脆弱性視角下的油氣管道事故致因探究*

申文東

西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

脆弱性視角下的油氣管道事故致因探究*

申文東

西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

立足于脆弱性視角對(duì)油氣管道進(jìn)行事故的致因機(jī)理分析，了解系統(tǒng)脆弱性的構(gòu)成和擾動(dòng)因子間的作用關(guān)系，引入脆弱性閾值的概念，合理的描述事故形成的過(guò)程性確定系統(tǒng)脆弱性的極限值，提出加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制管道事故發(fā)生的思路和方法。

油氣管道系統(tǒng)；脆弱性；事故致因；閾值

油氣管網(wǎng)是國(guó)家能源重大的基礎(chǔ)設(shè)施，是保障我國(guó)油氣安全供應(yīng)的重要基礎(chǔ)。至2015年末我國(guó)油氣輸送管達(dá)15萬(wàn)公里左右，多為災(zāi)害性地質(zhì)，極易引起管道事故的發(fā)生[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)四川地區(qū)12條管道每千公里的事故發(fā)生率平均為4.3次，東北華北地區(qū)每千公里輸油管事故發(fā)生率為2.0次[2]。油氣管道系統(tǒng)一旦發(fā)生事故，將會(huì)對(duì)人員、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境、社會(huì)等產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此，研究油氣管道事故的致因機(jī)理，對(duì)科學(xué)合理的預(yù)防和降低事故的發(fā)生具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

當(dāng)前對(duì)油氣管道事故的研究主要是運(yùn)用管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法，對(duì)油氣管道系統(tǒng)進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)控制的方法，對(duì)識(shí)別出來(lái)的不利因素進(jìn)行控制或改善。完整的管道風(fēng)險(xiǎn)管理伴隨著管道服役周期的循環(huán)管理過(guò)程，其中的核心是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，不僅能夠評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的程度，而且能夠提出降低風(fēng)險(xiǎn)的方法。目前油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有三種方法：定性評(píng)價(jià)法、半定量評(píng)價(jià)法和定量評(píng)價(jià)法[3-4]。這三種評(píng)價(jià)方法都遵循著明確風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的任務(wù)；從管道事故分析報(bào)告的結(jié)果中得到導(dǎo)致管道事故的因素；分析因素誘發(fā)事故的可能性和估計(jì)事故造后果的基本原理。當(dāng)前管道事故風(fēng)險(xiǎn)研究側(cè)重于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用與創(chuàng)新，對(duì)油氣管道事故的發(fā)生機(jī)理研究涉及較少，有些研究也僅是在進(jìn)行事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)粗略的提及，缺乏對(duì)管道事故致因機(jī)理的充分研究。對(duì)管道事故致因研究，有助于管理者把握事故的規(guī)律性，找到事故發(fā)生的根本原因，并據(jù)此提出針對(duì)于事故發(fā)生根本原因的對(duì)策和措施。管道事故致因研究對(duì)揭示事故發(fā)生的機(jī)理，分析影響事故發(fā)生、發(fā)展的原因，制定有效的預(yù)防措施具有極為重要的指導(dǎo)意義。

本文立足于系統(tǒng)脆弱性視角，構(gòu)建油氣管道事故脆弱性致因模塊，分析油氣管道事故的致因機(jī)理，將有助于奠定油氣管道安全管理的理論基礎(chǔ)，為事故的預(yù)防與控制指明方向，從而對(duì)油氣管道事故進(jìn)行有效的預(yù)防與控制。

