成品油站場工藝管道風(fēng)險辨識與評價*

周立國，王曉霖，李 明，謝 成，嚴(yán) 格，楊 文

(1.中國石化大連石油化工研究院，遼寧 大連 113001; 2.中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東 廣州 510620)

0 引言

成品油站場承擔(dān)著接收、分輸、增壓、計量、清管等任務(wù)，這些重要功能使得站場在整個輸油管道系統(tǒng)中具有極其重要的地位[1]，其安全狀況一直都是國家與社會關(guān)注的焦點問題[2]。工藝管道作為站場的主要設(shè)備，保障其安全運(yùn)行是站場完整性管理的重要一環(huán)。

對站場工藝管道的完整性管理主要是基于風(fēng)險的管理[3]，目前缺少針對工藝管道風(fēng)險辨識的研究，且針對站內(nèi)工藝管道的風(fēng)險評價方法幾乎全部基于RBI的風(fēng)險評價方法[4-5]，該方法涉及基本失效概率和腐蝕速率2個重要的參數(shù)。然而在應(yīng)用中，往往因無法獲取實際參數(shù)而采用國外的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這給失效概率的計算結(jié)果帶來了較大不確定性；其次RBI的風(fēng)險評價方法的專業(yè)性強(qiáng)，目前均為專業(yè)的第三方機(jī)構(gòu)對工藝管道進(jìn)行階段性的風(fēng)險評價，這給實現(xiàn)風(fēng)險的動態(tài)評價帶來了較大的不確定性。因此，亟需1種數(shù)據(jù)便于獲取、方法便于理解、工作便于開展、評價便于日常管理的工藝管道風(fēng)險評價方法。

鑒于此，本文根據(jù)工藝管道的風(fēng)險機(jī)理，采用SHEL模型，從風(fēng)險內(nèi)因和風(fēng)險外因2角度分析風(fēng)險因素，以KENT法的指標(biāo)評分為理論基礎(chǔ)[6]，規(guī)定指標(biāo)項的量化技術(shù)要求，結(jié)合RBI法的失效可能性修正以及綜合考量環(huán)境、人員、商業(yè)等后果的技術(shù)思路，構(gòu)建風(fēng)險評價模型，明確風(fēng)險可接受水平。從而建立了1套適用于成品油站場工藝管道的風(fēng)險評價技術(shù)體系，以期為成品油站場完整性管理提供一定的技術(shù)支持。

1 風(fēng)險因素辨識

在工藝管道運(yùn)行管理過程中，人員的不安全行為、技術(shù)的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全條件以及管理缺陷四者共同耦合，可觸發(fā)管道本體狀況的不安全性，導(dǎo)致風(fēng)險升高。通過分析風(fēng)險機(jī)理，采用SHEL模型的分析思路[7]，以管體為核心代替SHEL模型中的以人為核心，確定直接反應(yīng)管道本體安全狀況的因素，即導(dǎo)致風(fēng)險升高的直接原因(風(fēng)險內(nèi)因)，通過分析人員、技術(shù)、環(huán)境、管理與管道安全運(yùn)行的關(guān)系確定造成風(fēng)險升高的間接原因(風(fēng)險外因)。由于站內(nèi)管道以地上敷設(shè)為主，故不對地上與地下敷設(shè)分開討論。

1.1 風(fēng)險內(nèi)因

根據(jù)站場管道的失效統(tǒng)計與故障分析，結(jié)合管道的日常巡檢、年度檢查、全面檢驗的工作指標(biāo)、臺賬和報告等現(xiàn)場資料，參照文獻(xiàn)[8]～[9]以及GB/T 27512《埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險評估方法》[10]、SY/T 0087.1《埋地鋼制管道外腐蝕直接評價》[11]等標(biāo)準(zhǔn)，明確工藝管道的風(fēng)險內(nèi)因分為3個二級因素和14個三級因素，并對各因素指標(biāo)項進(jìn)行細(xì)化，如表1所示。

