輸油管道泄漏事故多米諾效應(yīng)分析

魏沁汝 ，李 杉 ，周永淳，韋孟佼

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院 （四川 成都 610500）

2.中國石油西南油氣田川西北氣礦 (四川 邛崍 611500)

3.中國石化西南油氣分公司川西采氣廠 （四川 德陽 618000）

4.中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處 （四川 成都 610213）

管道業(yè)飛速發(fā)展，相應(yīng)的事故也悄然而來。如今輸油管道趨向大管徑、高壓力，各種泄漏引發(fā)的爆炸、火災(zāi)、污染等連鎖事故逐漸引起人們高度關(guān)注。2013年11月22日10時(shí)25分，位于山東省青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的中石化股份有限公司，下屬管道儲(chǔ)運(yùn)分公司東黃輸油管道原油泄漏并發(fā)生爆炸，造成62人死亡、136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7.5億元[1]。2012年10月3日，印度尼西亞南蘇門答臘省一輸油管道發(fā)生爆炸并引發(fā)大火[2]，事故造成5人死亡，18人受傷。 這一系列人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染事故均是由多米諾效應(yīng)引起的，由此可見多米諾效應(yīng)研究是非常有必要的。

多米諾效應(yīng)是指事故的擴(kuò)大和連鎖反應(yīng)。一旦發(fā)生多米諾效應(yīng)，事故種類增加，危險(xiǎn)等級(jí)提高，影響范圍也將迅速擴(kuò)大。歐盟1982年和1996年兩度頒布塞維索法令[3-4]，要求對(duì)工廠布局、土地使用方面考慮多米諾效應(yīng)。隨即歐美各國開始研究多米諾效應(yīng)，但大多針對(duì)工廠與廠房。2000年以后我國開始研究多米諾效應(yīng)，目前研究尚處于初級(jí)階段。胡小榮、龔時(shí)雨[5]等人分析了多米諾效應(yīng)初始事件和事故場(chǎng)景；劉茂[6]等人對(duì)多米諾效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行了探索；戴雪松，王艷華[7]等人對(duì)化工重大事故多米諾效應(yīng)做了相關(guān)研究；在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)事故多米諾效應(yīng)方面劉艷華[8]進(jìn)行了相關(guān)分析；張青松[9]對(duì)油庫池火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行了研究；師立晨[10]等對(duì)重大危險(xiǎn)源多米諾效應(yīng)進(jìn)行了分析，并探究了熱輻射、超壓以及碎片引發(fā)的多米諾效應(yīng)閥值。在石油化工行業(yè)，多米諾效應(yīng)多針對(duì)儲(chǔ)罐等化工園區(qū)，并無輸油管道相關(guān)探索。且傳統(tǒng)的多米諾效應(yīng)分析立足于危險(xiǎn)設(shè)備，運(yùn)用火災(zāi)爆炸理論分析其發(fā)生途徑和后果，相對(duì)單一。所以統(tǒng)計(jì)典型輸油管道泄漏事故，判定事故多米諾效應(yīng)，分析多米諾效應(yīng)產(chǎn)生的不同途徑與后果，有利于輸油管道設(shè)計(jì)選線，且為輸油管道泄漏事故處理提供理論指導(dǎo)。

1 輸油管道泄漏事故統(tǒng)計(jì)分析

1.1 國內(nèi)外主要輸油管道泄漏事故

近年來由于腐蝕破裂、疲勞損壞和第三方破壞（特別是打孔盜油）導(dǎo)致輸油管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生，有些泄漏在管道工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)情況下得到控制，有些泄漏事故則產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，造成不堪設(shè)想的后果。為總結(jié)輸油管道泄漏事故后果規(guī)律，搜集2000～2013年國內(nèi)外主要的輸油管道泄漏事故51起，列出事故主要后果，見表1。

由于上述51起事故均為較嚴(yán)重的輸油管道泄漏事故，有2個(gè)共同點(diǎn)：財(cái)產(chǎn)損失和管道停輸。除此之外，還主要造成了污染河流海域、污染土地（農(nóng)田、耕地等）、人員傷亡、影響居民用水、以及其他特殊情況如破壞動(dòng)植物生存環(huán)境，旅游業(yè)、捕魚業(yè)受損等事故后果，事故后果所占比例如圖1所示。

表1 國內(nèi)外主要輸油管道泄漏事故

續(xù)表1

注：不包括財(cái)產(chǎn)損失、管道停輸。

從圖1中可以看出成品油管道泄漏事故主要產(chǎn)生了6種事故后果，其中人員傷亡、污染土地、污染河流海域情況最多，分別為26%、26%、28%。2種組合后果污染河流和人員傷亡、污染河流和影響居民用水則分別占4%，6%。單一影響到居民水源情況相對(duì)較少。一些特殊情況占8%。

