風險評價體系在城市燃氣管網改造中的應用

張凱 張麗莉 翟羽亮

摘 要：以遼寧省沈陽市為例，基于城市埋地燃氣管線的特點，論述了建立風險評價體系在管網改造過程中的意義和必要性，介紹了綜合指數法中各個參數的選取以及計算方法，為管網改造的決策提供參考，使得管網改造的目的性和經濟性得以提高。

關鍵詞：風險評價；城市燃氣；燃氣管網改造

隨著現役的燃氣管道的鋪設時間日漸久遠，一部分的管線已經進入了更新改造期，甚至有些已經超出了安全使用期限，如何有計劃有針對性地進行改造安排，已成為科學管理的一項重要內容。1992年美國Muhlbauer W.K詳細論述了管道風險評價模型[1]，但是這些模型是以美國系統為基礎，一些項目的數據采集在我國現實較為困難，無法直接應用到現實改造的指導中，這就需要根據本地區的管網特點，建立相適應的風險評估體系，使得管網改造的經濟性和效率得到提高。文章結合沈陽市燃氣輸配管網的特點，探討風險評估體系的建立方法。

1 燃氣管網改造的必要性及存在的問題

沈陽使用燃氣的歷史最早可以追述到日本人于1923年興辦的“奉天瓦斯作業所”，管道化的歷史較為悠久。目前近3000公里的管線中，仍有一部分現役管線是鋪設于上世紀中前期，其早已超過了正常的安全使用期限；80年代鋪設管線也已經步入更新期，已到服役期的管線的運行，逐漸成為城市生活中的重大隱患。

城市的發展對管線所處位置的變化影響也非常大，許多原來鋪設到人行道或者綠化帶的燃氣管道現在已變為在車行道下，最初的埋深當不能滿足現在的要求時，將使得由于重載的增加而使管線發生破壞；部分早期管道鋪設時的小街小巷，現在已經成為繁華的商業區，一旦發生泄漏事故，損失將非常嚴重；各種違章建筑占壓燃氣管線，一方面使得管線上載荷增加，造成管線負擔；另一方面管線無法得到及時的監護，泄露之后將直接威脅違章建筑內的安全。

沈陽地區所使用的氣源較為復雜，市區部分使用天然氣，冷熱交替會在管道內形成殘留水，一方面會引起水堵，影響燃氣供應，另一方面會引起電化學腐蝕；東部地區使用煤層氣，其中含有粉塵等雜質，會在輸送過程中沉積在管道壁上，造成管道堵塞；在西部地區部分使用人工煤氣，其中含有的焦油、雜質等會引發管材的化學反應，造成管線腐蝕穿孔，相對于全部使用純天然氣的城市來說，氣質問題也是沈陽地區進行管線風險評估不可忽視的一個重要方面。

燃氣管線的正常運行關系到千家萬戶的安全，所以對城市埋地燃氣管線的改造勢在必行，但在資金較為有限的情況下，如何科學合理地安排改造計劃，變定性分析為定量或半定量分析，提高資金的使用效率和改造的針對性，風險評價體系的建立，可較為直觀地作出對比，為決策者提供改造參考和依據。

2 風險評價方法的選擇

管道的風險評估實質上是對管道建設及運行成本的經濟性的評估。20世界中后期，世界主要的發達國家的燃氣管道相繼進入老齡化階段，在投入力量一定的條件下，如何平衡降低事故發生、延長管道使用壽命及合理使用維護費用等的問題上，各國針對自己的國情開始了創造性的研究。美國及歐洲一些公司，開始嘗試用經濟學中的風險分析理論來對管道進行安全性評估，并各自逐步建立起各種行之有效的風險評估方法，經過幾十年的開發與研究，創造了良好的經濟效益和社會效益[2]。其中以美國人Muhlbauer W.K的管道風險評價模型最為典型。

Muhlbauer在他的模型里面分第三方損害指數、腐蝕指數、設計指數、誤操作指數以及泄漏影響系數等方面進行評價，每一方面中又細化為幾類，其適用范圍廣，已經成為各種燃氣管線風險評價體系的基礎。目前燃氣管道常用的風險評估技術有：危險性及可操作性研究（HAZOP），定量分析評價（QRA）或概率風險評價（PRA），初步風險分析（PHA），故障樹分析（FTA）[3]，失效模型與影響分析（FMEA），時間樹分析（ETA）等。

與許多燃氣建設較早的老城市一樣，沈陽地區在最初的管線投入運行之后，許多工程技術資料沒有及時歸檔，造成管道的很多基本的工作參數無法取得；靠手工記錄時期的運行參數，系統性不強，都使得一些成熟的風險評估技術無法直接應用到本地區的風險評估中，這就需要結合本地區現有的資料，建立一套可操作性較強的風險評估體系，直接應用到實際工作中。

