燃氣管網(wǎng)泄漏對危化企業(yè)的風險研究

侯龍飛 李潤婉 朱麗榕 朱明星

(1、安徽澤眾城市智能科技有限公司,安徽 合肥230601 2、清華大學合肥公共安全研究院,安徽 合肥230601 3、合肥市城市生命線工程安全運行監(jiān)測中心,安徽 合肥230601)

燃氣管網(wǎng)是城市重要的基礎設施,承載著城市安全運行與快速發(fā)展的重要使命。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,油改氣步伐的不斷加速,燃氣管網(wǎng)規(guī)模也在不斷發(fā)展壯大[1]。與此同時,燃氣管網(wǎng)泄漏導致的安全隱患也愈發(fā)凸顯,并逐漸成為焦點問題被社會關注。目前我國?；菲髽I(yè)門類齊全,產(chǎn)品類型豐富,不斷朝著大型化和高連續(xù)性發(fā)展。但是因為?；髽I(yè)從原料到生產(chǎn)到經(jīng)營其固有的危險屬性,安全生產(chǎn)是保證?；髽I(yè)良好經(jīng)營的最必要條件之一。因此,快速準確的將危化企業(yè)周邊的危險因素辨識出來并進行合理處置對危化企業(yè)的健康發(fā)展尤為重要。當燃氣管網(wǎng)周邊存在?；髽I(yè)時,燃氣管網(wǎng)一旦失效發(fā)生泄漏,不僅可能會引發(fā)燃燒爆炸等事故[2],還可能引起危化企業(yè)的次生災害,造成更加嚴重的后果。

本文通過研究燃氣管網(wǎng)泄漏對?；髽I(yè)的風險,提出了一種可以辨識出可能對危化企業(yè)構(gòu)成隱患的燃氣管線,并對風險進行分級的方法,為?；髽I(yè)危險因素辨識和安全管理提供了參考依據(jù)。

1 燃氣管網(wǎng)泄漏對?；髽I(yè)風險研究思路

首先進行燃氣泄漏對?；髽I(yè)的風險辨識,通過明確企業(yè)所在位置是否在燃氣大氣擴散半徑和地下空間擴散半徑內(nèi)進行判斷,如果?；髽I(yè)不在燃氣管網(wǎng)泄漏的影響半徑內(nèi),則燃氣管網(wǎng)對危化企業(yè)的沒有造成風險,當?；髽I(yè)位于燃氣管網(wǎng)泄漏的影響半徑內(nèi),則可進一步進行燃氣管網(wǎng)泄漏對危化企業(yè)的風險評估。風險評估通過燃氣管網(wǎng)泄漏概率和燃氣管網(wǎng)泄漏后果嚴重性進行判斷,將燃氣管網(wǎng)泄漏概率評估值與燃氣管網(wǎng)泄漏后果嚴重性評估值相乘得到總的燃氣泄漏對危化企業(yè)的風險值。燃氣管網(wǎng)泄漏概率考慮了腐蝕、第三方施工和自然力破壞三個因素,燃氣管網(wǎng)泄漏后果嚴重性包括職工人數(shù)、固定資產(chǎn)和應急管理三個方面。最后本文對燃氣管網(wǎng)泄漏對危化企業(yè)的風險評估值進行了分級,以便于應急管理人員對風險進行直觀的判斷并做出對應的響應。

本文在進行風險評估值計算時,各因素的重要度取值主要來源于歷年燃氣管網(wǎng)泄漏事故和?；髽I(yè)事故的統(tǒng)計分析所得。

2 燃氣管網(wǎng)泄漏對危化企業(yè)風險評估方法構(gòu)建

2.1 燃氣管網(wǎng)泄漏對?；髽I(yè)的風險辨識

燃氣泄漏對?；髽I(yè)的風險辨識S 主要從大氣擴散影響S1和地下空間擴散影響S2確定。首先確定燃氣泄漏各影響因素的影響半徑,當危化企業(yè)位于影響半徑內(nèi),說明燃氣泄漏對危化企業(yè)有影響,則影響指標Si(i=1、2)輸出為1,否則輸出0.1。當S1和S2輸出均為0.1 時,說明燃氣泄漏基本不構(gòu)成?；髽I(yè)的風險因素,則燃氣泄漏對危化企業(yè)風險辨識S=0.1,當S1和S2只要有一項輸出值為1 時,說明燃氣泄漏對?；髽I(yè)已經(jīng)形成了安全威脅,S=1。

2.1.1 大氣擴散影響

當泄漏的燃氣在大氣中擴散時,為了防止發(fā)生火災或爆炸事故,應該盡快通知危險區(qū)域內(nèi)人員停止可能產(chǎn)生點火源的行為,并組織危險區(qū)域內(nèi)居民疏散,因此首先要了解泄漏的燃氣在大氣中能夠擴散的最大范圍。