1.2 主要輸油管道泄漏事故多米諾效應(yīng)的判定

根據(jù)Cozzani[46]等人給出的事故多米諾效應(yīng)3個(gè)存在條件：存在引發(fā)多米諾效應(yīng)的初始事故；事故蔓延開來必須導(dǎo)致至少1個(gè)二次事故發(fā)生；初始事故發(fā)生1個(gè)或者多個(gè)二次事故，產(chǎn)生了大于初始事故后果的嚴(yán)重事故。51個(gè)事故存在觸發(fā)多米諾效應(yīng)的初始事件即輸油管道泄漏，初始事件泄漏的蔓延觸發(fā)周圍環(huán)境發(fā)生二次以上事件，如污染、爆炸、甚至海邊旅游和漁業(yè)受損等，二次以上事件產(chǎn)生擴(kuò)大了初始事件后果，所以判定51個(gè)事件產(chǎn)生了多米諾效應(yīng)。例如，2011年9月12日肯尼亞輸油管道事故，首都內(nèi)羅畢東部工業(yè)區(qū)的燃油庫一條地下輸油管線發(fā)生破裂泄漏（初始事件產(chǎn)生），隨即泄漏原油擴(kuò)散流入居民區(qū)（初始事件蔓延），民眾搶油，有人吸煙（觸發(fā)臨界條件）引發(fā)火災(zāi)爆炸（二次事故），導(dǎo)致至少82人死亡，118人受傷 （泄漏事故后果擴(kuò)大）。傷亡事故的產(chǎn)生加大了泄漏事故后果，滿足輸油管道多米諾效應(yīng)的3個(gè)條件，所以判定肯尼亞輸油管道泄漏事故產(chǎn)生了多米諾效應(yīng)。其余事故依次類推。

2 多米諾效應(yīng)分析

由于多米諾效應(yīng)是一個(gè)初始事件引發(fā)多級(jí)事件的連鎖反應(yīng)，故運(yùn)用事件樹來分析最為合理。事件樹分析法(Event Tree Analysis，ETA)[47]是一種邏輯的演繹法，在給定一個(gè)初因的事件后，分析初因事件可能導(dǎo)致各種不同的事件序列結(jié)果，可以定量和定性地評(píng)價(jià)系統(tǒng)特性。

2.1 多米諾模型建立

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得知，51個(gè)輸油管道事故產(chǎn)生了多米諾效應(yīng)，其地點(diǎn)多發(fā)生在特殊自然環(huán)境如海洋河流、農(nóng)田、以及一些特殊人類活動(dòng)場(chǎng)所；多米諾效應(yīng)事故種類有污染、火災(zāi)爆炸、停止人類生產(chǎn)活動(dòng)等；多米諾效應(yīng)后果為人員傷亡、影響居民用水、農(nóng)田污染、財(cái)產(chǎn)損失等。由此建立輸油管道泄漏事故多米諾效應(yīng)事件樹模型，事件模型分為海底管道與陸地管道。

1）模型一：海底管道泄漏事故多米諾效應(yīng)事件樹模型。根據(jù)上文輸油管道泄漏事件統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，海底管道泄漏引發(fā)的事故后果有污染周圍海域，影響海洋生物的生存，污染海灘，影響當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)、捕魚業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。由此結(jié)果建立海底管泄漏多米諾效應(yīng)事件樹模型，如圖2所示。

由圖2知，海底管道泄漏產(chǎn)生了3中不同結(jié)果，此處分析最復(fù)雜的第一種結(jié)果。由于海底管道泄漏產(chǎn)生1次事故，污染附近海域；接著泄漏擴(kuò)散成功，觸發(fā)海水水質(zhì)變化產(chǎn)生2次事故，污染面積擴(kuò)大，破壞海洋生物生存環(huán)境，部分海洋生物生存瀕危，如泰國海底管道泄漏事故中一些魚類和珊瑚的死亡；當(dāng)擴(kuò)散蔓延至海邊時(shí)，污染面積急速增加，魚類等生物死亡，有旅游勝地或者捕魚業(yè)受損，最終影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì),使泄漏后果擴(kuò)大,多米諾效應(yīng)產(chǎn)生。

圖2 海底輸油管道泄漏事故多米諾效應(yīng)事件樹模型

2）模型二：陸地管道泄漏事故多米諾效應(yīng)事件樹模型。根據(jù)輸油管道泄漏事件統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，陸地管道引發(fā)的事故后果有人員傷亡，鐵路停運(yùn)，污染農(nóng)田、河流、水庫，影響居民飲用水，管道停輸，財(cái)產(chǎn)損失。陸地管道較海底管道面臨的周圍環(huán)境情況更多，如農(nóng)田、河流、公路、濕地、工廠等。綜合泄漏后果與管道周邊情況，建立陸地管道泄漏事故多米諾效應(yīng)事件樹如圖3所示。