1 油氣管道的脆弱性

脆弱性的概念源自于對(duì)自然災(zāi)害的研究，后逐漸從自然科學(xué)拓展到社會(huì)科學(xué)、醫(yī)療科學(xué)、工程科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域。脆弱性的概念在不同的研究領(lǐng)域有不同的表述，但各領(lǐng)域的研究表述之間可以總結(jié)和歸納出對(duì)脆弱性刻畫的共同點(diǎn)如下：系統(tǒng)存在著內(nèi)在的不穩(wěn)定性。施加在客體上的擾動(dòng)，既有來(lái)自于系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)外環(huán)境的單一擾動(dòng)，也有不同擾動(dòng)因子間交叉作用的復(fù)合性擾動(dòng)。脆弱性概念內(nèi)涵敏感性、恢復(fù)力和適應(yīng)性三個(gè)概念，刻畫出脆弱性客體、擾動(dòng)因子以及它們共同作用產(chǎn)生的結(jié)果，三者間的相互關(guān)系。系統(tǒng)的脆弱性由與系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)外擾動(dòng)因子引起，并針對(duì)不同的因子表現(xiàn)出不同的擾動(dòng)結(jié)果。脆弱性既包含課題的現(xiàn)有狀態(tài)，又即將面臨的風(fēng)險(xiǎn)，呈現(xiàn)出脆弱性的時(shí)空格局[5]。

基于上述分析，油氣管道的脆弱性可定義為：在擾動(dòng)因素的作用下，油氣管道及沿線區(qū)域在安全、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、自然環(huán)境等方面呈現(xiàn)出的高度敏感性并缺乏應(yīng)對(duì)能力，導(dǎo)致管道及周邊區(qū)域遭受損害的一種狀態(tài)屬性[6]。脆弱性是油氣管道系統(tǒng)的固有屬性，系統(tǒng)的脆弱性與安全性呈現(xiàn)出反向運(yùn)動(dòng)的特征，當(dāng)系統(tǒng)的安全性提高時(shí)，其脆弱性便會(huì)反向降低，但不會(huì)因?yàn)榘踩缘牟粩嗵岣呤瓜到y(tǒng)脆弱性消亡。油氣管道系統(tǒng)受到系統(tǒng)自身敏感性、適應(yīng)性、恢復(fù)力強(qiáng)度的約束，在動(dòng)態(tài)變化地內(nèi)外擾動(dòng)因素的共同作用下，系統(tǒng)脆弱性呈現(xiàn)出性質(zhì)構(gòu)造及度量評(píng)價(jià)的復(fù)雜性?？梢酝ㄟ^(guò)強(qiáng)化油氣管道系統(tǒng)，降低系統(tǒng)自身的不穩(wěn)定性，消減內(nèi)外擾動(dòng)因素對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)，降低系統(tǒng)的脆弱性，體現(xiàn)出系統(tǒng)脆弱性的可控特性。

2 油氣管道事故脆弱性的相關(guān)構(gòu)成

鑒于油氣管道建設(shè)跨越空間大，所經(jīng)地域地質(zhì)條件、人口密度、經(jīng)濟(jì)密度、社會(huì)環(huán)境不盡相同，管道投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)時(shí)間差別大，油氣管道在時(shí)空維度上存在的復(fù)雜性，在進(jìn)行油氣管道事故致因研究時(shí)，就不能僅將油氣管道作為研究的對(duì)象，而是需要將地上條件因素與地下管道相結(jié)合，形成一個(gè)復(fù)雜的耦合系統(tǒng)作為研究對(duì)象，進(jìn)行較為完整的致因分析。

脆弱性是油氣管道系統(tǒng)所固有的屬性，是系統(tǒng)內(nèi)部的因素導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，所暴露出來(lái)的是油氣管道系統(tǒng)的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的脆弱性在魯棒控制之下，處于相對(duì)穩(wěn)定和安全的狀態(tài)，系統(tǒng)在受到內(nèi)外擾動(dòng)因素的干擾之下，當(dāng)擾動(dòng)程度超過(guò)特定的閾值，就會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)的改變，這種情況下應(yīng)對(duì)能力失效，無(wú)法發(fā)揮控制作用，則油氣管道事故的發(fā)生就不可避免。

根據(jù)肯特法在長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)上的應(yīng)用，結(jié)合脆弱性的理論內(nèi)涵，可將油氣管道事故致因要素分為：管道系統(tǒng)的脆弱性、承災(zāi)體的脆弱性、應(yīng)對(duì)能力的脆弱性。

