安全案例中的地質(zhì)災害管理方法

馬小芳，曹 睿，段曉鵬 編譯

(1.中國石油集團工程材料研究院有限公司 陜西 西安 710077； 2.長慶油田公司第六采氣廠 陜西 西安 710018)

0 引 言

全球每年由地質(zhì)災害引起的管道失效頻率正在下降，但地質(zhì)災害事件仍繼續(xù)影響整個行業(yè)管道系統(tǒng)的安全可靠運行。當巖土工程重大事故危害(MAH)未被識別和減輕時，由此產(chǎn)生的事故可能非常嚴重，并對社會、環(huán)境以及管道資產(chǎn)的所有者或經(jīng)營者產(chǎn)生長期影響。

在標準ASME B31.8.S(2014)和API 1160(2013)中，地質(zhì)災害威脅屬于天氣相關(guān)和外力危害類別。地質(zhì)災害對管道的威脅包括穿越水域、永久凍土或山體滑坡、洪水和地震等事件。地質(zhì)災害威脅管理計劃包括對具有潛在地質(zhì)災害風險的路段的監(jiān)測。實時監(jiān)測過程(例如美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS))在達到定義的閾值或發(fā)生不希望的事件(例如地震活動)時發(fā)送通知。

領(lǐng)結(jié)評估法可以促進討論并可視化程序中的不足，已在安全案例項目中得到使用。領(lǐng)結(jié)風險評估法能夠發(fā)現(xiàn)項目中的重要問題，如缺失什么元素？單個元素的表現(xiàn)如何與風險相關(guān)？

為了支持識別關(guān)鍵屏障及其有效性，安全案例提出諸如 “我們?nèi)绾沃牢覀兪前踩模@方面的證據(jù)在哪里”等問題。安橋公司管道完整性部門自2016年以來一直在執(zhí)行安全案例。這種方法根據(jù)英國重大事故危害控制法規(guī)(COMAH)的行業(yè)最佳做法進行了改進，隨著計劃的推進，證明了此方法的有效性。它帶來了公司的文化變革，促進了溝通并提供系統(tǒng)的安全性是可接受的證據(jù)。安全案例不僅僅是符合最低規(guī)定性原則，還強調(diào)交流、員工參與和目標設(shè)定。

安全案例報告記錄了危害、實施控制及其易感性之間的關(guān)系。從安全性研究中獲得的結(jié)果推動了運營變化評估，并有助于管道完整性管理的持續(xù)改進。

1 背 景

在管道完整性中，用安全案例方法實施獨立檢查，以驗證當潛在后果可能發(fā)生時，為防止源設(shè)備泄漏(LoPC)而實施的程序是否足夠充分。

安全案例方法是基于對關(guān)鍵障礙的識別來防止重大事故。這種對系統(tǒng)信息和安全證明的評估，驗證了被評估的管段已經(jīng)達到了規(guī)定的安全目標。通過檢查威脅管理計劃的性能與可靠性目標，可以確定持續(xù)改進。不斷地評估和修改以捕捉管道設(shè)計、操作和環(huán)境的變化成為方案周期的一部分。

安全案例的重要成果包括管道系統(tǒng)的兩個關(guān)鍵方面的文檔：系統(tǒng)信息和安全證明。

1)系統(tǒng)信息：是適當?shù)年P(guān)鍵障礙識別的基礎(chǔ)。輸入內(nèi)容包括對管道資產(chǎn)的描述(如管道屬性)，考慮業(yè)務(wù)目標的資產(chǎn)計劃，以及生命周期管理信息、后果、威脅和危害的優(yōu)化。

