基于風險分析的城市燃氣管道安全評價

郭章林,孫雨麗

（河北工程大學經管學院,河北邯鄲 056038）

我國目前60%的大城市都埋設了大量的燃氣管道,大部分城市的燃氣管道已運行二十多年,隨著燃氣管道的老化、腐蝕的加劇、地面交通道路的增長、管線周邊區域人口聚居程度增大,管道安全問題已成為關系到公共安全的重大問題。著名油氣儲運專家潘家華教授于1995年在《油氣儲運》雜志上介紹了管道風險評估技術[1],經過近年的不斷探討和研究,在長輸油氣管線和城市燃氣管道風險分析、管理方面已取得一定的成果[2-9]。

本文將風險管理與安全管理相結合,運用風險矩陣圖和模糊綜合評價對城市燃氣管道潛在風險進行評估,以提高科學管理水平,實現從被動搶修到主動預防的轉變。

1 安全管理與風險管理的關系

安全管理是以安全為目的,強調減少事故,甚至消除事故,是將安全生產與人機工程相結合,給勞動者以最佳工作環境。風險管理是從傳統的安全分析和安全管理的基礎上發展起來的。風險管理的目的是預先發現、識別可能發生的危險因素,以便在事故發生之前采取消除、控制這些因素的措施,防止事故的發生。

傳統的燃氣管道安全管理側重于燃氣泄漏發生后的補救,稍有疏忽就會發生惡性事故。基于風險分析的城市燃氣管道的安全管理是以風險評價為基礎,用于對城市燃氣管道進行風險分析和預警以達到安全管理的目的,可以將事故消滅在發生前,實現補救型維護措施的管理方式向預防型的現代安全管理理念的轉變。

2 城市燃氣管道風險評價

風險分析、評價過程是現代安全管理的核心[10]。通過定量或定性的風險評價,進行管段及站場的風險識別、按風險程度排序,確定重大風險的性質并定位,尋求降低風險的措施,在有效分配資源的前提下,將風險降低到可以接受的水平。

2.1 風險矩陣的建立

風險矩陣是在管理過程中辨別風險重要性的一種結構性方法,并且還是對被評項目的風險潛在影響進行評估的一套方法論。風險矩陣[11]的建立過程如下:

（1）將危險的嚴重性作矩陣的列。首先對危險的嚴重性劃分為一些具體的等級,劃分的具體辦法可根據系統及造成的損失大小來確定,即可以定性描述也可定量描述。

（2）將危險發生的可能性作矩陣的行。對危險發生的可能性大小進行定性描述,從而劃分出危險可能性等級。

（3）建立風險矩陣。以危險發生后所造成的嚴重后果為風險矩陣的列,以危險發生的可能性為風險矩陣的行建立風險矩陣。由建立的風險矩陣圖可直觀的表達出管道所處的真實狀態,使管理者及時地作出管理決策以保證管道安全運行。

風險矩陣的橫坐標為管道失效后果,分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五個等級,字母Ⅰ～Ⅴ分別代表著管道失效后果的不同嚴重等級,其以升序排列。Ⅰ表示管道失效后果不嚴重,由于各字母是按升序排列,則Ⅴ就代表著管道失效后果非常嚴重。風險矩陣的縱坐標為管道失效可能性,失效可能性可分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級,其字母表示意義與失效后果的意義相同,即Ⅰ級表示管道發生失效的可能性小,Ⅴ級為管道失效可能性大。按照失效后果和失效可能性的不同組合,將風險劃分為4個級別,其如圖1所示。

Ⅰ是低風險區、Ⅱ為中風險區、Ⅲ為次高風險區、Ⅳ為高風險區。

2.2 風險排序及應對措施

當處于低風險區時,評價對象處于安全狀態。

當處于中風險區時,評價對象能滿足正常運行要求,但是應該加強管理。

當處于次高風險區時,評價對象處于嚴重事故萌發時期,在這個時期應當全面檢修,并增強管道防護措施,從而提高管道的建筑抗破壞能力和管道抗破壞能力;加強對管道定期檢查的頻率;對檢查中可能出現的嚴重問題,制定詳細的應對方案。

當處于高風險區時,評價對象已不能滿足正常運行要求,應該停氣檢修,除了采取上述更為嚴格的措施外,更應該加強管理,包括人員管理和檢修施工質量管理。

3 工程實例

某市埋地燃氣管網是從20世紀70年代逐步發展起來的,已有 30多年歷史。管網總里程達910km,中低壓管網總長700km,其中運行20年以上的管道約有 170km。中壓管線目前長度為50km,管道材料主要是鑄鐵,管徑主要規格為:DN600,DN500,DN300,DN200;而低壓管線目前長度大約為120km,管徑的主要規格為:DN300,DN200,DN150,DN100,DN75。其輸送介質主要是煤氣,部分管道輸送介質為天然氣。