管道系統(tǒng)的脆弱性可以劃分為管道固有的脆弱性和外部因素影響所形成的管道脆弱性。管道固有的脆弱性從管道本體及與管道運(yùn)行直接相關(guān)的方面進(jìn)行解析，由本體缺陷、管理缺陷和操作缺陷三部分構(gòu)成。本體缺陷是管道的客體系統(tǒng)所存在的不利因素，其中包括：土壤腐蝕性、防腐層狀況、陰極保護(hù)狀況、雜散電流情況、介質(zhì)腐蝕性、管材缺陷和使用年限等。這些不利因素的存在直接影響到油氣管道的運(yùn)營(yíng)安全。作為由人參與并發(fā)揮作用的操作因素，貫穿了管道系統(tǒng)從前期的設(shè)計(jì)、施工到后期的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)階段的全生命周期，在每個(gè)階段所產(chǎn)生的誤操作都會(huì)成為油氣管道系統(tǒng)的缺陷，通過(guò)油氣管道系統(tǒng)的脆弱性表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)構(gòu)建與管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等相匹配的管理機(jī)構(gòu)，制定相應(yīng)的規(guī)章制度，通過(guò)組織和人員保障制度的執(zhí)行，從而達(dá)到安全生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的目的。管道系統(tǒng)的本體、管理和操作，相互影響、相互依存，形成一個(gè)完整的運(yùn)行整體。系統(tǒng)中某一要素的變化或缺陷都會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的其他要素產(chǎn)生影響，并表現(xiàn)出對(duì)系統(tǒng)脆弱性整體的影響。

肯特法將第三方因素和外部的腐蝕環(huán)境作為重要的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，第三方因素包括覆土厚度、地面活動(dòng)度、占?jí)呵闆r、地質(zhì)災(zāi)害、巡線頻率等，這些因素構(gòu)成了管道系統(tǒng)的外部環(huán)境，外部因素的變化造成管道系統(tǒng)存在環(huán)境的變化，對(duì)管道系統(tǒng)的原有狀態(tài)產(chǎn)生影響。因此，將第三方因素和外部腐蝕環(huán)境作為油氣管道脆弱性的擾動(dòng)因素，對(duì)系統(tǒng)脆弱性的變化直接產(chǎn)生影響。

災(zāi)害事故的發(fā)生是由于致災(zāi)環(huán)境的危險(xiǎn)性和承災(zāi)體的脆弱性決定的。承災(zāi)體的脆弱性是指災(zāi)害事故一旦發(fā)生時(shí)承災(zāi)體可能發(fā)生的損失，它反映了區(qū)域?qū)τ跒?zāi)害損失的敏感性[7]。管道事故的發(fā)生，將會(huì)產(chǎn)生包括管道破壞、人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、社會(huì)反應(yīng)等不良影響，所波及到的人員、經(jīng)濟(jì)、設(shè)施、環(huán)境等作為災(zāi)害事故發(fā)生產(chǎn)生損失的承災(zāi)實(shí)體。在管道事故致因分析中，承災(zāi)體是不可或缺的部分。

系統(tǒng)應(yīng)對(duì)能力對(duì)災(zāi)害事故發(fā)生與否起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用，從應(yīng)急系統(tǒng)、政府機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)保障救援能力、公眾的綜合應(yīng)對(duì)能力幾個(gè)方面，運(yùn)用脆弱性評(píng)價(jià)系統(tǒng)面對(duì)災(zāi)害發(fā)生的應(yīng)對(duì)能力，當(dāng)管道事故即將發(fā)生或已然發(fā)生時(shí)，如系統(tǒng)應(yīng)對(duì)能力的脆弱性降低，系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)能力將會(huì)阻止事故的發(fā)生或減輕事故發(fā)生所造成的損害。如系統(tǒng)應(yīng)對(duì)能力脆弱性升高，則將會(huì)加速事故的發(fā)生，所造成的損害也將擴(kuò)大。

