成品油站場工藝管道風險辨識與評價*

周立國，王曉霖，李 明，謝 成，嚴 格，楊 文

(1.中國石化大連石油化工研究院，遼寧 大連 113001; 2.中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東 廣州 510620)

0 引言

成品油站場承擔著接收、分輸、增壓、計量、清管等任務，這些重要功能使得站場在整個輸油管道系統中具有極其重要的地位[1]，其安全狀況一直都是國家與社會關注的焦點問題[2]。工藝管道作為站場的主要設備，保障其安全運行是站場完整性管理的重要一環。

對站場工藝管道的完整性管理主要是基于風險的管理[3]，目前缺少針對工藝管道風險辨識的研究，且針對站內工藝管道的風險評價方法幾乎全部基于RBI的風險評價方法[4-5]，該方法涉及基本失效概率和腐蝕速率2個重要的參數。然而在應用中，往往因無法獲取實際參數而采用國外的統計數據，這給失效概率的計算結果帶來了較大不確定性；其次RBI的風險評價方法的專業性強，目前均為專業的第三方機構對工藝管道進行階段性的風險評價，這給實現風險的動態評價帶來了較大的不確定性。因此，亟需1種數據便于獲取、方法便于理解、工作便于開展、評價便于日常管理的工藝管道風險評價方法。

鑒于此，本文根據工藝管道的風險機理，采用SHEL模型，從風險內因和風險外因2角度分析風險因素，以KENT法的指標評分為理論基礎[6]，規定指標項的量化技術要求，結合RBI法的失效可能性修正以及綜合考量環境、人員、商業等后果的技術思路，構建風險評價模型，明確風險可接受水平。從而建立了1套適用于成品油站場工藝管道的風險評價技術體系，以期為成品油站場完整性管理提供一定的技術支持。

1 風險因素辨識

在工藝管道運行管理過程中，人員的不安全行為、技術的不安全狀態、環境的不安全條件以及管理缺陷四者共同耦合，可觸發管道本體狀況的不安全性，導致風險升高。通過分析風險機理，采用SHEL模型的分析思路[7]，以管體為核心代替SHEL模型中的以人為核心，確定直接反應管道本體安全狀況的因素，即導致風險升高的直接原因(風險內因)，通過分析人員、技術、環境、管理與管道安全運行的關系確定造成風險升高的間接原因(風險外因)。由于站內管道以地上敷設為主，故不對地上與地下敷設分開討論。

1.1 風險內因

根據站場管道的失效統計與故障分析，結合管道的日常巡檢、年度檢查、全面檢驗的工作指標、臺賬和報告等現場資料，參照文獻[8]～[9]以及GB/T 27512《埋地鋼質管道風險評估方法》[10]、SY/T 0087.1《埋地鋼制管道外腐蝕直接評價》[11]等標準，明確工藝管道的風險內因分為3個二級因素和14個三級因素，并對各因素指標項進行細化，如表1所示。

表1 風險內因分析Table1 Analysis on internal causes of risk

1.2 風險外因

風險外因從人員因素、技術因素、環境因素和管理因素4個二級因素出發，根據因素間的邏輯關系確定各底層因素。結合人員檔案、管道技術臺賬、周邊環境、站庫管理規章制度等現場資料，參考文獻[13]以及GB/T 35508《場站內區域性陰極保護》[15]和SY/T 6830《輸油站場管道和儲罐泄漏的風險管理》[16]等標準，確定了23個三級因素，并對各因素指標項進行細化，如表2所示。其中人員因素主要針對站場的指揮者、組織者和操作者，對其自身的專業素質進行考量；技術因素主要考慮保障管道安全平穩運行的技術措施；環境因素結合了自然環境與社會環境；管理因素主要考慮站場的管理方式、管理內容和管理效果。

表2 風險外因分析Table 2 Analysis on external causes of risk

2 失效可能性計算

根據KENT法的評價思路，對各指標項進行評分，滿足計算的量化需求；依據RBI法的修正評價思路，通過風險外因修正風險內因得到失效可能性，因此失效可能性的具體計算式：

P=PB×FM

(1)

