天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

孫祥太

天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

孫祥太

（中原油田分公司油氣儲(chǔ)運(yùn)中心，河南 濮陽(yáng) 457000）

為了保障天然氣管道的安全運(yùn)行，需要對(duì)天然氣管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。對(duì)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并針對(duì)我國(guó)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)面臨的主要問(wèn)題提出了相應(yīng)建議。

天然氣管道；安全運(yùn)行；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

管道運(yùn)輸具有占地少、受地形限制少、運(yùn)輸量大、便于管理且經(jīng)濟(jì)可靠等特性，是如今原油、成品油及天然氣最主要的運(yùn)輸方式。據(jù)《中國(guó)天然氣發(fā)展報(bào)告（2019）》統(tǒng)計(jì)，至2018年底，我國(guó)天然氣干線管道總里程達(dá)7.6萬(wàn)km。根據(jù)我國(guó)《中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，到2025年，天然氣管道總規(guī)模將達(dá)到24萬(wàn)km，在未來(lái)5年時(shí)間里，新建天然氣管道長(zhǎng)度要翻一番。

威脅管道安全運(yùn)行的因素主要包括自然災(zāi)害、管道的第三方破壞、腐蝕老化等[1]，隨著天然氣管道總規(guī)模的迅速增長(zhǎng)及管道“老齡化”時(shí)代的到來(lái)，由管道安全事故造成的財(cái)產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境惡化和社會(huì)惡劣影響的問(wèn)題日益凸顯，因此進(jìn)行科學(xué)的管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究的主要任務(wù)，就是要尋找各管道段的風(fēng)險(xiǎn)因素并基于風(fēng)險(xiǎn)危害程度大小，針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)管段優(yōu)先進(jìn)行維修更換，定期排查各管段的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)提供科學(xué)的管理依據(jù)，降低管道事故發(fā)生概率，盡可能減少維護(hù)費(fèi)用，進(jìn)而保障生命健康和人民財(cái)產(chǎn)安全。

1 天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已形成較成熟的體系，其評(píng)價(jià)方法可劃分3大類，包括定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

1.1 定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是運(yùn)用比較分類、歸納演繹和綜合分析的非數(shù)學(xué)方法對(duì)系統(tǒng)中工藝、設(shè)備、人員等進(jìn)行定性分析，對(duì)評(píng)價(jià)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究判斷，排查潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，評(píng)價(jià)管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施。這類評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)在于評(píng)價(jià)過(guò)程簡(jiǎn)便、易操作、無(wú)須建立系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法和精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型、結(jié)果直觀明了，但是由于定性評(píng)價(jià)方法主觀性比較強(qiáng)，包含較多的經(jīng)驗(yàn)成分，對(duì)評(píng)價(jià)人員的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和判斷能力依賴性較大，系統(tǒng)危險(xiǎn)性有時(shí)不能充分體現(xiàn)。定性評(píng)價(jià)方法主要包括安全檢查表法、魚(yú)刺骨圖分析法、危險(xiǎn)及可操作分析法等。

1.2 半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的思路是對(duì)失效因素及事故后果進(jìn)行分級(jí)或打分，建立相應(yīng)的事故概率指標(biāo)體系和事故后果指標(biāo)體系并進(jìn)行組合，利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。這類方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜單元或難以量化概率的危險(xiǎn)性系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指數(shù)有兩個(gè)方面，一是事故概率，二是事故后果。該類方法的弊端是未考慮危險(xiǎn)因素和安全保障體系間的交互作用，也無(wú)法充分重視系統(tǒng)安全保障體系的功能。常用的評(píng)價(jià)方法包括蒙德法，火災(zāi)、爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法，日本的六階段安全評(píng)價(jià)法等。其中管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作中最具普適性的是肯特法，國(guó)內(nèi)大多數(shù)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件的核心原理就是此方法。

