基于風險分析的城市燃氣管道檢驗與評價

周靖+孟凡昊+張俊青+余孟栗+王莉

摘要：構(gòu)建了燃氣管道檢驗與評價的流程框架，以某一早期城市燃氣管網(wǎng)為例制訂了全面檢驗的工作路徑和建立了風險評價模型。根據(jù)檢驗和評價結(jié)果，按照輕重緩急提出可行、有效的整改措施，為我國城市燃氣管道的檢驗與評價工作提供參考。

關(guān)鍵詞：城市燃氣管道；檢驗；評價；措施

1.引言

燃氣管道的服役周期事故率服從“浴盆曲線”規(guī)律，前期和后期事故率高，中期較穩(wěn)定，目前我國燃氣管道大部分屬于前期和后期階段[1]。城鎮(zhèn)燃氣管道敷設于人口密集區(qū)，一旦發(fā)生事故后果將十分嚴重。因此，對燃氣管道進行檢驗和風險評價，將被動變主動，以保障其長期安全可靠運行。

2.檢驗與評價

管道的全面檢驗，是指按一定的檢驗周期對在用管道進行的基于風險的檢驗[2]。管道的風險評價是以管道事故誘因為依據(jù)， 以風險可能性為條件， 以綜合經(jīng)濟損失為指標， 對在役管道安全程度進行綜合評價。檢驗和評價作為有機整體，目的是降低管道的風險水平，提高其安全性與經(jīng)濟性。檢驗為評價提供依據(jù)，評價對檢驗的實施起指導作用。

通過資料審查劃分檢驗與評價單元，基于資料和現(xiàn)場檢驗的基礎進行危險因素辨識。對資料審查、現(xiàn)場檢驗及調(diào)研發(fā)現(xiàn)的問題進行分析，建立失效可能性模型和失效后果模型，利用風險矩陣進行風險評價。根據(jù)相關(guān)標準規(guī)范，按輕重緩急對問題項提出整改措施，評價結(jié)果風險較高的單元優(yōu)先進行整改。

下面筆者以一個燃氣管網(wǎng)為例，具體闡述燃氣管道風險檢驗與評價的流程。

3.檢驗

3.1管網(wǎng)描述

某公司于1992年發(fā)展管道氣，先后使用甲烷化水煤氣、液化氣摻混空氣，于2008年更換為天然氣。管網(wǎng)主干管總長度約52.3公里、戶內(nèi)支管約63.3公里。主干管采用鋼管和鑄鐵管，過河或架空部分為鋼管，支管和庭院管采用鑄鐵管，入戶管采用鍍鋅管或PE管。鋼管為焊接連接，鑄鐵管連接采用柔性機械接口，耐油橡膠圈密封。將整個管網(wǎng)分為782個管段，按管段為單位對其逐一進行檢驗與評價。

3.2檢驗內(nèi)容

檢驗內(nèi)容分為資料審查、實地調(diào)研、現(xiàn)場檢驗三個部分。

3.2.1資料審查

審查管道的設計、制造、安裝和運行記錄等資料。

3.2.2實地調(diào)研

調(diào)研工作主要包含管道沿線的運行環(huán)境：1）、道路和交通情況；2）、建筑類型及人口密集程度；3）、對居民素質(zhì)和管理者的素質(zhì)進行評判；4）、觀看維修情況，評判維修對管道運行的影響；5）、查看生活區(qū)消防設施、查詢消防演練記錄來對消防影響進行評判。

3.2.3現(xiàn)場檢驗

地下燃氣管道的現(xiàn)場檢驗項目主要由沿線路巡查、腐蝕性檢查、開挖檢查三個部分組成。

1）沿線路巡查。

檢查管線布置，管道凈距是否滿足要求；管道彎頭、三通、四通、管道末端以及穿越河流等處的路面標志的位置、間隔、完整和清晰程度等是否滿足相關(guān)規(guī)定；管道是否被占壓，在安全保護范圍內(nèi)是否有土壤塌陷、滑坡、下沉、人工取土、堆積垃圾或重物、管道裸露、種植深根植物等現(xiàn)象；泄漏檢查等。

2）腐蝕性檢查。

通過抽樣檢查地下管道有敏感點的河邊，排污口等可能有酸、堿性環(huán)境存在區(qū)域。對抽樣管道經(jīng)過地區(qū)的土壤，進行pH值、電阻率、含水率的測定。