式中：PB為基本失效可能性；FM為修正系數。

2.1 基本失效可能性

根據在日常運行中各指標項的重要程度，規定風險內因的指標量化技術要求，為保障結果準確性與可靠性，各指標分值在能反應差別的前提下，盡量減小分差，因此筆者將每類因素的總分定為50分。指標評分后，需明確管內因素、管外因素和管體因素的權重，其權重值可根據基于“3標度”的模糊層次分析法確定[17]。權重計算過程如下：

1)建立優先關系矩陣F=(fij)m×m：

(2)

式中：s(i)和s(j)分別為指標fi和fj的相對重要性程度。

2)若矩陣R=(rij)m×m滿足rij=rik-rjk+0.5，則稱為模糊一致矩陣。將優先關系矩陣F轉化為模糊一致矩陣R：

(3)

(4)

3)因素權重計算：

(5)

(6)

(7)

式中：l為計算的過程參數；Wi為第i個因素的權重。基本失效可能性PB為風險內因的加權求和：

PB=Wpi×Ppi+Wpo×Ppo+Wpb×Ppb

(8)

式中：Wpi為管內因素的權重；Ppi為管內因素的評分值；Wpo為管外因素的權重；Ppo為管外因素的評分值；Wpb為管體因素的權重；Ppb為管體因素的評分值。

2.2 修正系數

修正系數FM的計算過程為：

(9)

FM=10(-0.02pscore+1)

(10)

式中：score為風險外因體系的評分；pscore為評分的百分比。

根據修正系數的計算過程，風險外因體系的總分應為100，同基本失效可能性，評分score為風險外因的加權求和。

3 失效后果計算

失效后果包括環境后果、人員后果和商業后果3類。其中環境后果指對土壤、水體及生態的影響；人員后果指對站場及周邊的人員安全、健康的影響；商業后果指對公司的經濟損失和信譽損失[16,18]。

失效后果C為3類后果的加權求和。

3.1 環境后果

油品泄漏后對環境的影響主要為物理影響，因此無需考慮燃燒、爆炸等后果形式。環境后果的分析導圖與評分說明如圖1所示。

圖1 環境后果的分析導圖Fig.1 Analysis map of environmental consequence

環境后果的計算過程：

ECOF=EQ1×EQ2×EQ3×EQ4

(13)

式中：EQ1為產品類型；EQ2為泄漏影響受體；EQ3為對環境影響所持續的時間；EQ4為應急預案與演練。

3.2 人員后果

人員后果主要考慮油品泄漏后發生火災、爆炸等事故對人員的影響，因此人員后果的分析導圖與評分說明如圖2所示。

人員后果的計算過程如下：

PCOF=PQ1×PQ2×PQ3×PQ4×PQ5

(14)

式中：PQ1為產品易燃性；PQ2為預計泄漏體積；PQ3為受限空間；PQ4為應急預案與演練；PQ5為預計人員傷亡情況。

3.3 商業后果

商業后果除了考慮泄漏對經濟的影響，還應考慮社會影響，商業后果的分析導圖與評分說明如圖3所示。

商業后果的計算過程如下：

(15)

式中：BQ1為估計的損失費用；BQ2為設備設施停產影響；BQ3為商業虧損的持續時間；BQ4為對資產價值的影響；BQ5為政府部門介入；BQ6為媒體報道；BQ7為公司名譽和地位影響；BQ8為公司的公關能力。

圖2 人員后果的分析導圖Fig.2 Analysis map of personnel consequence

圖3 商業后果的分析導圖Fig.3 Analysis map of business consequence

4 風險評價

4.1 風險等級

由于風險矩陣法(Risk Matrix Method，RMM)直觀易懂，便于實現評價風險等級的目標，因此采用“5×5”風險矩陣將失效可能性大小與失效后果嚴重程度分為若干等級。

1)失效可能性等級

為滿足5級風險矩陣的需求，失效可能性的等級劃分為5個等級。依據概率均等原則，基本失效可能性值PB的取值范圍為[0,50]，將其均分為5個區段；外因因素評價體系評分score的取值范圍為[0,100]，將其均分為5個區段，代入修正系數的計算公式得到5個區段；將2組區段臨界值從小到大依此相乘，得到失效可能性評估準則見表3，數值越大，失效可能性越大。