燃氣泄漏后在大氣中的擴散過程十分復雜, 擴散中的一些現(xiàn)象和規(guī)律還沒有被人們完全理解。燃氣擴散與泄漏的類型、方向、氣象條件等諸多因素有關。本文推薦目前比較成熟的高斯模型用來模擬燃氣泄漏的擴散行為。當發(fā)生小孔泄漏時,具有泄漏量較小、泄漏時間長的特點,可以看作連續(xù)泄漏源,采用高斯煙羽模型計算燃氣在大氣中的擴散面積[3]；當燃氣管道發(fā)生破裂或大孔泄漏時,泄漏量巨大,一般會引起管道上截斷閥的作用,進而阻止管道內(nèi)氣體的繼續(xù)泄漏,這種情況下可以將泄漏擴散過程視為瞬時泄漏擴散,采用用高斯煙團模型確定燃氣擴散面積[4]。根據(jù)實際泄漏孔徑大小采用不同的模型計算燃氣擴散面積,再將面積根據(jù)圓形面積計算公式折算成大氣擴散的影響半徑。

2.1.2 地下空間擴散影響

影響燃氣在地下空間擴散范圍的最主要因素是燃氣上方覆蓋層的的孔隙度,孔隙度越大,燃氣就越容易通過覆蓋層擴散到大氣中,在地下空間擴散的范圍就越小。覆蓋層的種類較多,依據(jù)孔隙度主要歸納為草地、道板磚和水泥混凝土三類。草地是指比較松散的土壤,泄漏的燃氣以漏斗狀向覆蓋層與大氣交界處擴散,還可以直接穿過覆蓋層進入大氣中,此時認為燃氣在地下空間擴散半徑最大能到取2.5 m。道板磚指的是具有一定孔隙,但是不像草地空隙那么大的土壤覆蓋層,研究表明燃氣擴散半徑一般取5 m。當燃氣管道埋在行車道下時,即覆蓋層主要成分為水泥混凝土時,覆蓋層的孔隙率低且孔隙小,氣體穿透性差,則燃氣也就很難擴散到覆蓋層之外,擴散范圍也會相應增加,擴散半徑取12.5 m。

2.2 燃氣管網(wǎng)泄漏對?；髽I(yè)影響風險評估

2.2.1 燃氣管網(wǎng)泄漏概率

評估燃氣管網(wǎng)泄漏概率最關鍵的就是獲取到大量可靠的歷史燃氣管網(wǎng)失效數(shù)據(jù),在不具備當?shù)貙嶋H的燃氣管網(wǎng)事故歷史數(shù)據(jù)時,可以根據(jù)國外的PHMSA、EGIG 等油氣管道數(shù)據(jù)庫管網(wǎng)事故歷史數(shù)據(jù)進行估算[3]。

根據(jù)對國內(nèi)往年燃氣泄漏事故原因分析,主要將燃氣管網(wǎng)泄漏原因歸納為腐蝕W1、第三方施工W2和自然力破壞W3三方面,三種因素對應的重要性賦值為0.36、0.52 和0.12,則燃氣管網(wǎng)泄漏可能性由下式計算：

2.2.1.1 腐蝕

燃氣管道主要埋在地下,環(huán)境復雜。根據(jù)往年燃氣泄漏原因分析統(tǒng)計得知,燃氣泄漏中70%的原因都和腐蝕有關,因此本文主要從燃氣管道防腐層保護W11和土壤腐蝕性W12兩個角度分析燃氣管道腐蝕的風險并進行評估值的確定,燃氣管網(wǎng)W1腐蝕風險計算如下：

當燃氣管道的防腐層分別是三層PE 復合涂料、煤焦油瓷漆或環(huán)氧煤瀝青、瀝青加玻璃布、防銹油漆或高密度聚乙烯和無防腐層時,對應的防腐層保護W11風險評估值分別為1、3、5、7和10。土壤的腐蝕性強弱采用土壤的電阻率fc(Ω·m)來判斷[5],電阻率越小說明腐蝕性越強,土壤電阻率fc 在不同區(qū)間對應的風險評估值如表1 所示。

表1 土壤腐蝕性W12 評估值表

2.2.1.2 第三方施工

第三方施工具有建設活動逐年增加、施工活動隱蔽靈活和相關監(jiān)管的缺失等特性,因此第三方施工成為了目前造成燃氣管道發(fā)生破壞最大的原因之一。運維人員的巡檢可以及時注意到第三方施工中對燃氣管網(wǎng)的破壞行為并進行制止,完善的第三方施工管理可以從根本上降低第三方施工對燃氣管道的破壞率。因此本文從日巡線頻次W21和第三方施工管理W22兩個角度評估第三方施工W2對燃氣泄漏的風險：