表1 風(fēng)險內(nèi)因分析Table1 Analysis on internal causes of risk

1.2 風(fēng)險外因

風(fēng)險外因從人員因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素和管理因素4個二級因素出發(fā)，根據(jù)因素間的邏輯關(guān)系確定各底層因素。結(jié)合人員檔案、管道技術(shù)臺賬、周邊環(huán)境、站庫管理規(guī)章制度等現(xiàn)場資料，參考文獻(xiàn)[13]以及GB/T 35508《場站內(nèi)區(qū)域性陰極保護(hù)》[15]和SY/T 6830《輸油站場管道和儲罐泄漏的風(fēng)險管理》[16]等標(biāo)準(zhǔn)，確定了23個三級因素，并對各因素指標(biāo)項進(jìn)行細(xì)化，如表2所示。其中人員因素主要針對站場的指揮者、組織者和操作者，對其自身的專業(yè)素質(zhì)進(jìn)行考量；技術(shù)因素主要考慮保障管道安全平穩(wěn)運(yùn)行的技術(shù)措施；環(huán)境因素結(jié)合了自然環(huán)境與社會環(huán)境；管理因素主要考慮站場的管理方式、管理內(nèi)容和管理效果。

表2 風(fēng)險外因分析Table 2 Analysis on external causes of risk

2 失效可能性計算

根據(jù)KENT法的評價思路，對各指標(biāo)項進(jìn)行評分，滿足計算的量化需求；依據(jù)RBI法的修正評價思路，通過風(fēng)險外因修正風(fēng)險內(nèi)因得到失效可能性，因此失效可能性的具體計算式：

P=PB×FM

(1)

式中：PB為基本失效可能性；FM為修正系數(shù)。

2.1 基本失效可能性

根據(jù)在日常運(yùn)行中各指標(biāo)項的重要程度，規(guī)定風(fēng)險內(nèi)因的指標(biāo)量化技術(shù)要求，為保障結(jié)果準(zhǔn)確性與可靠性，各指標(biāo)分值在能反應(yīng)差別的前提下，盡量減小分差，因此筆者將每類因素的總分定為50分。指標(biāo)評分后，需明確管內(nèi)因素、管外因素和管體因素的權(quán)重，其權(quán)重值可根據(jù)基于“3標(biāo)度”的模糊層次分析法確定[17]。權(quán)重計算過程如下：

1)建立優(yōu)先關(guān)系矩陣F=(fij)m×m：

(2)

式中：s(i)和s(j)分別為指標(biāo)fi和fj的相對重要性程度。

2)若矩陣R=(rij)m×m滿足rij=rik-rjk+0.5，則稱為模糊一致矩陣。將優(yōu)先關(guān)系矩陣F轉(zhuǎn)化為模糊一致矩陣R：

(3)

(4)

3)因素權(quán)重計算：

(5)

(6)

(7)

式中：l為計算的過程參數(shù)；Wi為第i個因素的權(quán)重?；臼Э赡苄訮B為風(fēng)險內(nèi)因的加權(quán)求和：

PB=Wpi×Ppi+Wpo×Ppo+Wpb×Ppb

(8)

式中：Wpi為管內(nèi)因素的權(quán)重；Ppi為管內(nèi)因素的評分值；Wpo為管外因素的權(quán)重；Ppo為管外因素的評分值；Wpb為管體因素的權(quán)重；Ppb為管體因素的評分值。

2.2 修正系數(shù)

修正系數(shù)FM的計算過程為：

(9)

FM=10(-0.02pscore+1)

(10)

式中：score為風(fēng)險外因體系的評分；pscore為評分的百分比。

根據(jù)修正系數(shù)的計算過程，風(fēng)險外因體系的總分應(yīng)為100，同基本失效可能性，評分score為風(fēng)險外因的加權(quán)求和。

3 失效后果計算

失效后果包括環(huán)境后果、人員后果和商業(yè)后果3類。其中環(huán)境后果指對土壤、水體及生態(tài)的影響；人員后果指對站場及周邊的人員安全、健康的影響；商業(yè)后果指對公司的經(jīng)濟(jì)損失和信譽(yù)損失[16,18]。

失效后果C為3類后果的加權(quán)求和。

3.1 環(huán)境后果

油品泄漏后對環(huán)境的影響主要為物理影響，因此無需考慮燃燒、爆炸等后果形式。環(huán)境后果的分析導(dǎo)圖與評分說明如圖1所示。

圖1 環(huán)境后果的分析導(dǎo)圖Fig.1 Analysis map of environmental consequence

環(huán)境后果的計算過程：

ECOF=EQ1×EQ2×EQ3×EQ4

(13)

