北和華北地區(qū)輸油管道每103km的年事故率超過(guò)2.0次，而歐美等國(guó)家輸氣管道每103km的年事故率僅為0.5次[2]。近年來(lái)，我國(guó)借鑒國(guó)外的優(yōu)秀成果和經(jīng)驗(yàn)，在管道的科學(xué)管理上引入風(fēng)險(xiǎn)這一概念，并不斷嘗試將新技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)管理之中，以期能盡快實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸管道管理由安全管理向風(fēng)險(xiǎn)管理的過(guò)渡。

1 風(fēng)險(xiǎn)管理的必要性

油氣長(zhǎng)輸管道因其跨度大、沿線環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，必然面臨更多的風(fēng)險(xiǎn)，如果不能充分的了解這些風(fēng)險(xiǎn)并加以管理，將對(duì)管道的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)作為衡量管道管理水平的重要指標(biāo)，受到了各國(guó)的普遍重視。

美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，1985年Battelle Columbus研究院發(fā)表了“Guidelines for Hazard E－valuation Procedures”一文，在管道的風(fēng)險(xiǎn)分析中運(yùn)用了評(píng)分法;1992年W.Kent.Muhlbauer編寫(xiě)了《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》，介紹了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型及各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。20世紀(jì)90年代，美國(guó)開(kāi)始將風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)廣泛應(yīng)用于油氣管道維護(hù)工作，并出臺(tái)了AMSE B31.8S，API PR581 等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估規(guī)程[3]。英國(guó)健康與風(fēng)險(xiǎn)委員會(huì)在風(fēng)險(xiǎn)管理研究方面研制出MISHIP軟件包，應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中管道失效風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算[4]。

國(guó)內(nèi)對(duì)于管道風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)的研究始于1995年，潘家華在《油氣儲(chǔ)運(yùn)》中發(fā)表了“油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)分析”一文，詳細(xì)介紹了美國(guó)的管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)。2000年建設(shè)的澀北—西寧—蘭州石油長(zhǎng)輸管道在設(shè)計(jì)、選線、施工中運(yùn)用了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出了PGRAS1.0地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件，用于管道運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理，取得了顯著的效果。

2 風(fēng)險(xiǎn)管理方法

油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)管理是指對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、評(píng)價(jià)、控制和再評(píng)價(jià)的過(guò)程，具體流程見(jiàn)圖1。

在油氣長(zhǎng)輸管道的風(fēng)險(xiǎn)管理中，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是找出管道的各種明顯和潛在風(fēng)險(xiǎn)并收集用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的資料的過(guò)程;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)一定時(shí)間周期內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率及對(duì)管道系統(tǒng)產(chǎn)生危害的性質(zhì)和程度進(jìn)行定性或定量描述的過(guò)程;風(fēng)險(xiǎn)控制是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)接受或規(guī)避的執(zhí)行過(guò)程;風(fēng)險(xiǎn)再評(píng)價(jià)是在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)價(jià)和控制之后，對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行重新評(píng)價(jià)，以了解管道風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀的過(guò)程;風(fēng)險(xiǎn)管理效能評(píng)價(jià)是對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)管理的過(guò)程或部分過(guò)程的效能進(jìn)行評(píng)價(jià)，以發(fā)現(xiàn)管道風(fēng)險(xiǎn)管理中的優(yōu)點(diǎn)和不足，并加以改進(jìn)，以不斷提高管道風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)管理流程

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)管理的前提，可以為其他過(guò)程提供所需要的資料。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是風(fēng)險(xiǎn)管理的核心，可以量化風(fēng)險(xiǎn)并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，為風(fēng)險(xiǎn)控制提供依據(jù)[5]。當(dāng)前的長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多采用指標(biāo)評(píng)分法。該方法建立在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)上，通過(guò)給風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系賦分，根據(jù)賦分結(jié)果計(jì)算相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)[6]。

指標(biāo)評(píng)分法采用如下數(shù)學(xué)模型:

其中，R為管道風(fēng)險(xiǎn);P(H)為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，即風(fēng)險(xiǎn)易發(fā)性;P(S)為風(fēng)險(xiǎn)影響到管道的概率;V為風(fēng)險(xiǎn)影響到管道后對(duì)管道的損傷程度;E為管道失效的后果。