2)安全證明：用于評估關(guān)鍵屏障的有效性和充分性，以及它們是否達到要求的目標。安全證明包括服役適用性(FFS)、概率和確定性評估。

本文研究了如何在安全案例計劃中推進地質(zhì)災害管理。與安全案例中包含的其他威脅不同，內(nèi)檢測結(jié)果對地質(zhì)危害威脅管理貢獻較小，這使得將系統(tǒng)范圍的程序整合到分段管理方式中有一定困難。在安全案例評估過程中加強地質(zhì)災害分析和開發(fā)地質(zhì)災害領(lǐng)結(jié)評估的動機是為了能夠?qū)w所有管道威脅類別的地質(zhì)災害進行一致和獨立的評估。實現(xiàn)了對造成地質(zhì)災害風險的因素的可視化和結(jié)構(gòu)化表示，促進了利益相關(guān)者之間的溝通。

2 評估方法

2.1 地質(zhì)災害領(lǐng)結(jié)圖評估

地質(zhì)災害威脅的領(lǐng)結(jié)圖如圖1所示，用以確定所需的屏障，并評估當前控制地質(zhì)災害管理計劃的措施是否有效管理風險。其他目標包括了解影響風險的因素，確定關(guān)鍵屏障并揭示威脅、潛在后果和相關(guān)屏障之間的明確聯(lián)系。確定關(guān)鍵屏障是控制MAH的關(guān)鍵步驟。這些屏障的類別包括資產(chǎn)、流程或人員。

圖1 通用領(lǐng)結(jié)圖

完成領(lǐng)結(jié)評估有助于確定安全關(guān)鍵屏障。對屏障有效性和潛在弱點性進行了定性審查。

2.1.1 事件的定義

在領(lǐng)結(jié)圖中，所評估的事件是由于地質(zhì)災害的威脅而導致的源設(shè)備泄漏。

2.1.2 地質(zhì)災害威脅識別

正如佩蒂特等人認為的，重大事故只能通過預測它們?nèi)绾伟l(fā)生來預防。這一觀點強調(diào)威脅識別過程是基礎(chǔ)，也是任何安全評估的最重要步驟之一 。為了全面識別可能對液體管網(wǎng)產(chǎn)生影響的潛在地質(zhì)災害威脅，安全評估包括利茲卡拉等人和波特等人提出的潛在地質(zhì)災害和相關(guān)現(xiàn)象的清單。

該方法所評估的地質(zhì)災害類別有：1)山體滑坡/大規(guī)模運動;2)地面塌陷/沉降;3)構(gòu)造/地震活動;4)縱向應力;5) 水毀災害。

2.1.3 地質(zhì)災害預防屏障識別

系統(tǒng)信息是安全案例評估的一個關(guān)鍵方面，為關(guān)鍵屏障識別提供基礎(chǔ)。對于地質(zhì)災害，有相關(guān)研究提出了基于當前實施的地質(zhì)災害管理系統(tǒng)的結(jié)果及方法，為管理地質(zhì)災害和防止重大事故建立了簡化的管理流程，如圖2所示。

圖2 管理地理危害的簡化步驟

第一步，地質(zhì)災害識別。管道跨越距離長,沿途經(jīng)過多變的地形和地質(zhì)條件以及水道等。這一步為有效實施的地質(zhì)災害管理計劃奠定了基礎(chǔ)，它考慮了可能導致重大事故的知識、意識和對危害的理解程度。

通過綜合評估地形、地震、地質(zhì)、地貌、水文、巖土工程以及對雨量、森林砍伐(人為影響)和解凍等觸發(fā)因素的了解，實現(xiàn)對巖土工程場地的識別。

地質(zhì)災害識別過程的目標是獲得地質(zhì)災害清單。該清單包括管道網(wǎng)絡(luò)中的巖土工程和水力技術(shù)場地的識別和特征描述。識別步驟通常使用以下信息源：該地區(qū)地質(zhì)災害歷史數(shù)據(jù)；航空和衛(wèi)星圖像；激光雷達；氣象和地震數(shù)據(jù)；管道資料和監(jiān)測和檢測結(jié)果。

第二步，地質(zhì)災害和管道影響評估。此步驟確定是否真正評估了地質(zhì)災害威脅的嚴重程度，以及是否有跡象表明管道中的危險征兆(起皺、彎曲和應變水平)。它還為確定、評估、定義和證明所需緩解措施的選擇提供了依據(jù)。

