吳起
—延煉輸油管道高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)

王 帥，張乃祿，2 ，王 萌 ，許 磊

(1.西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065； 2.西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

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吳起
—延煉輸油管道高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)

王 帥1，張乃祿1，2，王 萌1，許 磊1

(1.西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065； 2.西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

摘要：針對近些年國內(nèi)油氣長輸管道泄漏與爆炸安全事故頻發(fā)，高后果區(qū)(HCAs)生產(chǎn)運(yùn)行過程失效風(fēng)險(xiǎn)增大，以吳起—延煉輸油管道為例，系統(tǒng)研究了高后果區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)問題：(1)根據(jù)HCAs評分標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別管線高后果區(qū)；(2)分析高后果區(qū)管段危險(xiǎn)因素，建立抉擇評語集及評價(jià)指標(biāo)體系；(3)采用層次分析法(AHP)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用模糊評價(jià)確定高后果區(qū)管段風(fēng)險(xiǎn)級(jí)數(shù)。研究結(jié)果表明：吳起—延煉輸油管道D段HCAs風(fēng)險(xiǎn)級(jí)數(shù)為0.575 1，處于中等風(fēng)險(xiǎn)與較高風(fēng)險(xiǎn)之間，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

關(guān)鍵詞：輸油管道；高后果區(qū)；指標(biāo)體系；模糊評價(jià)

王帥,張乃祿,王萌,等.吳起—延煉輸油管道高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,31(1):62-67.

WANG Shuai,ZHANG Nailu,WANG Meng,et al.Study on fuzzy assessment of risk in high consequence areas of Wuqi-Yanlian oil pipeline[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(1):62-67.

引言

近年來，我國油氣管道數(shù)量急劇增長，管道地理環(huán)境復(fù)雜、人類活動(dòng)頻繁，同時(shí)大部分管道進(jìn)入老齡化階段，管道失效事故驟增，尤其是管道高后果區(qū)。例如2010年“7·16”大連新港輸油管道、2013年“11·22”青島輸油管線等特大火災(zāi)爆炸事故，造成了極其嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響[1]。管道高后果區(qū)(high consequence areas，簡稱HCAs)指如果管道發(fā)生泄漏會(huì)嚴(yán)重危及公眾安全和(或)造成環(huán)境較大破壞的區(qū)域[2]。油氣管道介質(zhì)具有易燃、易爆的特性，管道一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重環(huán)境污染、火災(zāi)爆炸等惡性事故，特別在人口密集、環(huán)境敏感地段的泄漏或爆炸事故，將對自然環(huán)境、社會(huì)生活、人身安全造成極大危害。因此，HCAs識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評估成為管道完整性管理的重中之重。

國內(nèi)針對油氣管線HCAs識(shí)別與評價(jià)技術(shù)研究甚少，2005年石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輸氣管道系統(tǒng)完整性管理》，探討了油氣管線潛在影響區(qū)域[3]；借鑒美國管道管理經(jīng)驗(yàn)，2009年中石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《管道完整性管理規(guī)范》與2014年石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《管道系統(tǒng)完整性管理指南》分別提出管道HCAs識(shí)別準(zhǔn)則[4]，但缺乏對管道HCAs的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

1吳延輸油管道高后果區(qū)識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1吳延輸油管道高后果區(qū)識(shí)別

吳起—延煉輸油管道起自石百萬輸油首站，止于延煉輸油末站，干線全長280.1 km，沿線有城鎮(zhèn)、學(xué)校、工廠、鐵路、河流等人口密集區(qū)、重要設(shè)施區(qū)及環(huán)境敏感區(qū)[5]，吳延輸油管道沿線狀況及HCAs評分標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

對輸油管道而言，油品泄漏可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸等嚴(yán)重后果，導(dǎo)致人員傷亡、設(shè)施破壞、環(huán)境污染，因而從人口、特定場所、設(shè)施建筑物、特殊自然環(huán)境4個(gè)特征因素識(shí)別HCAs管段[6]。吳延輸油管道HCAs識(shí)別結(jié)果見表1。

圖1　吳延輸油管道沿線狀況及HCAs評分標(biāo)準(zhǔn)Fig.1　HCAs along Wu-Yan oil pipeline and their score standand

序號(hào)管段所在地輸油管道HCAs特征因素人口特定場所設(shè)施建筑物特殊自然環(huán)境評分A段金鼎鎮(zhèn)110學(xué)校建筑施工5棟4層樓房吳甘、吳華公路洛河、農(nóng)耕地597B段雙河鄉(xiāng)55農(nóng)貿(mào)市場工廠、電纜光纜吳志、志甘公路周水河、洛河308C段城關(guān)鎮(zhèn)42休閑廣場4戶農(nóng)家院作物棚、高壓線洛河232D段交口河鎮(zhèn)148醫(yī)院農(nóng)貿(mào)市場11棟建筑、2條高速鐵路、國道、省道靖咸輸油管、靖西輸氣管界子河834