3 現(xiàn)行風(fēng)險(xiǎn)管理方法存在的問(wèn)題及解決方法

我國(guó)在油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)管理這一領(lǐng)域尚處于起步階段，鑒于設(shè)備和管理水平上同國(guó)外的差距，現(xiàn)行的風(fēng)險(xiǎn)管理方法還存在以下幾方面的問(wèn)題。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方面存在的問(wèn)題及解決方法

我國(guó)現(xiàn)階段在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方面主要由工作人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查完成，在辨識(shí)隱患方面主觀性較強(qiáng);而數(shù)據(jù)的管理方面則偏重于管道信息、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)信息、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案、風(fēng)險(xiǎn)防治案例、專(zhuān)家信息等的存儲(chǔ)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取有用的信息并用于管道安全狀況的分析及預(yù)測(cè)的難度較大;而對(duì)于一些服役時(shí)間較長(zhǎng)的管道系統(tǒng)，很難找到完整的原始數(shù)據(jù)[7]。

解決這些問(wèn)題的有效方法是建立全國(guó)性的管道數(shù)據(jù)庫(kù)，在此過(guò)程中的有效工具便是GIS。

GIS即地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用信息科學(xué)和系統(tǒng)工程的理論，管理和分析具有空間屬性的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等信息的技術(shù)系統(tǒng)。在長(zhǎng)輸油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)管理中運(yùn)用GIS技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì):

首先，GIS具有大量地理空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理的功能，應(yīng)用GIS軟件構(gòu)建的三維數(shù)字模型比較適合長(zhǎng)輸管道這種覆蓋面廣、地形復(fù)雜、信息量大的線性工程。

其次，管理人員可通過(guò)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)管道信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道運(yùn)營(yíng)狀況的動(dòng)態(tài)觀測(cè)。當(dāng)管道運(yùn)行中出現(xiàn)異常時(shí)，可快速的調(diào)用相關(guān)信息進(jìn)行分析，及時(shí)的為決策者提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

另外，利用GIS可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的共享。利用GIS軟件二次開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)分析與決策系統(tǒng)可通過(guò)與空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)及模型數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接，實(shí)現(xiàn)管道數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析[8]。

目前，我國(guó)的部分管道工程開(kāi)始將GIS技術(shù)應(yīng)用于管道的風(fēng)險(xiǎn)管理之中;與此同時(shí)，GIS技術(shù)在 Web/Internet GIS，無(wú)線 Web GIS，3S(GIS，GPS－全球定位系統(tǒng)、RS－遙感技術(shù))，3D/4D GIS，OpenGIS(GIS數(shù)據(jù)共享)，CyberGIS(虛擬空間GIS)，GIS組件庫(kù)社會(huì)化生產(chǎn)等方面得到不斷的發(fā)展，GIS技術(shù)的應(yīng)用將對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)管理水平的提高起到巨大的推動(dòng)作用。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面存在的問(wèn)題及解決方法

現(xiàn)行的指標(biāo)評(píng)分法是由研究人員根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，列出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的各種影響因素，并確定它在整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)中所占的比重，最終通過(guò)對(duì)各個(gè)獨(dú)立因素的評(píng)分確定風(fēng)險(xiǎn)的概率及后果。指標(biāo)評(píng)分法的前提是風(fēng)險(xiǎn)的各種影響因素是相互獨(dú)立的，而管道的風(fēng)險(xiǎn)是由眾多相互關(guān)聯(lián)的因素組成的，依據(jù)多方面的因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，難免帶有模糊性和主觀性[9]。

模糊綜合評(píng)判是對(duì)受到多個(gè)因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總的評(píng)價(jià)的過(guò)程。針對(duì)指標(biāo)評(píng)分法中存在的問(wèn)題，可采用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行綜合評(píng)判以使評(píng)價(jià)結(jié)果更為精確。

模糊綜合評(píng)判法采用如下數(shù)學(xué)模型:

1)建立評(píng)判對(duì)象因素集 U={u1，u2，Λ，un}。因素即對(duì)象的各種屬性，它能綜合的反映出對(duì)象的質(zhì)量，因而可由這些因素來(lái)評(píng)價(jià)對(duì)象。

2)建立評(píng)判集 V={v1，v2，Λ，vn}。對(duì)于長(zhǎng)輸管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，評(píng)判集為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的集合。

3)建立單因素評(píng)判，即建立一個(gè)從U到F(V)的模糊映射。

由f可誘導(dǎo)出模糊關(guān)系，得到模糊矩陣:

