壓力管道安全評價指標體系設計和評價模型構建

馬紅蓮 潘金平 張伯君 謝志堅 郝 博

（1.中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

（2.嘉興市特種設備檢驗檢測院 嘉興 314050）

（3.南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院 南京 210000）

（4.新疆維吾爾自治區(qū)特種設備檢驗研究院 烏魯木齊 830000）

（5.天津市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院 天津 300000）

隨著國家對油氣資源需求的增長，管道建設業(yè)蓬勃發(fā)展，由此引起的安全事故潛在風險也日益加劇。近年來，國內(nèi)石油、石化以及相關企業(yè)的壓力管道相繼發(fā)生程度不同、性質(zhì)不同、影響不同的各類大小事故，如“11·22”輸油管道泄漏爆炸等重特大事故，給國家、企業(yè)、人民生命財產(chǎn)帶來了重大損失，給社會、環(huán)境帶來了極大危害，給人民的生命和安全帶來了嚴重威脅，管道安全形勢嚴峻。

壓力管道屬于特種設備的一種，其安全一直是貫穿設計、制造、安裝、使用、檢驗、檢測以及監(jiān)督管理等各個環(huán)節(jié)的首要問題，與人民生產(chǎn)和生活關系十分密切，是一個系統(tǒng)性問題，需要先進的技術和科學的管理辦法來保障。壓力管道安全評價是全面提升壓力管道安全監(jiān)察工作有效性的重要手段。

目前，已有許多特種設備安全評價方法的研究報道及文獻記載。在特種設備安全評價技術研究方面，武斌［1］、苗宏亮［2］設計了特種設備安全評價指標體系及各項指標的權重，建立了特種設備使用環(huán)節(jié)的安全評價模型和安全評價體系，并對部分設備或企業(yè)進行了評價。東南大學以特種設備使用單位作為評價對象，應用層次分析法（AHP）建立特種設備風險指標體系并確立權重，按照系統(tǒng)工程法按人員、設備、環(huán)境、管理及其子元素構建特種設備安全評價體系。在特種設備安全水平評價體系構建研究方面，楊勝州［3］從設備狀況、監(jiān)察管理、事故控制3個方面設計定義了反映特種設備安全綜合狀況的28個指標，建立了一套特種設備安全評價指標體系。在大量的抽樣調(diào)查和系統(tǒng)科學的統(tǒng)計分析基礎上，綜合應用生產(chǎn)力要素法、層次分析法、信息量法、量綱歸一化技術等理論，對特種設備安全綜合現(xiàn)狀進行了較為系統(tǒng)的分析評價。邱郡［4］從設備安全水平、人員安全素養(yǎng)、制度管理水平以及事故應對水平等4個方面基于層次分析法(AHP)和關鍵業(yè)績指標（KPI）設計原則，設計定義了反映特種設備安全綜合狀況的包含39個指標的多層次多指標特種設備安全水平遞階層次結(jié)構，初步建立了特種設備安全水平評價指標體系。但就壓力管道安全而言，其安全評價體系仍存在重要環(huán)節(jié)欠缺、指標覆蓋面不足等現(xiàn)階段急需解決的問題。為此，課題組開展了壓力管道安全評價指標體系設計和評價模型構建方面的研究工作，旨在實現(xiàn)對壓力管道安全水平從定性向定量評價的轉(zhuǎn)化，科學準確綜合評價壓力管道的安全狀況，從而有效支撐我國壓力管道的安全監(jiān)管。

