城鎮燃氣管道安全風險防范技術探討

孫雨婷樊建春劉書杰（.中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院， 北京 000； .中海油研究總院， 北京 0007）

城鎮燃氣管道安全風險防范技術探討

孫雨婷1樊建春1劉書杰2
（1.中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院， 北京 102200； 2.中海油研究總院， 北京 100027）

城鎮燃氣管道是國家城鎮化建設中的生命線工程，其安全性受到國家、地方政府和燃氣公司的高度關注。本文從事故統計、風險評估和缺陷檢測三個方面探討了城鎮燃氣管道安全風險防范技術發展概況。首先，統計國內外城鎮燃氣管道歷史事故案例，分析出四大主要危害因素；其次，對城鎮燃氣管道的定性和定量風險評估方法進行了綜述，探討了方法優缺點和適用性；最后，對目前城鎮燃氣管道內、外檢測技術進行了回顧和討論，針對存在問題探討了燃氣管道磁記憶非接觸檢測技術前景和可行性。

城鎮燃氣管道；事故統計；風險評估；無損檢測；金屬磁記憶

0 引言

近年來，我國城鎮燃氣業務發展迅速，截至2015年，中國使用城鎮燃氣人口已經突破5.2億，作為燃氣輸送生命線工程的城鎮燃氣管網長度累計超過51萬公里，比“十一五”末的36萬公里增長了44%。由于我國城鎮燃氣氣源種類繁多，存在設計標準不統一的現實情況，加之我國地區差異、施工水平不一，燃氣管道的可靠性和穩定性難以得到充分保證，且在役燃氣管道受到內部腐蝕、外部施工等因素的影響，久而久之易于造成不同程度的損傷，從而引發燃氣管道泄漏事故，造成人員傷亡和財產損失。如2011年4月11日，北京市朝陽區和平東街一單元樓發生燃氣爆炸事故造成樓房部分坍塌，導致6死1傷，社會影響十惡劣。

當前，燃氣管道的安全運行受到國內外的廣泛關注，如何有效地降低燃氣管道安全風險，減少燃氣管道運行故障和安全事故值得深入思考和研究。本文基于燃氣管道歷史事故數據，統計分析了燃氣管道的危險有害因素，指出了燃氣管道安全管理的薄弱環節，在此基礎上進行了燃氣管道風險評估方法和檢測技術的適用性分析。

1 城鎮燃氣管道事故統計與分析

相對來說，我國城市燃氣業務起步較晚，目前沒有系統的管道事故統計數據。但國內機構給出一些不完全統計數據具有重要借鑒作用。王婷等統計了我國2009-2010年城市燃氣管道引發事故的主要因素是第三方破壞和腐蝕，其中第三方破壞占67%，腐蝕占10%。此外還存在材料缺陷、自然災害及誤操作等與安全運行突發事件相關的問題。從國內外相關事故案例統計表明，第三方破壞、自然外力破壞、管道本身缺陷（材料、施工和腐蝕）和誤操作是引起燃氣管道事故的四大主要因素，其中第三方破壞為燃氣管道的第一大主要危害因素。因腐蝕引起的事故率國內外差別較大，國內明顯高于國外，其主要原因是國內燃氣管道材料品質和防腐技術都明顯低于國外。

2 城鎮燃氣管道風險評估方法分析

燃氣管道風險評估的目的主要是發現可能存在的事故隱患及其事故后果， 對風險程度進行評估，在此基礎上提出改進措施等。目前，國內外燃氣管道風險評估方法主要有定性和定量兩類。

2.1 定性評估方法

目前國內外提出的定性評估方法可歸為兩類：一類是主觀賦權評價法，主要由經驗豐富的專家進行主觀判斷，得到相應的比較權重，包括層次分析法和模糊綜合評判法等；二是客觀賦權評價法，主要由安全管理人員根據各指標間相互關系確定權重，包括事故樹法、包絡分析法等。

層次分析法是一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法，通過量化決策者的經驗和知識，將決策對象按照邏輯關系進行分層和剖析，并根據專家的經驗性建議確定指標間的權重。其優點是通過對比進行標度， 增加了判斷的客觀性， 增強科學性和實用性。適用于具有定性的， 或定性、定量兼有的決策分析，但分析因素不易過多，一般要求不超過9個。