式中：EQ1為產(chǎn)品類型；EQ2為泄漏影響受體；EQ3為對環(huán)境影響所持續(xù)的時間；EQ4為應(yīng)急預(yù)案與演練。

3.2 人員后果

人員后果主要考慮油品泄漏后發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故對人員的影響，因此人員后果的分析導(dǎo)圖與評分說明如圖2所示。

人員后果的計算過程如下：

PCOF=PQ1×PQ2×PQ3×PQ4×PQ5

(14)

式中：PQ1為產(chǎn)品易燃性；PQ2為預(yù)計泄漏體積；PQ3為受限空間；PQ4為應(yīng)急預(yù)案與演練；PQ5為預(yù)計人員傷亡情況。

3.3 商業(yè)后果

商業(yè)后果除了考慮泄漏對經(jīng)濟(jì)的影響，還應(yīng)考慮社會影響，商業(yè)后果的分析導(dǎo)圖與評分說明如圖3所示。

商業(yè)后果的計算過程如下：

(15)

式中：BQ1為估計的損失費用；BQ2為設(shè)備設(shè)施停產(chǎn)影響；BQ3為商業(yè)虧損的持續(xù)時間；BQ4為對資產(chǎn)價值的影響；BQ5為政府部門介入；BQ6為媒體報道；BQ7為公司名譽(yù)和地位影響；BQ8為公司的公關(guān)能力。

圖2 人員后果的分析導(dǎo)圖Fig.2 Analysis map of personnel consequence

圖3 商業(yè)后果的分析導(dǎo)圖Fig.3 Analysis map of business consequence

4 風(fēng)險評價

4.1 風(fēng)險等級

由于風(fēng)險矩陣法(Risk Matrix Method，RMM)直觀易懂，便于實現(xiàn)評價風(fēng)險等級的目標(biāo)，因此采用“5×5”風(fēng)險矩陣將失效可能性大小與失效后果嚴(yán)重程度分為若干等級。

1)失效可能性等級

為滿足5級風(fēng)險矩陣的需求，失效可能性的等級劃分為5個等級。依據(jù)概率均等原則，基本失效可能性值PB的取值范圍為[0,50]，將其均分為5個區(qū)段；外因因素評價體系評分score的取值范圍為[0,100]，將其均分為5個區(qū)段，代入修正系數(shù)的計算公式得到5個區(qū)段；將2組區(qū)段臨界值從小到大依此相乘，得到失效可能性評估準(zhǔn)則見表3，數(shù)值越大，失效可能性越大。

表3 失效可能性等級劃分Table 3 Classification of failure possibility grades

2)失效后果

同理失效后果的等級也分為5個等級，根據(jù)失效后果總分為10 000分，均等分為5個區(qū)域，得到失效后果評估準(zhǔn)則見表4，數(shù)值越大，失效后果越嚴(yán)重。

表4 失效后果等級劃分Table 4 Classification of failure consequences grades

3)風(fēng)險等級

在“5×5”的風(fēng)險矩陣中，共有25個單元格，可將其分成Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ和Ⅰ 4個區(qū)域，分別對應(yīng)的風(fēng)險等級為高風(fēng)險、較高風(fēng)險、中等風(fēng)險和低風(fēng)險，詳見表5。

表5 風(fēng)險矩陣Table 5 Risk matrix

4.2 風(fēng)險排序

為便于制定工藝管道的檢維修計劃，在結(jié)合風(fēng)險等級與輸油站設(shè)備的維護(hù)維修預(yù)算的同時，還需考慮各管段的風(fēng)險排序。因此，結(jié)合失效可能性P與失效后果C，計算各管段的風(fēng)險值R并進(jìn)行排序。風(fēng)險值的計算過程如下：

R=P×C

(15)