1 壓力管道安全狀況評價指標體系

在國內(nèi)外特種設備安全狀況比對分析指標體系研究［5］的項目成果基礎上，參考《壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則》《壓力管道元件制造監(jiān)督檢驗規(guī)則》《壓力管道安裝許可規(guī)則》等多項技術規(guī)范的相關要求和規(guī)定，基于層次分析法（AHP），綜合考量各層級要素（管道安全因素）指標的全面性、典型性、合理性、可獲得性和可評價性，以管道安全狀況為總目標，圍繞管道制造安裝質(zhì)量水平、使用管理水平、政府監(jiān)管水平以及事故率、死亡率/（萬km.a）這4方面，構建了具有3個層次、4個一級指標，18個二級指標，47個三級指標的多層次多指標管道安全水平遞階層次結(jié)構，初步建立了管道安全水平評價指標體系。如圖1所示。

圖1 壓力管道安全狀況評價指標體系

總目標壓力管道安全水平代表綜合評價中各評價因素指標所組成的集合。

一級指標包括制造安裝質(zhì)量水平、使用管理水平、政府監(jiān)管水平以及事故率、死亡率/（萬km.a）4個方面，二級指標和三級指標分別是對上一層級指標更深層次的解釋和說明。

制造安裝質(zhì)量水平是體現(xiàn)管道的制造安裝能力和產(chǎn)品質(zhì)量水平，是管道安全水平的本質(zhì)指標。該指標又由以下4個二級指標決定：1）企業(yè)資源條件水平，該指標是企業(yè)運行實施的基礎，其主要體現(xiàn)在人力資源水平、場地資源水平和設備資源水平3個方面。2）企業(yè)管理水平，該指標是管道安全水平的前提和保障，能有效反映企業(yè)的整體管理能力，從而為設備的制造、安裝等環(huán)節(jié)提供完善的質(zhì)量保證，其主要體現(xiàn)在企業(yè)質(zhì)量管理體系水平和企業(yè)質(zhì)量管理執(zhí)行力水平2個方面。3）技術標準水平，該指標是對企業(yè)生產(chǎn)活動所遵循的依據(jù)，其主要體現(xiàn)為技術法規(guī)水平、技術標準水平和企業(yè)標準化水平。4）設備質(zhì)量水平，是體現(xiàn)設備整體質(zhì)量的關鍵指標，主要由設計水平、制造水平和安裝水平組成，三者共同決定了設備制造水平的高低。

使用管理水平是體現(xiàn)使用管理單位對管道安全法規(guī)制度的貫徹落實和安全責任主體管理執(zhí)行的能力，是在役管道安全運行日常管理的保障指標。該指標又由以下7個二級指標決定：1）在用設備安全狀況，該指標反映在用管道的安全狀況，主要體現(xiàn)在定檢率、安全等級、設備使用年限、設備使用環(huán)境以及設備使用故障率等5個方面。2）使用單位管理水平，是使用單位對其所使用和運營的管道進行日常管理，保證其安全運行的能力，包括企業(yè)制度建設水平、企業(yè)管理執(zhí)行力水平。3）安全管理/操作人員素質(zhì)水平，指安全管理和操作人員在多大程度上能夠正確地按照相關標準和操作規(guī)程的要求完成相關操作，包括人員培訓和教育水平以及操作人員技能水平。4）維保單位水平，是指保障使用單位壓力管道持續(xù)安全運行的能力，包括企業(yè)制度建設水平、企業(yè)管理執(zhí)行力水平以及維保人員技能水平。5）應急管理水平，是指使用單位在多大程度上建立了本單位運營和使用的管道應急管理制度，包括企業(yè)制度建設水平和企業(yè)管理執(zhí)行力水平。6）一般公眾安全素養(yǎng)，是指一般公眾對管道相關安全使用知識及風險認識的了解程度，包括公共宣傳水平和公眾設備安全使用意識水平。7）保險水平，是指使用單位是否有特種設備保險。