模糊綜合評判法是一種以模糊數學為基礎，將不易定量化描述的因素或事物關系進行模糊定量化描述，并進行綜合評價的方法。由于數學模型簡單、容易掌握， 適用于多因素、多層次的復雜問題的評價，目前應用范圍廣泛，涵蓋了各個風險評估領域。

事件樹分析法通過分析初因事件可能導致的各種事件序列的結果，評估整個系統的可靠性和安全性。事故樹法的主要目的是分析燃氣管網失效泄漏的因果關系，按照發生的原因及條件進行歸類。這種方法可以用于燃氣管網失效后果的成因和概率，但難以分析燃氣事故后果的大小和影響范圍。

數據包絡分析法是一種運籌學、管理科學和數理經濟學交叉的方法。可以對決策單元進行效率評價，可以分析、比較投入與產出之間的對應關系，得到大量在經濟學中具有深刻經濟含義和背景的管理信息，有效避免主觀因素，簡化算法、減少誤差，通過分析輸入與輸出之間的關系判斷風險發生的可能性及大小。

2.2 定量評估方法

目前，我國城鎮燃氣管道定量風險評估研究仍處于起步階段，尚存在許多不足，沒有完整的燃氣管道定量風險評估方法體系。探究其主要原因是城鎮燃氣管道事故數據庫不完善，能利用的可靠統計數據嚴重缺乏，加之我國南北差異大，危害因素具有模糊性和不確定性，進行定量風險評估難度非常大。目前定量評估方法，針對不同事故后果的分析模型有很多種，燃氣管道定量風險評估包括事故后果分析、可能性分析、失效傳播分析等方面。每一種方法計算思路都有不同，目前缺乏普遍認可的統一的定量評估分析和計算模型。另外，現有燃氣管道定量風險評估方法未能充分考慮管道局部失效的傳播效應，不能定量計算燃氣管道破壞以后造成的經濟損失和人員傷害等。韓朱旸提出了一種城鎮燃氣管道定量風險評估方法。首先進行可能性分析，主要通過修正的經驗公式定量計算燃氣管網管段失效率；其次進行事故后果分析，根據燃氣管道運行基礎數據和事故案例經驗數據，定量計算城鎮燃氣管道可能造成人員傷亡和財產損失的風險情況。

3 城鎮燃氣管道缺陷檢測技術分析

為加強城市燃氣管道的安全生產與管理，保障城鎮能源供應與使用安全，對城鎮燃氣管道進行定期檢測尤為必要。目前，天然氣管道檢測實施方式主要分內檢測技術和外檢測技術。

3.1 內檢測技術

內檢測主要用于查找管道內腐蝕、局部變形以及焊縫裂紋等缺陷。目前，應用較多的內檢測方法主要有漏磁、超聲波、射線、渦流和紅外熱成像等檢測技術。近年來，隨著電子和信息技術發展、信號處理器采樣速率的提高、檢測設備小型化和智能法的進步，管道漏磁內檢測技術取得長足發展，特別是與GIS、GPS 技術結合，使得漏磁檢測儀的分辨率、定位精度有了大幅度提高，目前國內外長輸油氣管道的內檢測基本都采用漏磁檢測技術。

城鎮燃氣管道多為網、枝狀，閥門和三通等構件密布，變徑較多，因此，實施燃氣管道內檢測非常困難，其主要原因是城鎮燃氣管道的通過性差。城市燃氣管道在檢測原理和檢測方法上與長輸天然氣管道相同，不同的是搭載檢測儀器的智能機器人性能，對于燃氣管道，提高智能機器人小型化和通過性至關重要。高慧明等探討了漏磁檢測技術在城市燃氣管道中的應用，指出了目前很多城鎮燃氣管道不具備管道內智能檢測的條件，建議應用內檢測前對廠站收發球裝置及部分管道、管件進行改造。曹建樹等綜述了國內外城鎮燃氣管道內檢測機器人技術的發展現狀，重點分析了基于通信線纜和基于無線通信的兩種監控系統。