3 油氣管道事故脆弱性致因機(jī)理分析

由于本體缺陷、管理缺陷和操作缺陷所構(gòu)成的油氣管道系統(tǒng)固有脆弱性的存在，造成系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)因子擾動(dòng)呈現(xiàn)出敏感性和不穩(wěn)定性，基于結(jié)構(gòu)魯棒性在油氣管道脆弱性上的應(yīng)用，對(duì)油氣管道固有脆弱性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在脆弱性評(píng)價(jià)的一個(gè)閾值之下能夠保持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。油氣管道系統(tǒng)暴露在系統(tǒng)所涉及到的第三方因素和外部腐蝕環(huán)境等外部因素構(gòu)成的擾動(dòng)因子影響范圍之中，這種暴露程度取決于擾動(dòng)因素的強(qiáng)度，當(dāng)擾動(dòng)因子作用于系統(tǒng)脆弱性達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，系統(tǒng)的脆弱性評(píng)價(jià)值就會(huì)突破安全的閾值，系統(tǒng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞，油氣管道系統(tǒng)整體或局部功能遭到破壞，管道系統(tǒng)內(nèi)所承載傳輸?shù)慕橘|(zhì)開始發(fā)生泄漏，并逐漸向承災(zāi)體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)與承災(zāi)體出現(xiàn)軌跡上的交叉，或是承災(zāi)體暴露在泄漏介質(zhì)的影響之下，突破承災(zāi)體所能承受的界限時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致事故災(zāi)難的發(fā)生。

此時(shí)，由應(yīng)急系統(tǒng)、政府和公眾所形成的油氣管道系統(tǒng)應(yīng)對(duì)能力，對(duì)突破脆弱性安全閾值的管道系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)，呈現(xiàn)出兩種控制狀態(tài)，一方面是針對(duì)于管道系統(tǒng)脆弱性，彌補(bǔ)由于脆弱性突破閾值導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏，截?cái)喑袨?zāi)體與泄漏介質(zhì)的接觸途徑，避免承災(zāi)體過(guò)多的暴露，盡量的避免或降低損失。另一方面通過(guò)管理的方式，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)對(duì)能力降低承災(zāi)體的脆弱性，這樣就增強(qiáng)了承災(zāi)體抵抗災(zāi)變的能力，提高了油氣管道系統(tǒng)整體的安全性。

油氣管道應(yīng)對(duì)能力失效的狀況出現(xiàn)，油氣管道系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓和崩潰的狀況將不可避免，對(duì)于油氣管道系統(tǒng)的探討將轉(zhuǎn)入到事故應(yīng)急管理的范疇。

4 結(jié)論

（1）脆弱性是油氣管道系統(tǒng)所固有的屬性，從系統(tǒng)的脆弱性解析本身的敏感性和不穩(wěn)定性，分析油氣管道系統(tǒng)事故的致因機(jī)理，為能夠更好地認(rèn)識(shí)事故發(fā)生，有助于奠定油氣管道安全管理的理論基礎(chǔ)。

（2）構(gòu)建由管道系統(tǒng)的脆弱性、承災(zāi)體的脆弱性、應(yīng)對(duì)能力的脆弱性組成的事故致因主體，通過(guò)解析三者之間的作用關(guān)系，有助于辨識(shí)系統(tǒng)存在的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，為制定科學(xué)合理的事故風(fēng)險(xiǎn)消減措施提供依據(jù)，保障了油氣管道系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全。

（3）在油氣管道系統(tǒng)脆弱性研究中引入脆弱性閾值的概念，合理的描述出事故形成的過(guò)程性，并沒有對(duì)脆弱性閾值進(jìn)行深入的研究。對(duì)油氣管道系統(tǒng)脆弱性閾值的研究將成為有效控制事故發(fā)生，降低系統(tǒng)脆弱性，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性有著現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

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四川石油天然氣發(fā)展研究中心2016年度資助項(xiàng)目（111油氣科SKY/6-03）