油氣長輸管道風險管理技術探討

王翔宇 董蘭鳳 王生新

(1.蘭州大學土木工程與力學學院，甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅省科學院地質自然災害研究所，甘肅 蘭州 730000)

我國經濟的快速增長促進了油氣長輸管道的建設與發展，管道的安全問題也隨之成為社會關注的焦點。油氣管道一旦因腐蝕穿孔、第三方破壞、設計操作失誤等因素引起泄露、爆炸事故[1]，將會造成嚴重的環境污染、財產損失，并有可能造成人員傷亡，因此如何采取有效的措施確保管道的安全運行變得尤為重要。我國管道事業起步較晚，早期的管道管理多采用安全管理，管道事故率較歐美發達國家要高，據統計，1969年～2003年我國四川地區12條輸氣管每103km的年事故率平均為4.3次，東北和華北地區輸油管道每103km的年事故率超過2.0次，而歐美等國家輸氣管道每103km的年事故率僅為0.5次[2]。近年來，我國借鑒國外的優秀成果和經驗，在管道的科學管理上引入風險這一概念，并不斷嘗試將新技術應用于風險管理之中，以期能盡快實現長輸管道管理由安全管理向風險管理的過渡。

1 風險管理的必要性

油氣長輸管道因其跨度大、沿線環境復雜的特點，必然面臨更多的風險，如果不能充分的了解這些風險并加以管理，將對管道的安全運行造成嚴重的影響。風險管理技術作為衡量管道管理水平的重要指標，受到了各國的普遍重視。

美國從20世紀70年代開始研究油氣管道的風險評價技術，1985年Battelle Columbus研究院發表了“Guidelines for Hazard E－valuation Procedures”一文，在管道的風險分析中運用了評分法;1992年W.Kent.Muhlbauer編寫了《管道風險管理手冊》，介紹了管道風險評估模型及各種風險評估方法。20世紀90年代，美國開始將風險管理技術廣泛應用于油氣管道維護工作，并出臺了AMSE B31.8S，API PR581 等風險評估規程[3]。英國健康與風險委員會在風險管理研究方面研制出MISHIP軟件包，應用于實際項目中管道失效風險的計算[4]。

國內對于管道風險管理技術的研究始于1995年，潘家華在《油氣儲運》中發表了“油氣管道的風險分析”一文，詳細介紹了美國的管道風險管理手冊。2000年建設的澀北—西寧—蘭州石油長輸管道在設計、選線、施工中運用了風險評價技術，并開發出了PGRAS1.0地質災害風險評價軟件，用于管道運行過程中的風險管理，取得了顯著的效果。

2 風險管理方法

油氣長輸管道風險管理是指對管道風險進行識別、評價、控制和再評價的過程，具體流程見圖1。

在油氣長輸管道的風險管理中，風險識別是找出管道的各種明顯和潛在風險并收集用于風險評價的資料的過程;風險評價是對一定時間周期內風險的發生概率及對管道系統產生危害的性質和程度進行定性或定量描述的過程;風險控制是對風險接受或規避的執行過程;風險再評價是在風險識別、評價和控制之后，對管道風險進行重新評價，以了解管道風險現狀的過程;風險管理效能評價是對管道風險管理的過程或部分過程的效能進行評價，以發現管道風險管理中的優點和不足，并加以改進，以不斷提高管道風險管理水平。

圖1 風險管理流程

風險識別是風險管理的前提，可以為其他過程提供所需要的資料。

風險評價是風險管理的核心，可以量化風險并對風險進行排序，為風險控制提供依據[5]。當前的長輸管道風險評價多采用指標評分法。該方法建立在風險識別的基礎上，通過給風險評價指標體系賦分，根據賦分結果計算相對風險數[6]。

指標評分法采用如下數學模型:

其中，R為管道風險;P(H)為風險發生概率，即風險易發性;P(S)為風險影響到管道的概率;V為風險影響到管道后對管道的損傷程度;E為管道失效的后果。

3 現行風險管理方法存在的問題及解決方法

我國在油氣長輸管道風險管理這一領域尚處于起步階段，鑒于設備和管理水平上同國外的差距，現行的風險管理方法還存在以下幾方面的問題。

3.1 風險識別方面存在的問題及解決方法

我國現階段在風險識別方面主要由工作人員通過現場調查完成，在辨識隱患方面主觀性較強;而數據的管理方面則偏重于管道信息、風險點信息、風險應急預案、風險防治案例、專家信息等的存儲，從數據庫中提取有用的信息并用于管道安全狀況的分析及預測的難度較大;而對于一些服役時間較長的管道系統，很難找到完整的原始數據[7]。

解決這些問題的有效方法是建立全國性的管道數據庫，在此過程中的有效工具便是GIS。

GIS即地理信息系統(Geographic Information System)，是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用信息科學和系統工程的理論，管理和分析具有空間屬性的地理數據，以提供管理、決策等信息的技術系統。在長輸油氣管道的風險管理中運用GIS技術具有以下優勢:

首先，GIS具有大量地理空間數據的存儲和管理的功能，應用GIS軟件構建的三維數字模型比較適合長輸管道這種覆蓋面廣、地形復雜、信息量大的線性工程。

其次，管理人員可通過GIS數據庫對管道信息進行動態更新，以實現對管道運營狀況的動態觀測。當管道運行中出現異常時，可快速的調用相關信息進行分析，及時的為決策者提供準確的數據。