3）開挖檢查。

根據(jù)管道所處環(huán)境，以及管道類型和尺寸，采取分層抽樣的方法，進行開挖點位置和數(shù)量的確定。開挖檢查項目包括：管道埋設深度的測量；溝底的敷設條件；防腐層狀況；管道接頭的類型、腐蝕狀況及安裝情況；幾何尺寸的測定；管道腐蝕狀況、表面損傷檢查；泄漏檢查，對泄漏點進行影像采集、標示并進行初步的泄漏原因分析，及時通知委托方進行搶修。

4.評價

影響埋地管道事故發(fā)生可能性及后果的因素眾多，且許多因素難以量化。本例采用模糊評價法，分別以失效可能性和失效后果為評價對象，對審查、調(diào)研、現(xiàn)場檢驗的資料、數(shù)據(jù)進行分析，將影響失效的各因素作為模糊評價因素，建立因素集和備擇集；用層次分析法（AHP法），建立模糊關(guān)系矩陣和評價因素的權(quán)重集，求得模糊綜合評價結(jié)果向量，設定模糊隸屬度函數(shù)，得到評價對象的模糊等級。最后根據(jù)失效可能性和失效后果的等級，采用風險矩陣法進行風險級別判定。

4.1建立評價模型

建立評價模型包含：評價對象的因素集、確定權(quán)重系數(shù)、建立備擇集、進行評判等。采取多級模糊綜合評價的方法[3]，影響因素大致分為腐蝕破壞、第三方破壞、設計與施工失誤、操作失誤等，然后逐層分解，得到下級因素[4，5，6]。如圖1所示建立失效可能性三級模糊綜合評價模型，

對于管網(wǎng)失效后果嚴重度的評價，采用層次分析法[7]與模糊集理論[8]相結(jié)合的評價模型。圖2顯示了失效后果分析的思路。

4.2風險矩陣

風險矩陣作為結(jié)構(gòu)性方法用于辨別風險重要性 [9]。本例中，風險矩陣的橫坐標為管道失效后果，分為五個等級，代表管道失效后果的不同嚴重等級， A表示管道失效后果不嚴重， E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，即Ⅰ級表示管道發(fā)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，將風險劃分為低、中、中高、高風險4個級別，如圖3所示：

5.整改

在對該管網(wǎng)進行檢驗后，主要發(fā)現(xiàn)如下問題：

1）泄露多發(fā)生于鑄鐵管，與鋼管和PE管相比，鑄鐵管的接口更易出現(xiàn)泄漏。原因是當氣源由濕變干后，橡膠圈等由于失去水分和多羥基化合物等干燥收縮；

2）與鑄鐵管相連接的鋼管易發(fā)生腐蝕以致泄露。原因是在二者的接頭部分，由于存在電位差，容易產(chǎn)生電偶腐蝕，導致鋼管部分的腐蝕加劇；

3）管網(wǎng)在設計初沒有充分考慮改造，燃氣介質(zhì)、運行壓力的改變，配套設備或設施的更換，尤其是周圍環(huán)境的變化，導致某些管段不再適應當前的運行；

該管網(wǎng)的評價結(jié)果顯示中高、高風險的管段正是以上問題集中出現(xiàn)的地方。

通過對檢驗和評價結(jié)果的分析，對該管網(wǎng)的每個管段提出整改措施，參照相關(guān)標準，按輕重緩急，提出了補漏、設標、清占道等立即整改措施，重點管段重新防腐、設防護裝置、補缺土等限期整改措施，加強管理和宣傳、逐步更換管網(wǎng)材料等建議措施。

參考文獻：

[1] 汪濤，張鵬，劉剛等.城市天然氣管網(wǎng)運行的可靠性分析[J].油氣儲運， 2003，22（3）： 15-18.

[2] 壓力管道定期檢驗規(guī)則-公用管道 TSG D7004-2010

[3] 王曉梅.城市埋地燃氣管道的風險評價（碩士學位論文）[D].南京：南京工業(yè)大學，2006.

[4] W. Ken U Muhlbauer. Pipeline Risk Management Manual [M]. Gulf Publishing Company， 2004.

[5] 王文和，易俊，沈士明.基于風險的城市埋地燃氣管道安全評價模型及應用[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)， 2010， 6（3）： 163-166.

[6]趙新好，姚安林，蔣宏業(yè).油氣管道第三方破壞風險等級劃分方法研究[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督， 2011 （4）： 5-9.

[7]俞樹榮，馬欣，梁瑞等.基于層次分析法的管道風險因素權(quán)數(shù)確定[J].天然氣工業(yè)，2005， 25（6）： 132-133.

[8]李鴻吉.模糊數(shù)學基礎及實用算法[M].北京：科學出版社，2005：83-88.

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