地質(zhì)災害和管道影響評估的目的是確定管道對地質(zhì)災害的脆弱性，并進行定性或半定量的相對排序。這些結(jié)果用于確定降低風險的策略。地質(zhì)災害和管道影響評估通常包括以下信息來源和分析：

1) IMU結(jié)果(應變和相對運動評估);

2) 學科專業(yè)知識;

3) FFS評估;

4)土壤-管道相互作用模型;

5) 威脅整合。

第三步，地質(zhì)災害緩解。當確定需要緩解的地質(zhì)災害站點時，此步驟支持選擇風險控制活動和時間表。通常在此步驟中評估的選項包括：

1)接受：通過定期維護活動控制風險；

2)補救措施：降低發(fā)生危險的可能性并減少管道脆弱性；

3)重大減災：通過選擇路線或改變路權(quán)來避免地質(zhì)災害。

第四步，地質(zhì)災害監(jiān)測和檢查。此步驟評估按計劃完成所需的地質(zhì)災害檢查和監(jiān)測活動。然后根據(jù)地質(zhì)災害的風險等級確定重新檢查間隔。通常包含在此步驟中的監(jiān)視和檢查方法是：

1)路權(quán)檢查(空中)；

2)激光雷達/衛(wèi)星監(jiān)測；

3)實地考察；

4) 巖土工程測量(傾角儀、壓力計和應變儀)。

最后，根據(jù)修訂后的危險等級的風險評估調(diào)整地質(zhì)災害緩解和監(jiān)測策略。

對于特定的地質(zhì)災害站點，根據(jù)可用的知識和信息，該過程的起點可以在4個步驟中的任何一個中都可能會變化。此外，在某些情況下，用于監(jiān)測的工具和方法可能與危害識別和/或評估相同。

在遵循安全案例流程的過程中，評估每個關(guān)鍵屏障的充分性和有效性，如圖3所示，同時分析3個不同類別因素的潛在影響和輸入：資產(chǎn)、流程和人員。

圖3 領(lǐng)結(jié)分析-頂層

2.1.4 后果識別

編制地質(zhì)危害領(lǐng)結(jié)圖是為了確認主要的威脅類別及來源。例如，左側(cè)預防屏障包括對新管道進行地質(zhì)災害評估，并最大限度地降低發(fā)生地質(zhì)災害的概率。右側(cè)緩解或事故后屏障(后果)包括應急響應和泄漏檢測。

為了充分了解對管道系統(tǒng)安全運行的潛在影響，完成對可能后果的審查。 考慮的潛在后果和緩解障礙后果包括火災、環(huán)境污染、系統(tǒng)內(nèi)釋放、系統(tǒng)外釋放；緩解屏障(簡化的清單)包括泄漏檢測功能、系統(tǒng)關(guān)閉過程、場地控制和事故指揮系統(tǒng)。

2.2 安全案例評估

安全案例評估使用3種互補的方法充分評估地質(zhì)災害計劃，以防止源設(shè)備泄漏。這種冗余提供了更好的風險認知，實現(xiàn)了風險溝通并支持決策制定過程。評估中考慮的3種方法是： 屏障有效性評估、管段工況分析和安全性能指標評估。

2.2.1 屏障有效性評估

使用先前討論的領(lǐng)結(jié)分析結(jié)果將其結(jié)合到安全案例程序中。

2.2.2 管段工況分析

通過定義地質(zhì)災害站點的密度(數(shù)量和嚴重性)，然后將其與系統(tǒng)平均值進行比較，提供站點狀況的定量測量。

2.2.3 安全性能指標評估

安全性能指標旨在表征系統(tǒng)的安全性和可靠性。它們可以測量、監(jiān)控和測試每個關(guān)鍵保障的有效性。

此外，地質(zhì)危害性能指標也使地質(zhì)災害管理方案中所界定的保障的關(guān)鍵方面實現(xiàn)可視化，并提供了一個系統(tǒng)，能夠量化改進的地質(zhì)災害管理執(zhí)行結(jié)果。這種可視化使相關(guān)人員能夠了解關(guān)鍵保障的依賴性，并為有關(guān)維護、保證和驗證計劃的修訂提供支持。