1.2輸油管道高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)分析

對吳延輸油管道4個(gè)HCAs管段資料分析和現(xiàn)場調(diào)研，從5個(gè)方面分析影響管段失效的風(fēng)險(xiǎn)因素。

(1)第三方破壞因素：①A段HCAs有農(nóng)業(yè)耕種、建筑施工等人類活動(dòng)，為免受外力損傷，管道要求滿足最小覆土厚度；②D段HCAs存在鐵路、公路等，地面活動(dòng)程度高，套管防護(hù)對管道安全非常關(guān)鍵；③HCAs管段處于人口密集區(qū)，設(shè)立標(biāo)志、安全知識(shí)宣傳、加強(qiáng)法治觀念等都直接影響HCAs管段安全；④HCAs管段巡線頻率及巡線人員素質(zhì)對預(yù)防第三方破壞至關(guān)重要。

(2)腐蝕因素：①管道HCAs內(nèi)腐蝕與常規(guī)管段無異，對管段失效影響較小；②B、D段HCAs存在電纜光纜、高壓線及其他輸送管道干擾，外腐蝕嚴(yán)重，因而須考慮埋地環(huán)境、外腐蝕防護(hù)狀況等影響因素；③HCAs管段地電位測試、測值分析及計(jì)劃維修狀況等閉區(qū)間勘察對預(yù)防管道腐蝕失效極其重要。

(3)設(shè)計(jì)因素：①HCAs管段地形復(fù)雜，極易造成安全系數(shù)選取不當(dāng)，壁厚不能滿足實(shí)踐運(yùn)行，造成管道變形、彎曲，甚至斷裂；②C、D段HCAs地形起伏大，管道疲勞、水擊危害對管段安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

(4)誤操作因素：設(shè)計(jì)與施工誤操對已投產(chǎn)管線影響極小，但運(yùn)行與維護(hù)過程中人的失誤對HCAs管段安全影響較大。

(5)自然災(zāi)害因素：①B段HCAs丘陵溝壑，易發(fā)生滑坡、山洪，嚴(yán)重影響管道安全運(yùn)行；②A段HCAs存在建筑施工，易引發(fā)地面震動(dòng)、塌陷，有極大的風(fēng)險(xiǎn)隱患；③D段HCAs跨越界子河床，洪水、澇災(zāi)等災(zāi)害極易造成管段扭曲拱起、彎曲變形，甚至失效。

2高后果區(qū)管段風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的建立

通過HCAs管段風(fēng)險(xiǎn)分析，建立HCAs管段安全可靠性影響因素的層次結(jié)構(gòu)模型，吳延輸油管道高后果區(qū)管段風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系見表2。

3高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)

以D段HCAs(位于甘泉輸油站與延煉輸油站之間)為研究管段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)。

表2　吳延輸油管道高后果區(qū)管段

3.1構(gòu)造判斷矩陣

HCAs管段風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行兩兩比較，通過德菲爾法[7]，引用1～9標(biāo)度[8]，判斷矩陣標(biāo)度及含義見表3。構(gòu)造目標(biāo)層及因素層各影響因子判斷矩陣，見表4—表9。

3.2確定權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

基于表4—表9的判斷矩陣，通過Visual BASIC編寫AHP算法[9]，計(jì)算得到權(quán)重集合及一致性檢驗(yàn)結(jié)果，見表10。

表3　判斷矩陣標(biāo)度及含義

表4　D段HCAs風(fēng)險(xiǎn)因素判斷矩陣

表5　第三方破壞因素判斷矩陣

表6　腐蝕因素判斷矩陣

表7　設(shè)計(jì)因素判斷矩陣

表8　誤操作因素判斷矩陣

表9　自然災(zāi)害因素判斷矩陣

表10　權(quán)重集合與一致性檢驗(yàn)結(jié)果

注：λmax為最大特征值；RI為一致性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值；CR為一致性比率

3.3建立關(guān)系矩陣進(jìn)行模糊綜合評價(jià)

建立抉擇評語集合，選取5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，即：V={極低風(fēng)險(xiǎn)，較低風(fēng)險(xiǎn)，中等風(fēng)險(xiǎn)，較高風(fēng)險(xiǎn)，極高風(fēng)險(xiǎn)}={1.0，0.8，0.6，0.4，≤0.2}，采用多維量表法建立模糊關(guān)系矩陣R，其中rij的取值見表11。