表3 失效可能性等級劃分Table 3 Classification of failure possibility grades

2)失效后果

同理失效后果的等級也分為5個等級，根據失效后果總分為10 000分，均等分為5個區域，得到失效后果評估準則見表4，數值越大，失效后果越嚴重。

表4 失效后果等級劃分Table 4 Classification of failure consequences grades

3)風險等級

在“5×5”的風險矩陣中，共有25個單元格，可將其分成Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ和Ⅰ 4個區域，分別對應的風險等級為高風險、較高風險、中等風險和低風險，詳見表5。

表5 風險矩陣Table 5 Risk matrix

4.2 風險排序

為便于制定工藝管道的檢維修計劃，在結合風險等級與輸油站設備的維護維修預算的同時，還需考慮各管段的風險排序。因此，結合失效可能性P與失效后果C，計算各管段的風險值R并進行排序。風險值的計算過程如下：

R=P×C

(15)

5 實例應用

在某成品油管道公司進行試點應用，試點站為該公司首站，位于南方某沿海工業區內，主要涉及成品油的輸送及儲存，庫容為40×104m3，自輸油站建成投入運行以來，維持原有工藝裝置、儲存設施及相關安全設施運行正常，能較好的執行各種安全管理制度及安全操作規程，未發生較大的安全生產事故。以該站的汽油罐區進出油品管線為例。

站場工作人員按照規定的量化原則，對各指標進行定分，采用模糊層次分析法計算各一級因素和各后果類型的權重，以風險內因為例，管內因素、管外因素和管體因素的重要程度為：管體因素>管內因素>管外因素，根據式(2)建立優先關系矩陣：

(16)

根據式(3)～式(5)得到l1=1；l2=0.5；l3=1.5；最后根據式(6)、式(7)確定了管內因素、管外因素和管體因素的權重分別為0.33，0.17，0.50；同理計算得到人員因素、技術因素、環境因素和管理因素的權重分別為0.25，0.25，0.12，0.38；環境后果、人員后果和商業后果的權重分別為0.17，0.50，0.33。

工作人員根據風險因素識別結果，基于現有數據，依據構建的評價體系與評價方法對汽油罐區的10條管道進行風險評價，風險排序如圖4所示，評價結果見表6。

圖4 風險排序Fig.4 Risk ranking

管道編號失效可能性值失效后果值失效可能性等級失效后果等級風險等級GD-001A19.153 347.43BⅠGD-001B23.653 347.43BⅠGD-002A29.124 097.43CⅡGD-002B8.034 097.42CⅡGD-003A14.563 347.43BⅠGD-003B35.773 347.43BⅠGD-004A49.974 097.44CШGD-004B18.544 097.43CⅡGD-005A4.834 097.42CⅡGD-005B19.654 097.43CⅡ

根據表6的評價結果可知，管道GD-004A的風險等級為較高風險，其余管道的風險等級較低。按照公司制定的風險可接受水平，較高及較高以上風險為不可接受風險，應立即開展管道的全面檢驗，因此將管道GD-004A納入檢驗計劃中。根據輸油站設備檢維修的預算，結合圖4的風險排序，將管道GD-003B和GD-002A也納入檢驗計劃中。

6 結論

1)采用SHEL模型，以管道為核心，從導致風險上升的直接原因和間接原因2個角度辨識工藝管道的風險因素，充分結合了日常巡檢、定期檢驗、人員配備、技術條件、周邊環境和站場管理等現場資料與實際情況，辨識因素過程更具邏輯性、清晰性和全面性。

2)采用風險外因體系修正風險內因體系的技術思路，以KENT法指標評分量化的方式代替了傳統基于RBI風險評價的技術思路，克服了缺少基本失效概率和腐蝕速率等技術參數的現狀，減小了失效可能性計算結果的不確定性。

3)采用基于 “3標度”的模糊層次分析法確定權重，讓操作人員便于明確因素之間的對比關系，提高工作效率。基于概率均等原則，采用先分后乘的方法確定評估準則，避免了準則劃分時產生的誤差。

4)從風險等級和風險排序2方面對風險評價進行結果展示，結合設備檢維修預算有效地為工藝管道的檢維修決策提供依據，降低了設備管理的成本。