政府監(jiān)管水平是政府監(jiān)管人員、技術及裝備建設方面的能力，是管道制造、安裝、使用等環(huán)節(jié)的監(jiān)管指標。該指標又由以下4個二級指標決定：1）機制體制，指政府監(jiān)管的組織方式和管理模式，主要包括監(jiān)察人員構成、機構組織架構，以及政府、社會、企業(yè)等多方參與多元共治水平等方面。2）法律法規(guī)健全水平，是指法律法規(guī)體系建設情況和健全程度，包括法律法規(guī)實施情況和實施效果。3）監(jiān)督監(jiān)察能力水平，是指監(jiān)督監(jiān)察模式是否科學合理、切合實際，包括監(jiān)督監(jiān)察的方式和效果。4）檢驗檢測機構水平，是指檢驗檢測機構的數(shù)量、分布情況，檢驗檢測機構的管理是否到位等，主要體現(xiàn)在機構管理水平、機構技術能力水平和檢驗檢測人員水平。

事故率、死亡率/（萬km.a）體現(xiàn)管道事故中人的不安全因素、設備的不安全狀態(tài)及事故的影響力水平，是管道安全狀況的事故指標。該指標主要由以下3個二級指標體現(xiàn)：1）設備的不安全狀態(tài)因素，是指管道本體或者安全附件、安全保護裝置失效和損壞等因素，繼續(xù)使用會導致事故的發(fā)生。2）人的不安全行為因素，是指與管道作業(yè)活動相關的行為人違章指揮、違章操作或者操作失誤等因素。這些因素直接造成人員傷害或者管道損壞事故。3）事故影響力水平是指某一起事故后果改變自然環(huán)境、社會環(huán)境、社會公眾思想和行動的能力的高低。

因此，通過比對分析該國家或地區(qū)的上述指標可以對其壓力管道安全水平進行綜合評價。

2 壓力管道安全水平評價指標權重

在建立的壓力管道安全水平評價指標體系的基礎上，對各層級的評價指標權重進行確定?？紤]國內(nèi)外壓力管道安全狀況評價指標可獲得性和可評價性之間存在的差異性，此次僅對一級指標和二級指標開展評價實踐。

基于德爾菲法(Delphi)的直接打分法設計了專家打分表，并設定了打分原則和要求，邀請壓力管道行業(yè)內(nèi)13名專家分別給出權重，并對專家意見進行匯總處理，通過對專家意見集中度的分析，剔除個別離散性過大的數(shù)據(jù)，計算出各層級評價指標權重的數(shù)學平均值，確定了一級和二級指標權重，見表1。

表1 壓力管道安全水平評價指標權重

3 壓力管道安全水平評價模型的構建

根據(jù)建立的壓力管道安全水平評價指標體系和確定的評價指標權重，構建壓力管道安全水平評價模型，邀請上述行業(yè)專家依據(jù)評價指標水平分析情況，對評價指標水平按百分制原則進行評分，最后用評分乘以對應評價指標權重，可逐級求得各層級評價指標水平得分及壓力管道總體安全水平得分，實現(xiàn)壓力管道安全水平的定量評價。

總目標管道安全水平U計算見式（1）：

式中：

a1——一級指標制造安裝質(zhì)量U1權重，取值0.36；

a2——一級指標使用管理水平U2權重，取值0.34；

a3——一級指標監(jiān)督管理水平U3權重，取值0.18；

a4——一級指標萬臺設備事故率/死亡率U4權重，取值0.12。

一級指標制造安裝質(zhì)量U1、使用管理水平U2、監(jiān)督管理水平U3以及萬臺設備事故率/死亡率U4的計算分別見式（2）～式（5）：

式中：

a1j、a2j、a3j、a4j——各二級指標U1j、U2j、U3j、U4j的權重。

綜合上述公式，即可得出總目標管道安全水平評價模型，見式（6）：

根據(jù)各層級各指標的權重值以及各層級指標的專家推薦分值，結(jié)合實際調(diào)研情況，采用構建的管道安全狀況評價模型，可對國內(nèi)外各地區(qū)的管道安全水平進行定量評價。