表11　影響因子與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隸屬程度

(1)第三方破壞因素綜合評價(jià)

得B1=W1·R1=(0.304 6，0.569 1，0.528 4，0.383 1， 0.288 9)。

(2)腐蝕因素綜合評價(jià)

(3)設(shè)計(jì)因素綜合評價(jià)

(4)誤操作因素綜合評價(jià)

(5)自然災(zāi)害因素綜合評價(jià)

于是有

W=(0.577 4， 0.188 5， 0.058 7， 0.032 6， 0.142 8)得B=W·R=(0.261 2，0.463 7，0.461 7，0.358 4， 0.261 8)。

采用加權(quán)平均原則確定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)數(shù)[10]，其表達(dá)式為

式中：B′為評價(jià)對象的相對位置；k值取為2(控制較大的bj)。

經(jīng)計(jì)算得B′=2.876，將B′轉(zhuǎn)化為抉擇評語集V中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，即

計(jì)算得該高后果管段風(fēng)險(xiǎn)級(jí)數(shù)為0.575 1。

3.4結(jié)果分析

依據(jù)抉擇評語集合，可得D段HCAs管段風(fēng)險(xiǎn)級(jí)數(shù)為0.575 1，處于中等風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)之間，該管段存在較大的風(fēng)險(xiǎn)隱患，嚴(yán)重影響管線的安全運(yùn)行。影響該HCAs管段運(yùn)行安全的主要因素，依次為管道上方活動(dòng)程度、線路標(biāo)志、巡線狀況、極端氣候、陰極保護(hù)、套管防護(hù)、宣傳教育與法律保護(hù)、外防腐層、地形地貌、閉區(qū)間勘察等10個(gè)影響因素，重點(diǎn)是管道上方活動(dòng)程度(0.204)、線路標(biāo)志(0.127)和巡線狀況(0.096)嚴(yán)重影響HCAs管段的運(yùn)行安全，必須從這3個(gè)方面改善措施和加強(qiáng)管理。

4結(jié)論

(1)通過對吳延輸油管道HCAs的識(shí)別，明確了造成管道HCAs的原因及主要特征因素，對識(shí)別油氣長輸管線HCAs具有重要的指導(dǎo)作用。

(2)建立了吳延輸油管道HCAs風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)法得D段HCAs管段風(fēng)險(xiǎn)級(jí)數(shù)為0.575 1，處于中等風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)之間，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)隱患，重點(diǎn)是管道上方活動(dòng)程度、線路標(biāo)志、巡線狀況等權(quán)重大的影響因素，應(yīng)加強(qiáng)管理并采取改進(jìn)措施。

(3)吳延輸油管道HCAs的風(fēng)險(xiǎn)模糊評價(jià)，使管線HCAs段完整性管理重點(diǎn)更加清晰，對提高油氣長輸管線HCAs完整性管理水平、保障油氣管線安全運(yùn)行具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

參 考 文 獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：張新寶

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.010中圖分類號(hào)：TE973

文章編號(hào)：1673-064X(2016)01-0062-06

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-07-10

基金項(xiàng)目：陜西省重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目(編號(hào)：2014ZKC(一)03-02)；西安石油大學(xué)碩士研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目(編號(hào)：2014cx130110)

作者簡介：王帥(1991-)，男，碩士研究生，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全技術(shù)研究。E-mail：354670602@qq.com

Study on Fuzzy Assessment of Risk in High Consequence Areas of Wuqi-Yanlian Oil Pipeline

WANG Shuai1,ZHANG Nailu1,2,WANG Meng1,XU Lei1

(1.College of Petroleum Engineering,Xi`an Shiyou University,Xi`an 710065,Shaanxi,China; 2.College of Electronic Engineering,Xi`an Shiyou University,Xi`an 710065,Shaanxi,China)

Abstract:In recent years,oil and gas pipeline leakage and explosion accident occurs frequently in our country,and the failure risk of high consequence areas (HCAs)increases in the operation process of oil/gas pipeline.For this reason,the risk assessment of the oil-gas pipeline in high consequence areas is systemically studied taking Wuqi-Yanlian oil pipeline as an example.First,identify the high consequence areas of the pipeline according to the score standard for HCAs,and then analyze the risk factors of the pipe segments in the high consequence areas,establish the selection evaluation set and the evaluation index system.Finally,use the analytic hierarchy process (AHP)to calculate the index weight,and use fuzzy evaluation to determine the risk levels of the pipe segments in high consequence areas.The research result shows that the risk level of D segment of Wuqi-Yanlian oil pipeline is 0.575 1,which is between medium risk and high risk,so there is great risk in the pipeline.

Key words:oil pipeline；high consequence area；index system；fuzzy assessment