日巡線頻次W21對應的風險評估值取值標準為：每日巡線頻次不小于5 次、4 次、2 次、不大于1 次對應的風險評估值分別為1、3、5、7 和10。完善的第三方施工管理包括：進行了管線分布交底；制定了燃氣設施保護方案；采取相應的安全保護措施[6]；燃氣公司進行了監(jiān)護工作。第三方施工管理W22風險值通過滿足上述指標的數(shù)目確定,全部滿足、滿足三項、滿足兩項、滿足一項和全部不滿足對應的第三方施工管理風險值為1、3、5、7 和10。

2.2.1.3 自然力破壞

自然力破壞W3對燃氣管網(wǎng)的影響屬于不可抗因素,主要從惡劣天氣W31和地質(zhì)災害的易發(fā)性W32進行評估：

惡劣天氣主要是指發(fā)生暴雨、洪水、地震和臺風等災害天氣發(fā)生的可能性,地質(zhì)災害的易發(fā)性是從該地區(qū)的地質(zhì)狀況穩(wěn)定性和是否發(fā)生過滑坡崩塌等地質(zhì)災害判斷,考慮到惡劣天氣發(fā)生的頻率高低和地質(zhì)災害的易發(fā)性目前沒有統(tǒng)一的判斷標準,可以從該地區(qū)歷史極端天氣的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析后進行定性判斷,再根據(jù)本文的自然力破壞風險評估取值表進行取值,表2。

2.2.2 燃氣管網(wǎng)泄漏事故的后果嚴重性

燃氣泄漏導致的?；髽I(yè)事故后果嚴重性C 主要從?；髽I(yè)的職工人數(shù)C1、固定資產(chǎn)C2和應急管理C3進行評估：

2.2.2.1 職工人數(shù)

?；髽I(yè)的人員規(guī)模越大,在發(fā)生事故的時候,面臨的人員傷亡風險就越大,所要進行的疏散、救援、事故后續(xù)處理工作量也會相應增加,事故后果也會更加嚴重,對社會的惡劣影響就越大。?；髽I(yè)屬于工業(yè),不同職工人數(shù)C1對應的風險評估值主要依據(jù)工業(yè)企業(yè)的規(guī)模劃分,表3。

表2 自然力破壞風險評估取值

表3 職工人數(shù)C1 風險評估值表

2.2.2.2 固定資產(chǎn)

不同?；髽I(yè)因其工藝和產(chǎn)品的不同,其擁有的固定資產(chǎn)不能完全通過職工人數(shù)來反應,因此通過對企業(yè)固定資產(chǎn)C2的評估可以直觀的反應安全事故對?；髽I(yè)在經(jīng)濟上可能造成的損失,其風險取值參考了國家安全事故的等級劃分,表4。

表4 固定資產(chǎn)C2 風險評估值表

2.2.2.3 應急管理

?；髽I(yè)擁有完善的應急管理體制,是可以在事故發(fā)生的時候極大的縮短響應時間并開展有序的救援行動,這對減少危化企業(yè)突發(fā)事故造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失具有不可忽視的作用。

?；髽I(yè)應急管理C3可以通過以下4 個指標進行判斷：制定了完善的應預案,每年至少進行了1 次事故演練和1 次人員應急培訓,應急通道保持通暢并進行定期維護管理,應急標志清晰完整且應急照明可用。應急管理C3的風險評估取值也通過滿足指標數(shù)來確定：全部滿足、滿足四項、滿足三項、滿足兩項和全部不滿足對應的應急管理風險值為1、3、5、7 和10。

2.3 燃氣管網(wǎng)泄漏對?；髽I(yè)的風險分級(表5)

燃氣管網(wǎng)泄漏對?；髽I(yè)風險R 通過燃氣管網(wǎng)泄漏對危化企業(yè)的風險辨識S、燃氣管網(wǎng)泄漏概率P 和燃氣管網(wǎng)泄漏后果嚴重性C 相乘得到。

當燃氣管網(wǎng)泄漏對危化企業(yè)風險R 的評估值越高表明風險越大,為了將各風險值的嚴重程度更直觀的表示出來,在對往年燃氣事故和?；髽I(yè)事故統(tǒng)計分析的基礎上,得到以下風險分級標準和預警顏色。

表5 燃氣泄漏對?；髽I(yè)風險分級表

結(jié)束語

本文基于目前燃氣管網(wǎng)泄漏隱患逐年提高、?；髽I(yè)安全運行愈發(fā)受到關注的情況下,提供了一種燃氣管網(wǎng)泄漏對危化企業(yè)風險評估的方法,該方法基于燃氣管網(wǎng)泄漏對?；髽I(yè)的風險辨識、燃氣管網(wǎng)泄漏概率和燃氣管網(wǎng)泄漏后果嚴重性三個維度來判斷風險大小,并給出了風險值的分級標準和顏色表征,可以為實現(xiàn)燃氣管網(wǎng)泄漏風險評估和?；髽I(yè)風險辨識提供新的思路。