4 壓力管道安全水平評價等級

確定管道安全水平評價因素集內(nèi)的各層級指標后，需對非定量指標進行定性評價并賦予其評價值。定量評價指標在賦值后，也需要規(guī)整為百分制計數(shù)。定性評價評語根據(jù)評級因素一般可設定五級、車級、二級等評價等級，即該評價值評語等級論域V={V1，V2，V3，V4，V5}={ 優(yōu)，良，中，較差，差 }，或V={V1，V2，V3，V4}={ 優(yōu)，良，中，差 }，或者兩級V={V1，V2}={是，否 }={1，0}。

根據(jù)設定的評價等級、權重和分值，可對管道安全水平等級按百分制原則給分，實現(xiàn)定性評價向定量評價的轉(zhuǎn)化，從而求得各層級安全水平得分及管道系統(tǒng)總體安全水平得分。安全水平評價等級分數(shù)表見表2。

表2 壓力管道安全水平評價等級分數(shù)表

5 我國壓力管道安全水平評價

為了驗證壓力管道安全評價指標體系和評價模型的可操作性和適用性，綜合考慮壓力管道總保有量、工業(yè)化水準和科學技術水準等指標，對我國進行了壓力管道安全水平評價的分析工作。

5.1 我國壓力管道制造安裝質(zhì)量水平

以鋼管制造為例，我國鋼管行業(yè)經(jīng)歷了十幾年的飛速發(fā)展，已成為全球最大的鋼管生產(chǎn)國和消費國。冶金企業(yè)裝備技術水平的提升為我國管線鋼管制造業(yè)的發(fā)展提供了重要保障。在企業(yè)資源條件水平方面，A級制造資質(zhì)產(chǎn)值上億企業(yè)占比較大，人力資源、場地資源及設備資源水平較高；在企業(yè)管理水平方面，過億產(chǎn)值企業(yè)的企業(yè)人員、生產(chǎn)條件以及制度配備較完善且制度執(zhí)行較好；技術標準水平方面，過億產(chǎn)值企業(yè)對現(xiàn)行標準的執(zhí)行情況好并具有專利和先進的工藝流程；在設備質(zhì)量水平方面，我國管線鋼生產(chǎn)企業(yè)通過新建生產(chǎn)線或者對原有生產(chǎn)線進行技術改造和升級，設備能力和裝備技術水平處于國際先進行列，產(chǎn)品厚度、寬度規(guī)格覆蓋范圍廣，質(zhì)量穩(wěn)定，能夠滿足我國迅速發(fā)展的石油天然氣輸送鋼管產(chǎn)業(yè)的要求。但在產(chǎn)品質(zhì)量控制以及高附加值的特殊性能鋼管新產(chǎn)品開發(fā)方面，歐洲鋼管公司、新日鐵住金公司等處于全球領先地位。

綜上，根據(jù)專家打分，我國壓力管道制造安裝質(zhì)量水平得分為83.9分。

5.2 我國壓力管道使用管理水平

以長輸油氣管道為例，在用設備安全狀況方面，我國各地區(qū)的定檢率不同且平均在90%以上，使用登記率偏低，在市場監(jiān)管總局辦理使用登記的跨省長輸管道共計7萬多千米且《質(zhì)檢總局辦公廳關于壓力管道氣瓶安全監(jiān)察工作有關問題的通知》（質(zhì)檢辦特〔2015〕675號）中規(guī)定暫停辦理長輸管道和公用管道使用登記，管道安全狀況良好；在使用單位管理水平方面，絕大多數(shù)企業(yè)能夠建立管理制度，但執(zhí)行到位情況各有差異且平均在85%以上；在安全管理/操作人員素質(zhì)水平方面，產(chǎn)值高的企業(yè)（如央企和省企）人員素質(zhì)水平較高，操作人員平均工齡6年以上，總體能滿足生產(chǎn)需求；在維保單位水平方面，大多數(shù)維保單位能夠建立管理制度，但執(zhí)行率各有差異且平均在80%左右，普遍央企操作人員素質(zhì)水平較高；在應急管理水平方面，絕大多數(shù)企業(yè)有應急預案且能開展定期演練；在一般公眾安全素養(yǎng)方面，各地區(qū)對特種設備安全的宣傳普及程度存在差異且基本為中等水平，一般公眾基本了解設備安全使用的知識；在保險水平方面，各地區(qū)有特種設備保險的企業(yè)差異較大，有的地區(qū)占比在80%以上，有的地區(qū)則沒有投該類保險。