與行業(yè)范圍內(nèi)實現(xiàn)零事故的目標一致，地質(zhì)災害指標主要側(cè)重于預防性緩解保障。結(jié)果與FFS、風險評估、條例/法規(guī)要求和可靠性分析相結(jié)合，為以下問題提供答案：

1)計劃是否實現(xiàn)？

2)該資產(chǎn)是否適合于此用？

3)檢查間隔是否由風險決定？

這些收到的問題答案的質(zhì)量表明性能指標的有效。

3 結(jié) 果

3.1 地質(zhì)災害領(lǐng)結(jié)圖分析結(jié)果

為了獲得全面、公正的結(jié)果并減少人為因素，一個跨學科團隊完成了地質(zhì)災害危險度評估。該團隊包括在風險評估和地質(zhì)災害管理方面具有高水平專業(yè)知識的各種利益相關(guān)者。圖3顯示了產(chǎn)生的領(lǐng)結(jié)分析圖的頂層(即威脅、事件和后果)。

進行領(lǐng)結(jié)圖分析的好處之一是澄清了有關(guān)術(shù)語的擴大因素和假設(shè)。領(lǐng)結(jié)調(diào)查結(jié)果支持管理程序的結(jié)果(例如我們?nèi)鄙偈裁?？未涵蓋哪些內(nèi)容？)，同時也啟動應重點關(guān)注哪些性能指標的研究。例如，早期的重點是應變威脅，但大多數(shù)地質(zhì)災害威脅來自管道暴露或跨距過大。

在此之前，一個改進的領(lǐng)結(jié)分析方法成功應用于裂紋和腐蝕威脅分析中。證明與投資相關(guān)的風險降低的能力可以促進完整性管理，并促進與利益相關(guān)者詳細和公開討論。這種方法是分管段進行的(介于相關(guān)風險點之間的管道)。地質(zhì)災害管理方案通常根據(jù)整個系統(tǒng)方法評估的需要進行調(diào)整，以適應現(xiàn)有的安全案例。

3.2 安全案例的結(jié)果

在安全案例計劃中，針對每個單一管段評估屏障有效性、服役狀況和安全性能指標。這些指標表示評估完成時資產(chǎn)的狀況。結(jié)果的準確性取決于評估所用信息的質(zhì)量、可用性和真實性。為了支持這種評估，組織需要非常注重收集和對齊來自不同來源的數(shù)據(jù)信息(例如工程、完整性、實地調(diào)查和咨詢)。

重大事故危險包括由于地質(zhì)災害事件或其他原因引起的源設(shè)備泄露。在安全案例中考慮的屏障有效性，管段服役條件和安全性能指標評估的結(jié)果充分支持了所實施的解決MAH問題的方案，并且與可能發(fā)生的潛在后果相一致。

3.2.1 屏障有效性評估

根據(jù)每個管段的領(lǐng)結(jié)分析結(jié)果，本評估確保采用一致和結(jié)構(gòu)化的方法來評估地質(zhì)災害預防，監(jiān)測和緩解控制措施的有效性。評估結(jié)果支持識別地質(zhì)災害威脅敏感性(敏感性包括威脅啟動的評估，定義為對啟動所需條件的潛在存在和威脅在該部分中已被證明存在的定性度量。此外，威脅增長是對增長所需條件的潛在存在的定性度量)和地質(zhì)災害管理計劃的有效性定性評估，包括程序執(zhí)行、監(jiān)控程序完成情況和緩解計劃執(zhí)行。

3.2.2 管段狀況評估

管段狀況評估提供了各管段之間的相對風險等級，如圖4所示。

圖4 地質(zhì)災害管段服役條件匯總

3.2.3 安全性能指標評估

該評估提供了一種方法，用于將預定目標與管道系統(tǒng)的狀態(tài)評估的確定性和概率性評估結(jié)果進行比較。預定目標與本學科專家觀點一致，并得到數(shù)據(jù)驅(qū)動診斷和可靠性工程概念的支持。