大部分風險評價方法的理論性較強，需要選取的因素較多，運算復雜，而這里我們將直觀性和可操作性為首要的參考因素，故選取綜合指數評價法作為風險評估體系的基本方法。將要改造的管線劃分成段，對每一段管線依據評分標準對各主要因素逐項打分，分值與其權重系數相乘得到各因素的指數，所有指數相加即為此管段的風險總分。對總分進行排列，即可做出優先改造的順序。權重系數采用專家評分法，我們發放了調查表，分別對三種管材的風險影響因素權重進行評分，經過數據綜合處理后得到各因素的權重值。然后對每項因素細化為具體的評分項，經論證后付予一固定值。當某段管線的資料齊全時，經加權計算相加后其綜合指數值即為一固定值。本方法結合到燃氣GIS電子地圖信息系統，在后臺將各種屬性進行量化后，即可得到某段管線的風險指數值，而且隨著管線屬性的變化（如發生搶修事故、其他管線施工造成相應管線之間距離變化、有違章建筑搭建等），其風險指數也會發生變化，當超過一定數值時，便進行系統提示，為管線的維修、重點監護以及改造提供參考和依據。

下面以鑄鐵管評分體系為例，介紹其相應的因素的權重及細化的評分條件：

2.1 評價因素權重表（如表1）

2.2 每一項評價因素的評價項

材質：灰口鑄鐵；球墨鑄鐵。

接口類型：承插（青鉛水泥，灰口，梯唇）；機械式（壓蘭，丁晴橡膠接口）。

管徑：100mm；75mm；250mm；350mm；450mm；200mm；300mm。

管道位置：車行道下；人行道下；綠化帶內。

與建筑物距離：I中壓：0-0.5m；0.5-1.0m；1.0-1.5m；1.5-2.0m；2m以上。II低壓：0-0.2m；0.2m-0.4m；0.4m-0.7m；0.7m以上。

管線年代：1970以前；1970-1980；1981-1983；1984-1995；1996-2005；2005-2013無資料，或者不詳。

管道深度：I車行道：0.5m以下；0.5-0.8m；0.81-1.1m；1.11-1.4m；1.4以上。II人行道：0.3m以下；0.31-0.6m；0.61-0.9m；0.91-1.2m；1.21-1.4m；1.4m以上。III庭院線：0.1m以下；0.1-0.15m；0.16-0.3m；0.31-0.45m；0.46-0.6m；0.6m以上。

所處地區環境：無任何活動；低活動程度地區；中等活動程度地區；高活動程度地區。

泄露頻率及泄露種類：I2次及以上：管材腐蝕，自身斷裂；管材斷裂（沉降等原因）；接口泄露（微露）；外力破壞；II1次：管材腐蝕，自身斷裂；管材斷裂（沉降等原因）；接口泄露（微露）；外力破壞；III無泄漏。

與其他管線的距離：未達到標準（垂直）；未達到標準（水平）；未達到標準但有保護措施（垂直）；未達到標準但有保護措施（水平）；滿足標準。

土質與管道周圍環境：潮濕（pH值5以下）；潮濕（pH值5-6）；干燥。

管道保護措施：沒有任何保護；警告帶；套管保護；警告帶+套管保護；警告帶+有套管保護+鋼蓋板。

氣源種類：純天然氣（干）；混天然氣（濕）；人工煤氣（焦爐氣等）；煤層氣。

占壓：嚴重占壓，存安全隱患；有占壓；輕微占壓；無占壓。

施工質量：施工次數少，經驗少的單位；外委單位；輸配公司，管網工程處等內部單位。

壓力級別：中壓；低壓。

根據每一評價項的影響程度賦予相應的數值，設定影響最顯著的值為10，其余項依次遞減。

2.3 計算方法

所評價管線的分數=Σ（每項評價因素分值*權重）

2.4 評估建議

2.5 實例分析

某年沈陽市管網改造計劃草案中，自然排序較為靠后的沈河區風雨壇街西側的中壓管線為1982年的水泥接口鑄鐵管，管徑為DN400，管線位于機動車道上，埋深約2米，管線所處街道兩側為居民區以及五愛市場，人員活動頻繁，曾發生過三次泄漏事故，泄漏點均為接口處。通過賦值計算，此段管線的風險評價分數為87分，屬于強烈建議立即更換的范圍，雖然在最初的計劃改造管線的排序中處于第八位，但風險評價分數之高，立即引起了諸如監管、安全等相應部門的重視，列為重點改造項目。經過現場開挖發現，此段管線的失效程度也遠高于分數較低的管線。

3 結束語

在目前情況下，應用由16項因素組成風險評價體系對燃氣管線的運行風險進行分析基本上可以達到預期的要求，能夠對改造計劃和過程進行有效的指導。但是隨著管網改造的進行，管線材質逐漸由鑄鐵向鋼管和PE管轉變，而且管線的各種資料也在逐漸地完善，如何進一步優化評價因素及其權重值，使其更加貼近實際情況，更具指導意義，將是本項目繼續研究的方向。

參考文獻

[1]Muhlbauer W K.管道風險管理手冊 [M].第2版.楊嘉瑜，等譯.北京：中國石化出版社，2005.

[2]Jones D，Dawson J. Risk Assessment to Pipeline Life Management [J]. Pipes and Pipeline International，1998，43（1）：5-18.

[3]高文學，李建勛，等.故障樹分析發在城市燃氣管道安全評價的應用[J].煤氣與熱力，2009，29（12）：B29-B35.

作者簡介：張凱（1980，6-），男，漢族，遼寧葫蘆島市人，中級工程師，博士，從事燃氣工程管理及燃氣管道設計工作。