城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的研究

馬鑫龍

（天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072）

引言

我國(guó)在能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中指出要努力構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系[1]。燃?xì)庥捎谄浣?jīng)濟(jì)、高效、清潔的特性而廣泛應(yīng)用。然而隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，燃?xì)夤芫W(wǎng)不可避免地出現(xiàn)老化、腐蝕等問(wèn)題。燃?xì)夤艿酪坏┦?，易燃易爆的流?dòng)介質(zhì)將會(huì)滲漏到周?chē)h(huán)境中，甚至引發(fā)爆炸，這將對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)安全造成巨大威脅。

為了保障城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)安全可靠運(yùn)行，各國(guó)針對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理建立了較為嚴(yán)格的規(guī)范。盡管如此，許多不可控風(fēng)險(xiǎn)因素的日積月累將會(huì)誘發(fā)各種安全事故，因此有必要建立系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)管理體系。國(guó)內(nèi)對(duì)于城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿腊踩芾淼难芯科鸩捷^晚，高博禹采用LEC法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)怙L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)估，并且制定了有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)控制措施和對(duì)策[2]。宋祎昕等人分析了開(kāi)展城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿廊珘勖芷陲L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要性以及城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿涝诓煌芷趦?nèi)存在的風(fēng)險(xiǎn)[3]?？傮w而言，相比于長(zhǎng)輸油氣管道管理體系，我國(guó)對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿郎形葱纬上到y(tǒng)完整的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)管理體系[4]。此外，也存在著風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主觀性較強(qiáng)、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜的不足。城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿涝趯?shí)際運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)因素也沒(méi)有很好的考慮。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗?shù)據(jù)庫(kù)尚不完善的現(xiàn)狀，本文將基于我國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗鹿式y(tǒng)計(jì)，參考國(guó)外城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罃?shù)據(jù)庫(kù)建立適合我國(guó)的管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用科學(xué)的評(píng)價(jià)方法建立城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。這不僅為燃?xì)夤镜谋O(jiān)管提供了依據(jù)，并且有助于對(duì)類(lèi)似的事故進(jìn)行規(guī)避。

一、城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿牢：σ蛩氐姆诸?lèi)

建立城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗?shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需要對(duì)管道失效的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理。許多國(guó)家設(shè)有專(zhuān)門(mén)的組織對(duì)管道失效數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，例如美國(guó)的管道及危險(xiǎn)物品安全管理局（PHMSA）、加拿大的國(guó)家能源局（NEB）和管道管理協(xié)會(huì)（CEPA）、歐盟的輸氣管道事故數(shù)據(jù)組織（EGIG）和環(huán)境與安全組織（Concave）等。各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗эL(fēng)險(xiǎn)因素的分類(lèi)有所區(qū)別，其中PHMSA將城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗б蛩胤譃槠叽箢?lèi)，包括腐蝕、挖掘損傷、誤操作、材料/焊接/裝備失效、自然力破壞、外力破壞和其他；NEB分為六大類(lèi)，包括管道開(kāi)裂、金屬損失、外部影響、材料、地質(zhì)災(zāi)害和其他；EGIG分為六大類(lèi)，包括外部干擾、建造缺陷/材料失效、腐蝕、地面移動(dòng)、錯(cuò)誤帶壓開(kāi)孔和其他?？梢钥闯觯鲊?guó)針對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗эL(fēng)險(xiǎn)因素的分類(lèi)有所區(qū)別。此外，對(duì)我國(guó)28起城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗鹿蔬M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以將其失效風(fēng)險(xiǎn)因素分為：操作不當(dāng)、設(shè)備材料、腐蝕。第三方破壞、打孔盜油、地質(zhì)災(zāi)害和其他。盡管事故統(tǒng)計(jì)資料并不全面，但仍能在一定程度上反映管道事故的誘因。綜合國(guó)內(nèi)外城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖氖эL(fēng)險(xiǎn)因素，本文將城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗鹿曙L(fēng)險(xiǎn)因素分為六大類(lèi)，包括腐蝕、外部干擾、自然力破壞、材料/制造/建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)、其他原因。

二、城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖墓芏蝿澐?/h2>

由于管道線(xiàn)路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，各段管線(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)程度不一，因此在進(jìn)行燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以前需要進(jìn)行管段劃分。參考我國(guó)燃?xì)夤艿绖澐值南嚓P(guān)規(guī)定，本文提出城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿拦芏蝿澐值膮⒖荚瓌t，詳（見(jiàn)下頁(yè)表1）。其中，穿、跨越的管道應(yīng)該作為獨(dú)立的管道單元進(jìn)行管理。

三、城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗Ц怕试u(píng)估模型的建立

作為管網(wǎng)失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，燃?xì)夤艿赖木C合失效概率可以由各項(xiàng)基本失效概率及權(quán)重系數(shù)計(jì)算得到，式（1）至式（3）給出了其函數(shù)關(guān)系。燃?xì)夤艿赖幕臼Ц怕始垂艿赖钠骄Ц怕剩梢詮墓艿朗?shù)據(jù)庫(kù)中分析獲得；權(quán)重系數(shù)起修正作用，根據(jù)管道的周邊實(shí)際情況、管理水平和損害機(jī)理等因素確定。