1.3 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過(guò)量化管道系統(tǒng)及設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率及事故后果，通過(guò)數(shù)值表明所評(píng)價(jià)對(duì)象的危險(xiǎn)等級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的精確描述。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，用于系統(tǒng)評(píng)估失效發(fā)生的可能性和事故后果嚴(yán)重度，相比半定量與定性風(fēng)險(xiǎn)分析可靠性更強(qiáng)。目前天然氣長(zhǎng)輸管道常采用的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型包括：①事故率模型。根據(jù)條件泄漏概率和事故發(fā)生概率建立。②人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)模型。重點(diǎn)考慮管道沿線一定影響半徑（由管道類型和輸送量確定）的矩形區(qū)域范圍內(nèi)的人員分布情況。③事故后果模型。研究對(duì)象為自由蒸氣云爆炸、池火、噴射火、有毒氣體擴(kuò)散、火球、毒物泄海等，主要用于評(píng)價(jià)管道沿線影響區(qū)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)情況。④風(fēng)險(xiǎn)綜合模型。綜合考慮管道失效發(fā)生概率、管道失效影響的人數(shù)以及事故后果影響程度評(píng)價(jià)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)程度。1992年，MUHLBAUER[2]在《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》中總結(jié)了不同種類管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和評(píng)價(jià)模型，他將設(shè)計(jì)、操作、第二方破壞和腐燭這4類因素總結(jié)為管道失效的主要因素。1996年，在其研究的基礎(chǔ)上修正和完善了各種條件下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，在風(fēng)險(xiǎn)管理部分進(jìn)一步完善了風(fēng)險(xiǎn)與成本管理之間關(guān)系的相關(guān)內(nèi)容。AHAMMED[3]開(kāi)展了受腐蝕情況下承壓管道的剩余強(qiáng)度和管道壽命預(yù)測(cè)工作；KEVER[4]等預(yù)測(cè)了腐燭環(huán)境中管道爆破強(qiáng)度，研究結(jié)果與實(shí)際基本吻合。針對(duì)事故后果評(píng)價(jià)方面，JO[5]等提出了計(jì)算天然氣管道爆炸傷亡半徑的計(jì)算公式。但該公式參數(shù)包含人身傷亡、財(cái)產(chǎn)損失等數(shù)據(jù)，適用的地區(qū)范圍較窄，缺乏通用公式。此后英國(guó)、加拿大等國(guó)出臺(tái)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)規(guī)范及規(guī)定，要求加入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估或進(jìn)行非強(qiáng)制性管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)入管道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并要求對(duì)具有危險(xiǎn)性的管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

與國(guó)外已經(jīng)形成較為完備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系相比，我國(guó)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估面臨著諸多問(wèn)題。一般而言，在管道建成后與管道制作、設(shè)備以及裝備等有關(guān)的失效因素就已經(jīng)穩(wěn)定存在，使用儀器的檢出率是保證檢測(cè)準(zhǔn)確程度的重要依據(jù)，而與第三方破壞、自然外力、誤操作等相關(guān)的失效因素出現(xiàn)概率比較隨機(jī)，須通過(guò)大量調(diào)查事故資料和定時(shí)檢修才能確定。歐美等國(guó)家管道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行積累了大量管道運(yùn)行歷史參數(shù)和事故發(fā)生概率的相關(guān)數(shù)據(jù)，并建立失效概率模型，具有較高的可信度。而我國(guó)雖然逐步開(kāi)始了數(shù)據(jù)的積累和評(píng)估方法的研討工作，但是數(shù)據(jù)資料較少，未形成完備的失效數(shù)據(jù)庫(kù)，建模方面難度較大，因此國(guó)內(nèi)的研究方法多基于文獻(xiàn)綜述及定性研究。1995年，潘家華[6]詳細(xì)介紹了《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》（Kent，1992）引起國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者開(kāi)始關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并進(jìn)行深入探究，提出了一系列適合我國(guó)管道實(shí)際情況的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，在管道的腐燭、剩余壽命、多因素共同影響下的管道可靠性等方面取得了積極的研究成果。

姚安林[7]針對(duì)我國(guó)天然氣管道失效數(shù)據(jù)較少且可靠性較低的問(wèn)題，建議從天然氣管道數(shù)據(jù)庫(kù)建立、標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)用、管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系完善方面探究風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。黃維和[8]分析了天然氣開(kāi)發(fā)、運(yùn)輸過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素及產(chǎn)生原因。田娜[9]分別將解析分層過(guò)程和灰色關(guān)聯(lián)法分析與肯特法結(jié)合，優(yōu)化了長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。王凱全[10]等根據(jù)國(guó)內(nèi)管道特點(diǎn)，改進(jìn)了肯特法的評(píng)分項(xiàng)和事故因素權(quán)重。陳航[11]等分析了不同國(guó)家的管道失效事故，研究風(fēng)險(xiǎn)事故的失效頻率，提出區(qū)別劃分油氣輸送管道。徐慧[12]等結(jié)合灰色理論及層次分析法，提出管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法，并應(yīng)用于海底管道失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。隨著城市埋地燃?xì)夤艿懒腥胗绊懗鞘邪踩闹卮笪ｋU(xiǎn)源，并在國(guó)家“十五”科技攻關(guān)中列入專項(xiàng)研究，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系擴(kuò)充了如數(shù)值模擬、模糊數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)眾多方法，對(duì)我國(guó)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的完善具有重要意義。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