另外，利用GIS可實現異構系統之間數據的共享。利用GIS軟件二次開發的風險分析與決策系統可通過與空間信息數據庫及模型數據庫的鏈接，實現管道數據的實時分析[8]。

目前，我國的部分管道工程開始將GIS技術應用于管道的風險管理之中;與此同時，GIS技術在 Web/Internet GIS，無線 Web GIS，3S(GIS，GPS－全球定位系統、RS－遙感技術)，3D/4D GIS，OpenGIS(GIS數據共享)，CyberGIS(虛擬空間GIS)，GIS組件庫社會化生產等方面得到不斷的發展，GIS技術的應用將對管道風險管理水平的提高起到巨大的推動作用。

3.2 風險評價方面存在的問題及解決方法

現行的指標評分法是由研究人員根據以往經驗，列出風險發生的各種影響因素，并確定它在整個風險中所占的比重，最終通過對各個獨立因素的評分確定風險的概率及后果。指標評分法的前提是風險的各種影響因素是相互獨立的，而管道的風險是由眾多相互關聯的因素組成的，依據多方面的因素對風險進行評價，難免帶有模糊性和主觀性[9]。

模糊綜合評判是對受到多個因素制約的事物或對象做出一個總的評價的過程。針對指標評分法中存在的問題，可采用模糊數學的方法進行綜合評判以使評價結果更為精確。

模糊綜合評判法采用如下數學模型:

1)建立評判對象因素集 U={u1，u2，Λ，un}。因素即對象的各種屬性，它能綜合的反映出對象的質量，因而可由這些因素來評價對象。

2)建立評判集 V={v1，v2，Λ，vn}。對于長輸管道的風險評價，評判集為風險等級的集合。

3)建立單因素評判，即建立一個從U到F(V)的模糊映射。

由f可誘導出模糊關系，得到模糊矩陣:

稱R為單因素評判矩陣，于是(U，V，R)構成了一個綜合評判模型。

4)綜合評判。U中各因素側重不同，需對各因素賦予相應的權重，它可表示為 U 上的一個模糊子集 A=(a1，a2，Λ，an)，且

在R與A確定之后，可求出綜合評判指標B=A?R。記B=(b1，b2，Λ，bn)，它是 V 上的一個模糊子集，其中

5)評判指標的處理。目前利用評判指標確定評判結果的方法主要是最大隸屬度法和加權平均法。最大隸屬度法是取與最大評判指標bmax對應的評判集vj作為評判結果，即:

最大隸屬度法只考慮了最大的評判指標，會丟失許多信息，而加權平均法可解決這一問題[10]。加權平均法是取bj為權數，對評判集元素進行加權平均，以該值作為評判結果，即:

模糊綜合評判法可以將各個評價指標在整個評價過程中的重要性詳細地表達出來，減少了評價過程中的主觀性[11]，并通過建立模糊矩陣將各個評價指標綜合考慮，充分體現了評價因素與評價過程的模糊性，能更客觀地反映評判項目的真實情況，使得評價和決策結果更加詳細精確。模糊綜合評判法在處理因素模糊性和不確定性上具有一定優勢，但也有一定的缺陷，即權重的分配上主觀性較強。因此，對于如何將模糊綜合評判法用于長輸管道的風險評價這一問題還需進行深入的研究。

4 結語

1)油氣長輸管道工程的風險管理是一種有效的管理方法，在一些國家已經取得顯著成效。我國在這一方面尚處于探索階段，應結合我國現狀，逐步提高管道的風險管理水平，健全我國的風險管理體系。2)風險識別是風險管理的基礎，在提高研究人員風險識別能力的同時，應加強GIS等新方法、新技術的應用，為風險管理中的其他步驟提供可靠的原始數據。3)風險評價是風險管理的核心，本文介紹的指標評分法操作簡單，實用性強，應加以推廣;在此基礎上，需研究如何將評價結果更為精確的模糊綜合評判法等風險評價方法應用到長輸管道的風險管理之中。

[1] 潘家華.油氣管道的風險分析[J].油氣儲運，1995(14):3－5.

[2] 胡燈明，駱 暉.國內外天然氣管道事故分析[J].石油工業技術監督，2009(9):20－22.

[3] 蔡良君，姚安林.城市燃氣管道風險評價技術現狀分析與思考[J].城市燃氣，2008(8):25－28.

[4] 孫永慶.我國燃氣管道風險評估現狀、差距及對策[J].天然氣工業，2004，24(5):10－12.

[5] 向喜瓊，黃潤秋.地質災害風險評價與風險管理[J].地質災害與環境保護，2003(3):32－35.

[6] 趙俊茹，戴 光.管道風險評分法及在輸油管道中的應用[J].壓力容器，2007(9):50－52.

[7] 陳利瓊.油氣管道風險的模糊綜合評價方法探討[J].天然氣工業，2003，23(2):15－16.

[8] 劉瑞凱，吳 明.GIS技術在長輸油氣管道風險分析與決策中的應用[J].當代化工，2011，40(9):3－4.

[9] 楊綸標，高英儀.模糊數學原理及應用[M].廣州:華南理工大學出版社，2001.

[10] 于建星，程士全.基于模糊綜合評判的輸油管道系統安全風險評估方法[J].中國海上油氣，1998，4(10):70－71.

[11] 趙忠剛，姚安林.油氣管道風險因素的權重賦值方法研究 [J].天然氣工業，2007(7):58－60.