式中，P為管道失效概率，（km·a）-1；Pi為i因素導(dǎo)致的失效概率，（km·a）-1；Ri為i因素的基本失效概率，（km·a）-1；Fi為i因素的一級(jí)失效概率修正因子；Fij為二級(jí)修正因子指標(biāo)的值；wij為二級(jí)修正因子指標(biāo)j在一級(jí)修正因子指標(biāo)i中的權(quán)重；Nk為第k年管道發(fā)生的事故數(shù)量；Lk為第k年的管道長(zhǎng)度，km；αi為失效因素i所占的比例；l為失效因素的個(gè)數(shù)，此處l=6；m為年數(shù)；n為一級(jí)修正因子指標(biāo)i中二級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

表1 管段劃分因素及劃分順序

表2 基本失效概率（/km·a）-1

由于國(guó)內(nèi)燃?xì)夤艿朗鹿实慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不盡詳細(xì)，這里依據(jù)美國(guó)PHMSA的數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)式（1）和式（2）求得燃?xì)夤艿阑臼Ц怕剩ㄒ?jiàn)表2）。

根據(jù)各個(gè)指標(biāo)獲取和量化的難易程度，二級(jí)失效概率修正因子可以分為定量指標(biāo)、半定量指標(biāo)和定性指標(biāo)。定量指標(biāo)通過(guò)對(duì)各項(xiàng)失效概率進(jìn)行擬合，并根據(jù)式（4）和式（5）計(jì)算得到定量修正因子；半定量指標(biāo)通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或者管理手冊(cè)確定；定性指標(biāo)根據(jù)專(zhuān)家既往經(jīng)驗(yàn)判斷確定。半定量和定性指標(biāo)的修正因子依據(jù)模糊評(píng)價(jià)法計(jì)算，通過(guò)式（6）至式（8）確定修正因子的等級(jí)并轉(zhuǎn)化為模糊概率，進(jìn)而得到半定量和定性指標(biāo)的修正因子。此外，二級(jí)修正因子的權(quán)重取決于該修正因子指標(biāo)的失效概率與平均失效概率的比值，計(jì)算方法見(jiàn)式（9）。

式中，rij為區(qū)間[a，b]范圍內(nèi)擬合函數(shù)的平均失效概率；FP為模糊失效概率；FPS為模糊數(shù)；k和K為計(jì)算參數(shù)；r為平均失效概率。

四、城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫€(xiàn)的失效后果評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

確定各個(gè)管段的失效概率以后即可以對(duì)整條管線(xiàn)的失效后果進(jìn)行評(píng)估。參考經(jīng)典方法與標(biāo)準(zhǔn)建立失效后果評(píng)估模型，后果模型總分為2 500分，分值越高，說(shuō)明泄漏后果越嚴(yán)重，風(fēng)險(xiǎn)越高。失效后果的計(jì)算公式如公式（10）。

式中，Cof代表失效后果總分，最高為2 500分；PH代表介質(zhì)危害性，主要考慮管道運(yùn)輸產(chǎn)品本身的特性以及對(duì)介質(zhì)最高工作壓力進(jìn)行修正，最高為10分；LV代表泄漏量，主要依據(jù)由SY/T 6828-2011計(jì)算得到泄漏量的燃?xì)庑孤┝窟M(jìn)行評(píng)分，最高為5分；DS代表擴(kuò)散情況，主要考慮地形、風(fēng)速等因素對(duì)燃?xì)庑孤﹨^(qū)域范圍的影響，最高為5分；RT代表受體（如人、建筑物等）承受燃?xì)夤艿罎B漏危害后的受損程度，最高為10分。

風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)主要對(duì)燃?xì)夤艿揽赡艿娘L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析、排序和后果等級(jí)劃分，確定需要重點(diǎn)關(guān)注的管段。本文采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)，該方法具有簡(jiǎn)單、概念清晰、輸出結(jié)果明確、便于執(zhí)行的特點(diǎn)?！稄V東省石油天然氣管道領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)危險(xiǎn)源排查整治工作方案》中提到的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣并進(jìn)行改進(jìn)，最終提出了適合城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣（詳見(jiàn)表3）。表中縱軸為管道失效后果評(píng)分，它代表事故的嚴(yán)重程度；橫軸為管道失效概率，它來(lái)源于管道系統(tǒng)之前發(fā)生事故的鑒定結(jié)果，代表預(yù)估潛在后果發(fā)生的可能性。

表3 安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣

五、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管控

在得到風(fēng)險(xiǎn)矩陣的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果后，需要采取相對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控。表4列出了各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以及需要采取的針對(duì)性措施，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)行分級(jí)控制。風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管理控制表（見(jiàn)表5）。

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

表5 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管理控制表

續(xù)表

結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)，城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理工作尚處于不斷完善的階段。本文參考國(guó)外城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和成果，并且結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況建立了適合我國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，其特點(diǎn)如下：首先，參考國(guó)外燃?xì)夤艿朗?shù)據(jù)庫(kù)和我國(guó)管道特點(diǎn)，總結(jié)提出我國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗鹿实牧箢?lèi)原因，分別是腐蝕、外部干擾、自然力破壞、材料/制造/建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)、其他原因；其次，綜合考慮管道的運(yùn)行環(huán)境、管理的精細(xì)化程度和管理成本之間的關(guān)系，提出了管段劃分的具體原則；最后，建立了管道失效概率的計(jì)算模型以及管道失效后果評(píng)估模型，兩者共同構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值劃分成不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并且提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管控措施。