定性評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)主要是該方法綜合了歷史失效資料但不借助復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，評(píng)價(jià)方法直觀且簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是評(píng)價(jià)過(guò)多依賴于評(píng)價(jià)人的經(jīng)驗(yàn)及主觀判斷，缺乏系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)，具有局限性，只適用于初級(jí)階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)或?yàn)槎吭u(píng)價(jià)提供參考。

定量評(píng)價(jià)方法優(yōu)點(diǎn)是能夠全面綜合的分析管道運(yùn)行系統(tǒng)，量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果客觀且可信度高。其缺點(diǎn)是需要大量的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)及失效資料，只適用于歷史資料完備、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)充足的系統(tǒng)評(píng)價(jià)。

3 我國(guó)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)存在的問(wèn)題與建議

基于前文分析，我國(guó)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)展所要面臨的主要問(wèn)題包括以下3個(gè)：我國(guó)的天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多處于定性分析階段，未建成有效的定量分析方法；天然氣管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)尚未完備；如何做好從定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)渡到定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)期間的風(fēng)險(xiǎn)管理工作。

針對(duì)以上問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決建議：一是暫時(shí)參考?xì)W美等國(guó)天然氣管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)，建立我國(guó)統(tǒng)一的管道風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)方法，逐步取代現(xiàn)行的定性風(fēng)險(xiǎn)管理。二是要基于大數(shù)據(jù)技術(shù)建立和完善管道完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)，尤其是管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)。由于缺乏通用標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)去失效數(shù)據(jù)僅通過(guò)媒體及報(bào)道記錄管道失效事件以定性記錄，缺少詳盡的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及理論分析。因此完整性管理部門當(dāng)務(wù)之急是建立合理、量化的標(biāo)準(zhǔn)，基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求管道企業(yè)采集管道失效數(shù)據(jù)，建立符合我國(guó)石油與天然氣管道特點(diǎn)的失效數(shù)據(jù)庫(kù)。三要基于國(guó)內(nèi)外完整性管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)分析，建立管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防機(jī)制，從源頭管控管道安全，提高油氣管道安全管理水平，以“治標(biāo)”措施為“治本”創(chuàng)造機(jī)會(huì)。建立風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理的雙重預(yù)防性機(jī)制，堅(jiān)持安全風(fēng)險(xiǎn)管控常態(tài)化，以半年為周期多次評(píng)估管道安全性。推行安全風(fēng)險(xiǎn)三級(jí)研判、承諾、公告制度，按照“逐級(jí)負(fù)責(zé)、逐級(jí)報(bào)告、逐級(jí)放心”的理念，建立安全風(fēng)險(xiǎn)承諾公示機(jī)制。對(duì)輸油站內(nèi)外特殊作業(yè)情況、油氣管道系統(tǒng)運(yùn)行情況、一級(jí)重大危險(xiǎn)源狀態(tài)進(jìn)行公示，確保工作人員時(shí)刻掌握管道日常運(yùn)行、特殊作業(yè)狀態(tài)，確保管道風(fēng)險(xiǎn)可控，為管道完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)建立與管道定量分析爭(zhēng)取時(shí)間。

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Study on Risk Assessment of Natural Gas Pipeline

（Oil and Gas Storage and Transportation Center of Zhongyuan Oilfield Company, Puyang Henan 457000, China）

In order to ensure the safe operation of natural gas pipeline, it is necessary to carry out risk assessment on the operation of natural gas pipeline. In this paper, the research status of risk assessment of natural gas pipeline was summarized, and corresponding suggestions for the main problems faced by the risk assessment of natural gas pipeline in China were put forward.

Natural gas pipeline; Safe operation; Risk assessment

2020-06-16

孫祥太(1989-)，男，工程師，山東省濟(jì)寧市人，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)，研究方向:長(zhǎng)輸天然氣管道運(yùn)行及管理。

TE832.1

A

1004-0935（2020）11-1421-03