5 實例應(yīng)用

在某成品油管道公司進(jìn)行試點應(yīng)用，試點站為該公司首站，位于南方某沿海工業(yè)區(qū)內(nèi)，主要涉及成品油的輸送及儲存，庫容為40×104m3，自輸油站建成投入運(yùn)行以來，維持原有工藝裝置、儲存設(shè)施及相關(guān)安全設(shè)施運(yùn)行正常，能較好的執(zhí)行各種安全管理制度及安全操作規(guī)程，未發(fā)生較大的安全生產(chǎn)事故。以該站的汽油罐區(qū)進(jìn)出油品管線為例。

站場工作人員按照規(guī)定的量化原則，對各指標(biāo)進(jìn)行定分，采用模糊層次分析法計算各一級因素和各后果類型的權(quán)重，以風(fēng)險內(nèi)因為例，管內(nèi)因素、管外因素和管體因素的重要程度為：管體因素>管內(nèi)因素>管外因素，根據(jù)式(2)建立優(yōu)先關(guān)系矩陣：

(16)

根據(jù)式(3)～式(5)得到l1=1；l2=0.5；l3=1.5；最后根據(jù)式(6)、式(7)確定了管內(nèi)因素、管外因素和管體因素的權(quán)重分別為0.33，0.17，0.50；同理計算得到人員因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素和管理因素的權(quán)重分別為0.25，0.25，0.12，0.38；環(huán)境后果、人員后果和商業(yè)后果的權(quán)重分別為0.17，0.50，0.33。

工作人員根據(jù)風(fēng)險因素識別結(jié)果，基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)，依據(jù)構(gòu)建的評價體系與評價方法對汽油罐區(qū)的10條管道進(jìn)行風(fēng)險評價，風(fēng)險排序如圖4所示，評價結(jié)果見表6。

圖4 風(fēng)險排序Fig.4 Risk ranking

管道編號失效可能性值失效后果值失效可能性等級失效后果等級風(fēng)險等級GD-001A19.153 347.43BⅠGD-001B23.653 347.43BⅠGD-002A29.124 097.43CⅡGD-002B8.034 097.42CⅡGD-003A14.563 347.43BⅠGD-003B35.773 347.43BⅠGD-004A49.974 097.44CШGD-004B18.544 097.43CⅡGD-005A4.834 097.42CⅡGD-005B19.654 097.43CⅡ

根據(jù)表6的評價結(jié)果可知，管道GD-004A的風(fēng)險等級為較高風(fēng)險，其余管道的風(fēng)險等級較低。按照公司制定的風(fēng)險可接受水平，較高及較高以上風(fēng)險為不可接受風(fēng)險，應(yīng)立即開展管道的全面檢驗，因此將管道GD-004A納入檢驗計劃中。根據(jù)輸油站設(shè)備檢維修的預(yù)算，結(jié)合圖4的風(fēng)險排序，將管道GD-003B和GD-002A也納入檢驗計劃中。

6 結(jié)論

1)采用SHEL模型，以管道為核心，從導(dǎo)致風(fēng)險上升的直接原因和間接原因2個角度辨識工藝管道的風(fēng)險因素，充分結(jié)合了日常巡檢、定期檢驗、人員配備、技術(shù)條件、周邊環(huán)境和站場管理等現(xiàn)場資料與實際情況，辨識因素過程更具邏輯性、清晰性和全面性。

2)采用風(fēng)險外因體系修正風(fēng)險內(nèi)因體系的技術(shù)思路，以KENT法指標(biāo)評分量化的方式代替了傳統(tǒng)基于RBI風(fēng)險評價的技術(shù)思路，克服了缺少基本失效概率和腐蝕速率等技術(shù)參數(shù)的現(xiàn)狀，減小了失效可能性計算結(jié)果的不確定性。

3)采用基于 “3標(biāo)度”的模糊層次分析法確定權(quán)重，讓操作人員便于明確因素之間的對比關(guān)系，提高工作效率。基于概率均等原則，采用先分后乘的方法確定評估準(zhǔn)則，避免了準(zhǔn)則劃分時產(chǎn)生的誤差。

4)從風(fēng)險等級和風(fēng)險排序2方面對風(fēng)險評價進(jìn)行結(jié)果展示，結(jié)合設(shè)備檢維修預(yù)算有效地為工藝管道的檢維修決策提供依據(jù)，降低了設(shè)備管理的成本。