由于管道周圍運行環境不同,其風險也是不一樣的,因此需要將管線分段。現擬取其中一段為例運用模糊綜合評價法進行失效可能性和后果分析。

3.1 管道失效可能性分析

（1）選定評價因素,構成評價因素集。

按照W.Kent Muhlbauer的分類方法,造成管線失效和事故的原因共4大類,即第三方破壞、腐蝕、設計和誤操作。因此,造成埋地燃氣管道失效的因素集為U可以表述為U={u1,u2,u3,u4}={管道腐蝕,第三方破壞,管道設計水平,管道操作水平}。這4個主要影響因素又分別可細劃分為若干子因素。例如:腐蝕,影響腐蝕破壞的影響因素又包括土壤,管道防腐層,管道材料,服役時間等。

（2）根據評價的目標要求,劃分等級建立備擇集。

為了管道評價的準確性與簡單性,一般用風險程度語言作為評價目標,經分析引起埋地燃氣管道失效可能性的評價的備擇集為V={Ⅰ級,Ⅱ級,Ⅲ級,Ⅳ級,Ⅴ級},其中Ⅰ級表示管道發生失效的可能性小,Ⅴ級表示管道發生失效的可能性大。

（3）對各風險要素進行獨立評價,建立模糊一致判斷矩陣,根據各風險要素影響程度,確定其相應的權重。

由以上建立的因素層次分析結構圖,結合專家知識以及管道數據,對各影響因素進行兩兩分析,確定模糊一致判斷矩陣。其矩陣為

（5）運用模糊數學運算方法,確定綜合評價結果,分析項目風險水平。

埋地燃氣管道失效可能性的第三方破壞、腐蝕、設計和誤操作這四個主要影響因素又分別可細劃分為若干子因素。例如:腐蝕,影響腐蝕破壞的影響因素又包括土壤,管道防腐層,管道材料,服役時間等。現綜合考慮影響管道失效的所有因素進行二級模糊綜合評判確定管段的失效可能性等級,根據對各因素的等級計算得出

按照模糊綜合評判最大隸屬度原則,知此管段的失效可能性等級為II級。

3.2 管道失效后果分析

影響管道失效后果嚴重程度的因素主要有:人員傷亡、社會影響、停氣損失、消防能力和管道維修系統影響等五個方面。

同理,根據模糊綜合評價法,求出管道失效后果評價結果[0.400 2 0.301 2 0.125 0 0.130 5 0.113 2],按照模糊綜合評判最大隸屬度原則,知此管段的失效后果等級為V級。

綜合以上某一管段計算的失效可能性Ⅱ級和管段失效后果V級,可由風險矩陣圖中知此管段的風險等級為偏高風險區,雖然管道失效的可能性較小,可一旦失效造成的后果損失卻很大。根據風險應對措施,當處于次高風險區時,評價對象處于嚴重事故萌發時期,在這個時期應當全面檢修,并增強管道防護措施,從而提高管道的建筑抗破壞能力和管道抗破壞能力;加強對管道定期檢查的頻率;對檢查中可能出現的嚴重問題,制定詳細的應對方案。

4 結論

用風險矩陣圖和模糊綜合評價能夠對城市燃氣管道進行風險分析和預警,可以實現從被動搶修到主動預防的轉變,將事故消滅在發生前,提高科學管理水平以達到安全管理的目的。

[1]潘家華.油氣管道的風險分析[J].油氣儲運,1995（3）:11-15.

[2]張琳.城市燃氣管網安全管理體系研究[D].上海:同濟大學,2006.

[3]馬躍東.哈爾濱市管道煤氣事故分析及其預防[J].工業安全與防塵,1999（5）:1-4.

[4]張保銀.油氣管道風險管理方法研究及決策支持系統[D].天津:天津大學,2001.

[5]王曉梅.城市埋地燃氣管道的風險評價[D].南京:南京工業大學,2006.

[6]何淑靜,周偉國.城市燃氣安全管理狀況的模糊綜合評價[J].上海煤氣,2004（3）:40-43.

[7]陳秋雄,周衛.城市燃氣管道安全評估中的腐蝕評價[J].煤氣與熱力,2004,24（8）:423-426.

[8]周偉國,張 軍,嚴銘卿.住宅燃氣系統的安全性評估[J].煤氣與熱力,2005,25（7）:1-3.

[9]劉俊娥,賈增科,李曉慧.城市燃氣管道噴火事故后果分析[J].河北工程大學學報（自然科學版）,2007,24（4）:53-56

[10]嚴大凡,翁永基.油氣長輸管道風險評價與完整性管理[M].北京:化學工業出版社,2005.

[11]賈增科.城市燃氣管道風險評價研究[D].邯鄲:河北工程大學,2008.