3.2 外檢測技術

一般采用兩種方式加強燃氣管道防腐性能，一是在管道外加裝外防腐層，二是實施陰極保護系統。因此，燃氣管道的外檢測應包括外防腐層檢測以及陰極保護效果檢測。普遍的外檢測方法包括： 標準管/地電位檢測、皮爾遜檢測、密間距電位測試、多頻電流測試、直流電位梯度測試。由于每一種檢測技術都有一定的適用范圍和適用性，因此，為了獲得外防腐層和陰極保護系統更好的檢測結果，通常需要采用兩種或兩種以上的檢測技術進行融合。鑒于國內外有很多文獻報告，本文不再詳述。

到目前為止，雖然內檢測被認為是埋地管道最有效的檢測方法，但是局限于燃氣管道內空間和角度限制以及管道變徑等因素，對在役燃氣管道實施內檢時非常容易發生卡堵，需要配合大量的開挖工作，影響燃氣管道的在役運行，而且對大多數分支燃氣管道無能為力，因此檢測成本高、費時費力。常規的外檢測方法只能確定管道外絕緣保護層的損傷部位，無法評價管道的金屬狀態。由于目前埋地燃氣管道檢測領域的現狀，造成埋地燃氣管道在役運行狀態的評定只能是局部選擇性的檢測，不能開展全面的在役非開挖、非接觸檢測與評定。非接觸磁記憶檢測技術的出現，使得埋地燃氣管道在役非接觸檢測與評定走進了一個全新的時代。近年來，西南油氣田、勝利油田、中國石油大學（北京）、東北石油大學等單位相繼開展了技術研究與現場應用工作。通過多年的研究和對現場實測數據的統計與分析，埋地燃氣管道磁記憶非接觸檢測技術被認為是一種非常具有應用前景的無損檢測與診斷技術。

4 結論和展望

近年來，國內城鎮燃氣業務飛速發展，對國民經濟建設起到了重要作用，然而燃氣管道事故頻發同樣給國家和社會造成嚴重負面影響。目前城鎮燃氣管道安全風險防范技術需要進一步改進完善。國內迫切需要建立一個全面、系統的燃氣管道歷史事故案例庫，為燃氣管道風險評估提供基礎。需要統一規范燃氣管道定量風險評估體系和方法，改進小口徑燃氣管道內檢測技術，優化管道內檢測智能機械人性能，提高通過性。同時也需要加強非接觸式管道缺陷外檢測技術研究，提高燃氣管道缺陷檢測的效率和實用性。

［1］楊玉鋒，張華兵，程萬洲，等.城市燃氣管道系統風險因素分析［J］.燃氣與動力，2014，34（10）：15-19.

［2］JonkmanSN，vanGelderPHAJM，VrijlingJK.Anoverview ofquantitativeriskmeasuresforlossoflifeandeconomicdam age［J］.J.HazardousMaterials，2003，99：1-30.

［3］王婷，鄭洪龍，宋漢成，等.城市燃氣管網的完整性管理［J］.油氣儲運，2012，31（3）：84-87.

［4］尤秋菊，樊建春，朱偉，等.北京市燃氣事故風險評估與控制對策［J］.中國安全生產科學技術，2011，10（7）：93-99.

［5］韓朱旸，翁文國.燃氣管網定量風險分析方法綜述［J］.中國安全科學學報，2009，19（7）：154-164.

［6］高俊波，郭越，王曉峰.城市燃氣管網的定量風險分析模型研究［J］.應用基礎與工程科學學報，2008，16（2）：280-286.

［7］高慧明，孟悅，井帥，等.城市燃氣管道內檢測技術［J］.煤氣與熱力，2011，31（5）：34-36.

［8］曹建樹，張義，李魁龍，等.城市燃氣管道檢測機器人測控系統研究與發展現狀［J］.測控技術，2015，34（7）：1-4.

［9］張繼亮.埋地鋼質燃氣管道間接檢測技術適用性分析［J］.煤氣與熱力，2014，34（7）：40-42.

［10］胡家順，孫文勇，趙永濤，等.金屬磁記憶檢測技術在石油工業中應用探討［C］.2012年電磁、超聲檢測技術發展國際研討會論文集.