此處研究的事故都是比較嚴(yán)重的泄漏事故，由圖3和表2可以看出當(dāng)初始事件管道泄漏A1發(fā)生，在不產(chǎn)生多米諾效應(yīng)情況下則僅會(huì)產(chǎn)生財(cái)產(chǎn)損失、管道停輸S6。當(dāng)發(fā)生多米諾效應(yīng)則可能產(chǎn)生5種情況造成更加嚴(yán)重的后果（S1至S5）污染土地、污染河流、影響居民用水、人員傷亡和影響人類其他活動(dòng)。

圖3 陸地輸油管道泄漏事故多米諾效應(yīng)事件樹模型

表2 陸地輸油管道泄漏事故多米諾效應(yīng)事件樹因素表

2.2 多米諾效應(yīng)事故概率分析

對(duì)于陸地輸油管道泄漏產(chǎn)生的6個(gè)后果 （S1至S6），由于本文研究比較嚴(yán)重泄漏事故，所以財(cái)產(chǎn)損失、管道停輸是必定產(chǎn)生的，S6發(fā)生的概率為1。其余5個(gè)后果，準(zhǔn)確確定其概率比較困難。

例如某輸油管道管徑508mm，輸送介質(zhì)為汽油，流量為450m3/h，由于第三方施工破壞發(fā)生泄漏，10min后發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施。泄漏段左側(cè)200m有飲用水庫，右側(cè)200m有河流。

由于輸油管道周圍存在河流、水庫，根據(jù)圖3，泄漏輸油管道由于擴(kuò)散作用，容易引起污染河流、影響居民飲用水的多米諾效應(yīng)。此處以污染河流為例，計(jì)算其發(fā)生的概率，計(jì)算步驟如下：

1）選擇專家組，獲得專家對(duì)污染河流的判斷。選取10名專家，評(píng)估意見為可能性大3票、中等3票、較大4票。

2）將自然語言轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)。根據(jù)自然語言的模糊數(shù)[48]表達(dá)形式如圖4，得到3種判斷語言的隸屬函數(shù)式（3）～（5），由此可將專家判斷語言轉(zhuǎn)為模糊數(shù)。

圖4 失效可能性等級(jí)與模糊數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

其中下角標(biāo)H、M、FH分別表示大、中等、較大。

綜合處理10位專家意見，選用模糊截集與平均算法組合專家的不同意見，設(shè)（3），（4），（5）式的 α截集分別為 Hα=[H1，H2]，Mα=[m1，m2]，F(xiàn)Hα=[h1，h2]，其中 H1，H2，m1，m2，h1，h2分別為（3），（4），（5）的 α 截集的上限和下限。對(duì)fH(x)而言，令α=(x-0.1)/0.1，則H1=0.1α+0.7，H2=0.9-0.1α。 同理可得 m1=0.1α+0.4，m2=0.6-0.1α；h1=0.1α+0.5，h2=0.8-0.1α；。 在 α 的截集下，10位專家意見的總模糊數(shù)Z為：

3）將模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為模糊可能性值。由于需要后果發(fā)生的概率大小，所以必須先將模糊數(shù)轉(zhuǎn)換為模糊可能性值(FPS)，再將模糊可能性值轉(zhuǎn)換為模糊概率。根據(jù)Cheng和Hwang[49]提出的左右模糊排序法將模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為模糊可能性值。該方法定義的最小模糊集和最大模糊集為：

則模糊數(shù)W的左右模糊可能性值分別為：

則可得到模糊數(shù)W的FFR=1.23×10-2，即污染河流發(fā)生概率為1.23×10-2。同理可得影響居民飲用水的概率為4.39×10-3。污染河流發(fā)生的概率大于影響居民用水，表明在發(fā)生泄漏時(shí)，河流污染可能會(huì)比污染水庫提前發(fā)生，因此需要調(diào)節(jié)搶險(xiǎn)措施。同時(shí)，此結(jié)果與圖1事故后果比例圖相符，說明此方法具有一定適用性。對(duì)于泄漏的其他情況，同理可以將實(shí)際管道泄漏情況與圖2圖3結(jié)合，請(qǐng)求專家評(píng)判，再由模糊理論獲得事故發(fā)生的概率，由此可以指導(dǎo)類似輸油管道泄漏事故的處理工作。

3 結(jié)論

1）輸油管道泄漏事故多米諾效應(yīng)有4種主要后果以及2種組合后果分別是：人員傷亡、污染河流海域、污染土地、影響居民用水、污染河流和人員傷亡、污染河流和影響居民用水。其中人員傷亡、污染河流、污染土地最容易發(fā)生，所以在選線與事故處理時(shí)，應(yīng)多關(guān)注管道周圍人類活動(dòng)場(chǎng)所、河流、土地的情況。

2）模糊理論與專家判斷法處理輸油管道事故多米諾效應(yīng)后果有一定適用性，當(dāng)輸油管道泄漏發(fā)生，可以運(yùn)用此法計(jì)算多米諾后果發(fā)生概率，從而起到對(duì)事故處理的指導(dǎo)作用。

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