圖5是安全案例中使用的安全性能指標，用于評估所分析的管段的地質(zhì)災害狀況，并提供管道安全的明確和切實的證據(jù)，或確定需要解決的不足之處。

(1)維修活動；(2) 保障活動；(3) 驗證活動圖5 地質(zhì)災害管段條件匯總

這些性能指標有2個基本組成部分：

1)確定性指標成分：

遵循傳統(tǒng)的安全評估方法，其中度量的輸入?yún)?shù)被定義為精確值。確定評估的參數(shù)有：

a)內(nèi)檢測間隔：IMU信息為彎曲應變和相對管道運動分析提供了基礎(chǔ)，如圖6所示。

圖6 管道運動和應變分析區(qū)域圖

b)內(nèi)檢測報告皺褶：管道中存在皺褶可能與地質(zhì)災害的存在有關(guān)，如圖7所示。

圖7 管道褶皺

c)自由跨長度：過長的自由跨度可能導致由于過度的應變(缺乏支撐)和管道暴露于潛在的機械損傷下而導致的源設(shè)備泄漏，如圖8所示。

圖8 自由跨長度

2)概率指標成分：

通過考慮輸入?yún)?shù)中多種可能結(jié)果的概率行為來引入不確定性。

對確定性和概率性指標的的獨立和單獨評估給評估帶來了冗余性，減少了結(jié)果的不確定性，并提供了穩(wěn)健的輸出，以支持所進行的安全研究的結(jié)論。此外，它們還支持全面了解地質(zhì)災害計劃的執(zhí)行情況和對管段地質(zhì)災害狀況的全面評估。

應采取針對評估結(jié)果的有效糾正或持續(xù)改進行動，以改善或保證被分析管段的安全。

考慮到地質(zhì)災害威脅與時間無關(guān)，安全案例過程需要具有適應性和靈活性，以便及時準確地將地質(zhì)災害條件的變化納入其中。這些變化記錄在信息系統(tǒng)(例如基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫，如Cambio)中，并通過安全案例生命周期管理過程獲取，該過程確認當前完整性計劃是否實現(xiàn)預定的確定性和概率可靠性目標。

4 結(jié) 論

地質(zhì)災害安全性能指標回答了下列問題：

1) 計劃是否實現(xiàn)？

2)資產(chǎn)是否適用？

3) 檢查間隔是否由風險決定？

在安全案例中實施地質(zhì)災害管理方法有助于充分了解、識別和確認地質(zhì)災害管理計劃中的潛在缺陷。當明確了差距的位置和內(nèi)容后，就可以采取步驟對完整性管理進行必要的改進和調(diào)整。

此外，還提供了對與地質(zhì)災害相關(guān)的細分市場狀況的全面了解，清晰簡明地說明所有層次的完整性保護(確定性和概率)如何相互關(guān)聯(lián)并用作支持來提高管道安全性的可信度，用于決策以實現(xiàn)ALARP。

在安全案例中使用地質(zhì)災害管理方法代表了1項獨立檢查，旨在解決可能影響計劃有效性的任何確認偏差或其他人為因素，從而降低風險，提高利益相關(guān)者意識，重點創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)分享機會并優(yōu)化資源分配。

最后，除了取得的安全性能指標結(jié)果外，安全案例向利益相關(guān)者證明，有可能導致重大事故的危險和所有的關(guān)鍵障礙已經(jīng)被識別和評估。安全研究的結(jié)果提供了對計劃性能的全面了解，為選定的額外緩解行動提供了理由以及管段的最終狀況。

值得注意的是，改善風險溝通和理解有助于決策者做出更好的選擇，帶來透明度并增加利益相關(guān)者和公眾的信任。

本文編譯自ZAPATA D, PEDERSON I, KEANE S. Geohazard management approach within safety case. Proceedings of the 2018 12th International Pipeline Conference IPC2018 September 24-28, 2018, Calgary, Alberta, Canada, IPC2018-78678.