綜上，根據(jù)專家打分，我國壓力管道使用管理水平得分為86.8分。

5.3 我國壓力管道政府監(jiān)管水平

在機制體制方面，我國建立了較為完善的壓力管道安全監(jiān)管體制機制且在各地執(zhí)行較好；在法律法規(guī)健全水平方面，我國壓力管道安全監(jiān)管法律法規(guī)較為健全且總體執(zhí)行狀況較好；在監(jiān)督監(jiān)察能力水平方面，隨著新材料、新技術、新工業(yè)的應用，使得壓力管道監(jiān)管的技術難度增加、人機矛盾加大，特別是各地多局合一后，存在基層監(jiān)管人員專業(yè)不對口、能力參差不齊，裝備不足等問題，急需加大安全保障財力投入，加強壓力管道安全監(jiān)管人員隊伍、技術、裝備建設，加強監(jiān)督檢查、監(jiān)督抽查、行政執(zhí)法等，提升監(jiān)管能力；在檢驗檢測機構水平方面，我國壓力管道檢驗檢測機構安全保證能力和水平較高。

綜上，我國壓力管道政府監(jiān)管水平得分為96.7分。

5.4 我國壓力管道事故率、死亡率/(萬km·a)

根據(jù)市場監(jiān)管總局2020年安全通報的數(shù)據(jù)分析［6］，我國壓力管道萬公里事故率為0.04次/(萬km.a)，萬公里死亡率為0.06人/(萬km.a)，事故率、死亡率/(萬km.a)的評價得分為93.3分。

綜合我國壓力管道安全水平評價一級指標的得分結(jié)果，根據(jù)其對應的權重值，可計算得出我國壓力管道安全水平的總得分為88.3分，且壓力管道安全水平為較高（良）。

6 結(jié)論

針對壓力管道安全狀況，本文對壓力管道安全評價指標體系進行了設計，并建立了相應的評價模型，實現(xiàn)了對壓力管道安全水平從定性向定量評價的轉(zhuǎn)化。該評價體系和評價模型可用于對我國各地區(qū)以及國外各地區(qū)壓力管道安全狀況進行科學準確的定量評級，進而綜合評價壓力管道的安全狀況，從而為我國壓力管道安全監(jiān)管提供有效的技術支撐。研究結(jié)論主要包括：

1）在分析壓力管道設計、制造、安裝、使用、檢驗、檢測以及監(jiān)督管理等各個環(huán)節(jié)要素的基礎上，研究并明確了壓力管道安全評價指標體系的管道安全關鍵因素；

2）以管道安全狀況為總目標，圍繞管道制造安裝質(zhì)量水平、使用管理水平、政府監(jiān)管水平以及萬臺設備事故率和死亡率這4方面，初步構建了多層次多指標的管道安全水平評價指標體系；

3）結(jié)合管道安全水平各層級評價指標設置及對應專家認定的權重值，建立了管道安全狀況評價模型，該模型可對管道安全水平進行定量評價，可為實現(xiàn)壓力管道科學監(jiān)管，促進政府科學決策提供重要的技術支撐；

4）基于壓力管道安全評價指標體系和評價模型，結(jié)合我國多個地區(qū)壓力管道的實際調(diào)研數(shù)據(jù)，計算得出我國壓力管道安全水平的總得分為88.3分，管道安全水平為較高（良）?？梢?，該指標體系和評價模型可推廣應用于對國內(nèi)外壓力管道安全狀況的定量評級。