定量風險評價技術在管道城市穿越段的運用

羅登強，劉徐丁(.蘭成渝輸油分公司綿陽作業(yè)區(qū)，四川 綿陽 6000；.蘭成渝輸油分公司內江作業(yè)區(qū)，四川 內江 64007)

0 引言

城市中的管道工程項目，一般人口密集型高后果區(qū)會普遍得到重視，采用定量風險評價法。為了科學判定管道風險，避免出現(xiàn)管道失效等一系列問題，定量風險評價也逐漸成為管道城市穿越段關鍵分析方法，具有可靠性，最后預測結果也可準確了解到管道失效的頻率與概率。但是通過實踐分析經(jīng)驗，該方法更加關注外部統(tǒng)計，管道工程中的失效原理計算不夠深入，還需要結合實踐完善，根據(jù)實際情況立足于統(tǒng)一度量與宏觀角度優(yōu)化計算方法。

1 定量風險評價技術原理

人口密集型高后果區(qū)的管道工程項目采用定量風險評價技術，定量計算事故頻率、導致后果，計算結果得出實際風險數(shù)值與信息，對比前期設定風險可接受標準，由此便可對風險的可接受程度加以判斷，制定風險防范舉措。定量風險評價技術應用要點是避免人員人身安全與經(jīng)濟損失，可總結為個人風險、社會風險這兩點[1]。其中個人風險為沒有防護情況下個體在某位置持續(xù)暴露超一年，因危險物質泄漏出現(xiàn)死亡事故的發(fā)生概率，可表示為個人風險等值線；社會風險則是因危險化學品或者危險物質泄漏，導致某區(qū)域內設施威脅到人身安全，導致多人同時死亡事故的累積概率。

應用定量風險評價必須按照既定流程，包括：(1)識別風險；(2)計算概率、后果與風險；(3)風險評價。這種定量風險評價技術具有精確性，判斷管道施工特定風險發(fā)生概率，計算管道風險導致燃燒、爆炸等事故的概率，定量評價計算后可對比事故風險發(fā)生必要條件與方法，總結切實可行的資源配置、防范建議。城市管道建設最初是在人口比較稀疏的地段展開，但是城市經(jīng)濟水平的提升，人口密集型高后果區(qū)成為管道建設的主要區(qū)域，這也增加了管道沿線事故發(fā)生概率[2]。高后果區(qū)管線一旦發(fā)生泄漏，很有可能引發(fā)火災、爆炸等事故，威脅到沿線群眾人身與財產(chǎn)安全。特別是穿越段城市管段，風險因子也比較高，使得高后果區(qū)管段在管道風險管理、完整性管理等工作中成為重點。應用定量風險評價技術，可總結風險管控有效決策。

2 管道城市穿越段應用定量風險評價技術的方法

管道經(jīng)過城市重要市區(qū)，測量管徑是730 mm，此管道穿越城市管段，敷設地點選擇在城市主干道綠化帶，不僅交通繁雜，位于道路兩側的建筑物和人口十分密集，除此之外還有加工廠、居民區(qū)等分布，是人口密集型高果區(qū)。工程項目建設中管道沿線建筑和管道間距維持在50 m，個別地點的管道與居民住宅比較近，距離不到10 m，是比較經(jīng)典的高后果區(qū)。建設管道從開始運營至今已經(jīng)有比較長的時間，而且直至今日更是進入到事故頻發(fā)期。組織管道風險識別，判定管道屬于高風險管段，采用定量風險評價技術十分有必要[3]。

當管道失效，最為直接的后果便是導致池火、蒸氣云爆炸，而且管道失效還可能出現(xiàn)油品泄漏現(xiàn)象，一旦將其點燃便會引發(fā)池火，非立即點燃條件下原油泄露甚至會有可燃性蒸氣云產(chǎn)生。如果可燃性蒸氣云的濃度超出爆炸下限，隨之不斷擴散與點火源相遇，那么點燃現(xiàn)象還會發(fā)生延遲，導致閃火、爆炸。由此可見，利用管道失效事件樹，能夠直觀獲取發(fā)生后果事件的概率[4]。

創(chuàng)建管道風險有關的傷害模型，威脅人身安全的源頭一般以池火這種熱輻射、爆炸導致超壓為主。發(fā)生火災的決定因素為火焰、特定熱輻射值環(huán)境下是否有人員暴露。計算暴露熱輻射致死概率值函數(shù)，需要按照以下公式進行：

式中: Pr為相應死亡概率對應概率值；Q為熱輻射值(W/m2)；t為暴露時間(s)。根據(jù)著火熱輻射臨界值判斷室內外人員死亡率，一般情況下當熱輻射超過35 kW，室內外人員死亡率將達到100%[5]。產(chǎn)生了蒸氣云爆炸現(xiàn)象后，隨之而來的超壓形成沖擊波，不僅有碎片飛散，建筑物也會在這一情況下破損，嚴重威脅到現(xiàn)象人員的人身安全。超壓30 kPa時室內外人員死亡率將會達到100%，如果超壓為10 kPa，那么室內、外人員的死亡率分別是2.5%和0。