稱(chēng)R為單因素評(píng)判矩陣，于是(U，V，R)構(gòu)成了一個(gè)綜合評(píng)判模型。

4)綜合評(píng)判。U中各因素側(cè)重不同，需對(duì)各因素賦予相應(yīng)的權(quán)重，它可表示為 U 上的一個(gè)模糊子集 A=(a1，a2，Λ，an)，且

在R與A確定之后，可求出綜合評(píng)判指標(biāo)B=A?R。記B=(b1，b2，Λ，bn)，它是 V 上的一個(gè)模糊子集，其中

5)評(píng)判指標(biāo)的處理。目前利用評(píng)判指標(biāo)確定評(píng)判結(jié)果的方法主要是最大隸屬度法和加權(quán)平均法。最大隸屬度法是取與最大評(píng)判指標(biāo)bmax對(duì)應(yīng)的評(píng)判集vj作為評(píng)判結(jié)果，即:

最大隸屬度法只考慮了最大的評(píng)判指標(biāo)，會(huì)丟失許多信息，而加權(quán)平均法可解決這一問(wèn)題[10]。加權(quán)平均法是取bj為權(quán)數(shù)，對(duì)評(píng)判集元素進(jìn)行加權(quán)平均，以該值作為評(píng)判結(jié)果，即:

模糊綜合評(píng)判法可以將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程中的重要性詳細(xì)地表達(dá)出來(lái)，減少了評(píng)價(jià)過(guò)程中的主觀性[11]，并通過(guò)建立模糊矩陣將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合考慮，充分體現(xiàn)了評(píng)價(jià)因素與評(píng)價(jià)過(guò)程的模糊性，能更客觀地反映評(píng)判項(xiàng)目的真實(shí)情況，使得評(píng)價(jià)和決策結(jié)果更加詳細(xì)精確。模糊綜合評(píng)判法在處理因素模糊性和不確定性上具有一定優(yōu)勢(shì)，但也有一定的缺陷，即權(quán)重的分配上主觀性較強(qiáng)。因此，對(duì)于如何將模糊綜合評(píng)判法用于長(zhǎng)輸管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)這一問(wèn)題還需進(jìn)行深入的研究。

4 結(jié)語(yǔ)

1)油氣長(zhǎng)輸管道工程的風(fēng)險(xiǎn)管理是一種有效的管理方法，在一些國(guó)家已經(jīng)取得顯著成效。我國(guó)在這一方面尚處于探索階段，應(yīng)結(jié)合我國(guó)現(xiàn)狀，逐步提高管道的風(fēng)險(xiǎn)管理水平，健全我國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系。2)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)，在提高研究人員風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)GIS等新方法、新技術(shù)的應(yīng)用，為風(fēng)險(xiǎn)管理中的其他步驟提供可靠的原始數(shù)據(jù)。3)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是風(fēng)險(xiǎn)管理的核心，本文介紹的指標(biāo)評(píng)分法操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)加以推廣;在此基礎(chǔ)上，需研究如何將評(píng)價(jià)結(jié)果更為精確的模糊綜合評(píng)判法等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法應(yīng)用到長(zhǎng)輸管道的風(fēng)險(xiǎn)管理之中。

[1] 潘家華.油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，1995(14):3－5.

[2] 胡燈明，駱 暉.國(guó)內(nèi)外天然氣管道事故分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2009(9):20－22.

[3] 蔡良君，姚安林.城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)現(xiàn)狀分析與思考[J].城市燃?xì)猓?008(8):25－28.

[4] 孫永慶.我國(guó)燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估現(xiàn)狀、差距及對(duì)策[J].天然氣工業(yè)，2004，24(5):10－12.

[5] 向喜瓊，黃潤(rùn)秋.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2003(3):32－35.

[6] 趙俊茹，戴 光.管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分法及在輸油管道中的應(yīng)用[J].壓力容器，2007(9):50－52.

[7] 陳利瓊.油氣管道風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法探討[J].天然氣工業(yè)，2003，23(2):15－16.

[8] 劉瑞凱，吳 明.GIS技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道風(fēng)險(xiǎn)分析與決策中的應(yīng)用[J].當(dāng)代化工，2011，40(9):3－4.

[9] 楊綸標(biāo)，高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社，2001.

[10] 于建星，程士全.基于模糊綜合評(píng)判的輸油管道系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[J].中國(guó)海上油氣，1998，4(10):70－71.

[11] 趙忠剛，姚安林.油氣管道風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重賦值方法研究 [J].天然氣工業(yè)，2007(7):58－60.