管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)現(xiàn)狀和啟示

＊張希祥 張強(qiáng) 楊玉鋒 魏然然 劉碩

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司管道科技研究中心 油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 河北 065000）

能源是工業(yè)的“血液”，石油天然氣等化石能源是我國(guó)能源的重要組成部分，原油、成品油和天然氣從油田和氣田提取出來后，經(jīng)過冶煉和凈化，最終是通過油氣長(zhǎng)輸管道將能源輸送到全國(guó)各地，因此，油氣長(zhǎng)輸管道承擔(dān)著工業(yè)所需能源輸送的重要任務(wù)，是工業(yè)能源的重要通道，相當(dāng)于工業(yè)的“血管”，如果能源通道發(fā)生故障，勢(shì)必會(huì)影響工業(yè)生產(chǎn)和居民日常生活。

通過管道輸送石油天然氣已經(jīng)有一個(gè)世紀(jì)的歷史，早期的油氣管道使用的是鑄鐵管，在抗壓、抗拉和抗剪方面都遠(yuǎn)不如現(xiàn)在采用的合金鋼管，管道腐蝕、第三方損壞、地質(zhì)災(zāi)害和本體缺陷等因素特別容易導(dǎo)致早期的鑄鐵管道發(fā)生泄漏或者破裂。時(shí)至今日，高性能合金管道仍然會(huì)因?yàn)楣艿纼?nèi)外腐蝕、管道周邊第三方損壞、管道周邊地質(zhì)災(zāi)害、管道本體缺陷和員工誤操作等因素發(fā)生泄漏、破裂等事件[1-3]。管道輸送的原油、成品油和天然氣等油氣介質(zhì)大多具有易擴(kuò)散的特性，管道泄漏后介質(zhì)容易擴(kuò)散到很大的范圍，易爆性和易燃性會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故，部分介質(zhì)還具有毒性，可能造成人員傷亡等危害[4-5]。

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前，北美與歐洲已經(jīng)在管道設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)均考慮了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素，通過管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的普遍應(yīng)用，為管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)避免了管道事故的發(fā)生，減少了事故損失，但是，國(guó)外管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的發(fā)展經(jīng)歷了長(zhǎng)期的過程[6-7]。

管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)最早誕生于20世紀(jì)70年代的美國(guó)，彼時(shí)，美國(guó)正在大量建設(shè)油氣長(zhǎng)輸管道，油氣長(zhǎng)輸開始作為能源的重要運(yùn)輸方式登上了歷史的舞臺(tái)。然而，早期的鋼管質(zhì)量參差不齊，加上人們對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不充分，油氣管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生。在不斷地處理管道泄漏事故對(duì)過程中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)被逐漸應(yīng)用到油氣管道領(lǐng)域，從此，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為重要的管道管理手段開始被探索和發(fā)展。20世紀(jì)50年代，美國(guó)成立了國(guó)際管道研究協(xié)會(huì)PRCI（Pipeline Research Council International）協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)將可能導(dǎo)致油氣泄漏的因素進(jìn)行了總結(jié)和梳理，形成了早期的油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)因素表，為油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)構(gòu)筑了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，影響了后續(xù)油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的發(fā)展方向。1992年，W.Kent.Muhlbauer編著了《Pipeline Risk Management Manual》，不僅詳細(xì)總結(jié)了油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)因素，而且與管道運(yùn)行了幾十年的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)照，最后將管道風(fēng)險(xiǎn)因素歸納為第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)和誤操作四類風(fēng)險(xiǎn)因素。國(guó)家管網(wǎng)北方管道有限公司如今使用的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法依然是以肯特法為基礎(chǔ)的半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

加拿大從20世紀(jì)90年代開始對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行關(guān)注，1994年，加拿大的能源管理委員會(huì)NEB（National Energy Board）開始對(duì)石油天然氣相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)管，該委員會(huì)成立于1959年，隸屬于加拿大國(guó)家自然資源部，負(fù)責(zé)對(duì)本國(guó)的石油天然氣業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)督和管理，該委員會(huì)對(duì)加拿大石油天然氣公司提供了大量管道風(fēng)險(xiǎn)管理相關(guān)的幫助。加拿大C-FER公司開發(fā)了PIRAMID軟件，該軟件可以對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并出具管道維護(hù)計(jì)劃。

英國(guó)于1974年批準(zhǔn)了《工作健康與安全法案》，成立了健康與安全委員會(huì)HSC（Health and Safety Commission），該委員會(huì)主要是保護(hù)公眾免受各種情況引起的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)。1975年，根據(jù)健康與安全委員會(huì)安排，英國(guó)健康與安全執(zhí)行局HSE（Health and Safety Executive）成立，該執(zhí)行局的職責(zé)是滿足健康和安全委員會(huì)的要求，并在所有工作場(chǎng)所執(zhí)行衛(wèi)生和安全法規(guī)，同時(shí)指導(dǎo)各個(gè)行業(yè)安全管理工作，其中包括油氣管道行業(yè)。英國(guó)燃?xì)夤究萍奸_發(fā)部（現(xiàn)Advantica公司）建立了輸氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)模型。此外，英國(guó)還有MISHAP、TRANSPIPE等軟件可以進(jìn)行管道風(fēng)險(xiǎn)分析。