采用定量風險評價技術，創(chuàng)建事故情景模型，在該模型中輸入所在地區(qū)的氣象情況數(shù)據(jù)、調查所得管道沿線人口分布信息等，經(jīng)過計算可得知對應管段事故實際波及范圍、個人風險等值線與社會風險曲線等重要數(shù)據(jù)。總結管道失效可能導致池火、超壓以及35 kW/m2熱輻射實際覆蓋范圍，了解到管道事故發(fā)生之后，情節(jié)比較嚴重的條件下影響范圍將達到數(shù)百米。根據(jù)管段所在范圍個人風險等值線，可發(fā)現(xiàn)管段沿線是否有風險曲線、風險等值線，所在區(qū)間的風險等值線地處城市中的主干道周圍。因為個別位置的管道和沿街建筑距間距小于20 m，所以管段風險等值線也自然涵蓋了沿街住宅建筑，對比前期設定風險可接受標準，可能存在偏差[6]。

計算管道社會風險，一般是按照每公里長度進行，繪制穿越城市管段社會風險曲線，獲取最低合理可行原則風險的可接受上、下限。與此同時，曲線也可表示高后果區(qū)各公里段社會風險，根據(jù)前期設定標準管段多個位置社會風險可能位于不可接受范疇。綜合分析，發(fā)現(xiàn)城市高后果區(qū)段的管道個人風險、社會風險均可能超出風險可接受標準，務必要做好風險管理與防范。按照計算參數(shù)對應敏感性，導致管道泄漏概率、泄漏時間均是非常風險的關鍵影響因素，考慮到管道長時間投入運行，最初選擇的施工工藝不再適應當前需求，加上管道老化導致的各類缺陷。此外，管道自動化程度不高，最初出現(xiàn)事故到完全關斷這一階段的時間長，制定風險管控方案，應該重點組織管道定期檢測，發(fā)現(xiàn)問題馬上修復，盡可能地減小出現(xiàn)管道失效概率。在管道安全保護方面加大宣傳力度，在管道所在地區(qū)設置警示牌。管道附近施工應該安排專業(yè)人員進行管理，通過預警系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)沒有及時通報的管道開挖行為，以免管道遭到破壞。在管道風險防范過程中及時安裝泄漏監(jiān)測裝置，管道進入到城市高后果區(qū)之后，在管道兩端位置安裝自動截斷閥或是帶有遠程控制功能的閥門，一旦出現(xiàn)安全事故便可將管道及時切斷，縮短管道泄漏時間。管道施工單位和所在地區(qū)政府部門及時取得聯(lián)系，提前制定風險應急方案。為保證風險徹底消除，可在條件允許的情況下將管道路由改變，根據(jù)室內外評價結果，控制管道、人口密集建筑之間距離的安全性。

3 管道城市穿越段定量風險評價的建議

城市中人口密集型高果區(qū)管道失效可能性、確定性的計算需要滿足一定要求，而且計算管道失效概率時，必須要采取確定性計算方式，預測管道失效次數(shù)，對比計算失效數(shù)據(jù)得到頻率，綜合分析之后可得出管道失效概率。所以，在管道城市穿越段中應用定量風險評價技術，從兩個方面提出建議。

3.1 采用科學的概率計算方法

計算管道失效概率比較常用的方法有兩種，即以頻率替代概率為前提的概率修正、真實概率直接計算。第一種以頻率替代概率為前提進行概率修正計算，應該提前創(chuàng)建管道失效數(shù)據(jù)庫，隨之按照管道失效數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得出管道失效通用頻率，以此當作管道失效概率，定量風險評價時還可按照管道實際狀況，對通用頻率加以修正，計算之后得出管道失效可能性。參考其他國家計算管道失效可能性的成功經(jīng)驗，由于管道完整性管理、管道定量風險評價等還處在發(fā)展與完善的階段，立足于基礎理論研究與管道風險防范的實踐成果，我國已經(jīng)位于領先地位，頻率替代概率這種概率修正計算在實踐中已經(jīng)有非常普遍的應用[7]。

3.2 創(chuàng)建及完善管道失效數(shù)據(jù)庫

行業(yè)領域中具有代表性的管道失效數(shù)據(jù)庫包括DOT數(shù)據(jù)庫、EGIG數(shù)據(jù)庫、UKOPA 數(shù)據(jù)庫、NEB數(shù)據(jù)庫、POG數(shù)據(jù)庫。由于各個國家引發(fā)管道失效風險因素不同，所以結合我國國情、管道施工單位實際情況，提出了針對性概率修正有效方法，借鑒其他國家現(xiàn)有管道失效概率修正基礎上進行優(yōu)化，隨之在實際風險管控中得到應用，例如頻率替代概率這一計算方法，與定量風險評價技術結合，在城市管道施工中已經(jīng)有非常普遍的應用。以修正因子管道失效概率為基礎的計算方法，利用通用失效概率值劃分管道失效因素，一般包括管道腐蝕、周圍自然環(huán)境和地質災害、施工挖掘導致破損、人為破壞、制管施工以及現(xiàn)場施工的誤操作這6種，以此為基礎研究切實可行的計算方法，保證定量風險評價在管道建設施工與風險防范中的作用。

4 結語

綜上所述，城市中管道非常重要，尤其是人口密集高后果區(qū)管道項目的施工建設、后期安全維護。為規(guī)避管道風險，采用定量風險評價技術，可全面剖析潛在風險因素，杜絕管道失效、泄露等一系列安全問題。此外，定量風險評價過程中，管道安全運維技術水平也會因此得到提升，積累管道風險防范經(jīng)驗，從而為今后我國管道城市穿越段建設打下基礎。