加拿大的國(guó)家能源委員會(huì)（NEB，National Energy Board）建立于1956年，通過與加拿大境內(nèi)各管道公司建立聯(lián)系，定期收集各管道公司發(fā)生的管道事故中人員傷亡、環(huán)境影響、火災(zāi)或爆炸影響范圍、烴類泄漏情況以及誤操作等事故信息，統(tǒng)計(jì)對(duì)象包括加拿大境內(nèi)的油氣長(zhǎng)輸管道、油氣存儲(chǔ)設(shè)備、壓縮機(jī)、閥門、泵等管道附屬設(shè)施，形成了加拿大管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)（PID，Pipeline Incident Database），根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，將管道失效因素整理為材料或制造缺陷、土體移動(dòng)、第三方損壞、金屬損失、破裂和其他等6大類因素。加拿大的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)行業(yè)主要以此數(shù)據(jù)庫(kù)作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)支撐，基于PID的6大類風(fēng)險(xiǎn)因素為導(dǎo)向開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

相對(duì)于北美和歐洲，我國(guó)油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)起步較晚，原因是我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程晚于北美和歐洲，管道蓬勃發(fā)展時(shí)間也相應(yīng)晚于北美和歐洲，但是我國(guó)近些年管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究發(fā)展迅速[8-9]。

1994年，西南石油大學(xué)對(duì)魯寧管道開展了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，標(biāo)志著我國(guó)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)開始進(jìn)入人們的視線。1995年，著名學(xué)者潘家華教授向國(guó)內(nèi)介紹了W.Kent.Muhlbauer的肯特評(píng)分法，彼時(shí)，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)開始引起了國(guó)內(nèi)學(xué)者和專家的重視，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)使用的以肯特評(píng)分法為原型的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。2000年西南石油大學(xué)通過與某企業(yè)合作開發(fā)了“在役輸氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件”，并在重啟氣礦達(dá)臥輸氣管線上進(jìn)行了應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)油氣管道行業(yè)已經(jīng)開始有了比較完整的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)并可以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。2002年，西南石油大學(xué)姚安林團(tuán)隊(duì)根據(jù)W.Kent.Muhlbauer的肯特評(píng)分法模型，開發(fā)了油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件，并在中國(guó)石油西南油氣田公司的北干線上開展了應(yīng)用，取得了良好的效果。2008年，趙建平等人針對(duì)管道第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地點(diǎn)、發(fā)生類型等不確定性的特點(diǎn)，運(yùn)用事故樹與模糊綜合評(píng)價(jià)法來分析城市埋地燃?xì)夤艿赖谌狡茐娘L(fēng)險(xiǎn)，并應(yīng)用了工程實(shí)例，表明我國(guó)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)日趨成熟。自2016年開始，國(guó)家管網(wǎng)北方管道有限公司（當(dāng)時(shí)為中石油管道分公司）開發(fā)了基于肯特法的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)（Riskscore TP），至2020年，國(guó)家管網(wǎng)北方管道有限公司所轄在役管道15517公里，其中原油管道6023公里，成品油管道4506公里，天然氣管道4988公里，基于肯特法的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)（Riskscore TP）已經(jīng)全面應(yīng)用。

3.啟示

（1）根據(jù)我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道實(shí)際情況梳理管道風(fēng)險(xiǎn)因素。我國(guó)從開始的油氣長(zhǎng)輸管道定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)到目前應(yīng)用最多的油氣長(zhǎng)輸管道半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，很多經(jīng)驗(yàn)是從歐美借鑒而來，在借鑒的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該根據(jù)我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)照和分析。如早期我國(guó)管道剛建設(shè)完畢，腐蝕因素不是很突出，隨著運(yùn)行時(shí)間的積累，油氣長(zhǎng)輸管道腐蝕因素逐漸嚴(yán)峻；再如近年以來伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不斷向好，施工建設(shè)活動(dòng)逐漸增多，油氣長(zhǎng)輸管道第三方損壞因素日益突出，我們應(yīng)該根據(jù)我國(guó)管道實(shí)際情況，合理選擇管道風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)。

（2）逐步引入油氣長(zhǎng)輸管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)。根據(jù)目前我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合歐美管道發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)目前管道運(yùn)營(yíng)公司可以在管道全線使用半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，在人口密集區(qū)等管道關(guān)鍵段使用管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)。

（3）建立油氣長(zhǎng)輸管道失效上報(bào)制度。美國(guó)、加拿大等國(guó)以法律形式規(guī)定了管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)發(fā)生失效事故需及時(shí)上報(bào)，而我國(guó)在這方面并沒有類似要求，這樣導(dǎo)致了部分管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)存在漏報(bào)、瞞報(bào)等現(xiàn)象，不利于我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道行業(yè)健康、持續(xù)地發(fā)展。

（4）開展油氣長(zhǎng)輸管道失效實(shí)驗(yàn)。目前我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)因素均借鑒于歐美，由于我國(guó)管道有自身的特殊性，僅僅依靠借鑒資料不能反映我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)因素，建議開展油氣長(zhǎng)輸管道失效實(shí)驗(yàn)，實(shí)際檢驗(yàn)油氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)營(yíng)過程中的腐蝕、地質(zhì)災(zāi)害、第三方施工、本體和誤操作等因素對(duì)管道失效的影響，以及實(shí)際檢驗(yàn)管道各種失效因素導(dǎo)致管道失效的后果。