定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)在管道城市穿越段的運(yùn)用

羅登強(qiáng)，劉徐丁(.蘭成渝輸油分公司綿陽作業(yè)區(qū)，四川 綿陽 6000；.蘭成渝輸油分公司內(nèi)江作業(yè)區(qū)，四川 內(nèi)江 64007)

0 引言

城市中的管道工程項(xiàng)目，一般人口密集型高后果區(qū)會(huì)普遍得到重視，采用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法。為了科學(xué)判定管道風(fēng)險(xiǎn)，避免出現(xiàn)管道失效等一系列問題，定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)也逐漸成為管道城市穿越段關(guān)鍵分析方法，具有可靠性，最后預(yù)測(cè)結(jié)果也可準(zhǔn)確了解到管道失效的頻率與概率。但是通過實(shí)踐分析經(jīng)驗(yàn)，該方法更加關(guān)注外部統(tǒng)計(jì)，管道工程中的失效原理計(jì)算不夠深入，還需要結(jié)合實(shí)踐完善，根據(jù)實(shí)際情況立足于統(tǒng)一度量與宏觀角度優(yōu)化計(jì)算方法。

1 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)原理

人口密集型高后果區(qū)的管道工程項(xiàng)目采用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，定量計(jì)算事故頻率、導(dǎo)致后果，計(jì)算結(jié)果得出實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值與信息，對(duì)比前期設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，由此便可對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度加以判斷，制定風(fēng)險(xiǎn)防范舉措。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)是避免人員人身安全與經(jīng)濟(jì)損失，可總結(jié)為個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)這兩點(diǎn)[1]。其中個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)為沒有防護(hù)情況下個(gè)體在某位置持續(xù)暴露超一年，因危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏出現(xiàn)死亡事故的發(fā)生概率，可表示為個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線；社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)則是因危險(xiǎn)化學(xué)品或者危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏，導(dǎo)致某區(qū)域內(nèi)設(shè)施威脅到人身安全，導(dǎo)致多人同時(shí)死亡事故的累積概率。

應(yīng)用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)必須按照既定流程，包括：(1)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)；(2)計(jì)算概率、后果與風(fēng)險(xiǎn)；(3)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。這種定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)具有精確性，判斷管道施工特定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，計(jì)算管道風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致燃燒、爆炸等事故的概率，定量評(píng)價(jià)計(jì)算后可對(duì)比事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生必要條件與方法，總結(jié)切實(shí)可行的資源配置、防范建議。城市管道建設(shè)最初是在人口比較稀疏的地段展開，但是城市經(jīng)濟(jì)水平的提升，人口密集型高后果區(qū)成為管道建設(shè)的主要區(qū)域，這也增加了管道沿線事故發(fā)生概率[2]。高后果區(qū)管線一旦發(fā)生泄漏，很有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等事故，威脅到沿線群眾人身與財(cái)產(chǎn)安全。特別是穿越段城市管段，風(fēng)險(xiǎn)因子也比較高，使得高后果區(qū)管段在管道風(fēng)險(xiǎn)管理、完整性管理等工作中成為重點(diǎn)。應(yīng)用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，可總結(jié)風(fēng)險(xiǎn)管控有效決策。

2 管道城市穿越段應(yīng)用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)的方法

管道經(jīng)過城市重要市區(qū)，測(cè)量管徑是730 mm，此管道穿越城市管段，敷設(shè)地點(diǎn)選擇在城市主干道綠化帶，不僅交通繁雜，位于道路兩側(cè)的建筑物和人口十分密集，除此之外還有加工廠、居民區(qū)等分布，是人口密集型高果區(qū)。工程項(xiàng)目建設(shè)中管道沿線建筑和管道間距維持在50 m，個(gè)別地點(diǎn)的管道與居民住宅比較近，距離不到10 m，是比較經(jīng)典的高后果區(qū)。建設(shè)管道從開始運(yùn)營至今已經(jīng)有比較長的時(shí)間，而且直至今日更是進(jìn)入到事故頻發(fā)期。組織管道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，判定管道屬于高風(fēng)險(xiǎn)管段，采用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)十分有必要[3]。

當(dāng)管道失效，最為直接的后果便是導(dǎo)致池火、蒸氣云爆炸，而且管道失效還可能出現(xiàn)油品泄漏現(xiàn)象，一旦將其點(diǎn)燃便會(huì)引發(fā)池火，非立即點(diǎn)燃條件下原油泄露甚至?xí)锌扇夹哉魵庠飘a(chǎn)生。如果可燃性蒸氣云的濃度超出爆炸下限，隨之不斷擴(kuò)散與點(diǎn)火源相遇，那么點(diǎn)燃現(xiàn)象還會(huì)發(fā)生延遲，導(dǎo)致閃火、爆炸。由此可見，利用管道失效事件樹，能夠直觀獲取發(fā)生后果事件的概率[4]。

創(chuàng)建管道風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的傷害模型，威脅人身安全的源頭一般以池火這種熱輻射、爆炸導(dǎo)致超壓為主。發(fā)生火災(zāi)的決定因素為火焰、特定熱輻射值環(huán)境下是否有人員暴露。計(jì)算暴露熱輻射致死概率值函數(shù)，需要按照以下公式進(jìn)行：

式中: Pr為相應(yīng)死亡概率對(duì)應(yīng)概率值；Q為熱輻射值(W/m2)；t為暴露時(shí)間(s)。根據(jù)著火熱輻射臨界值判斷室內(nèi)外人員死亡率，一般情況下當(dāng)熱輻射超過35 kW，室內(nèi)外人員死亡率將達(dá)到100%[5]。產(chǎn)生了蒸氣云爆炸現(xiàn)象后，隨之而來的超壓形成沖擊波，不僅有碎片飛散，建筑物也會(huì)在這一情況下破損，嚴(yán)重威脅到現(xiàn)象人員的人身安全。超壓30 kPa時(shí)室內(nèi)外人員死亡率將會(huì)達(dá)到100%，如果超壓為10 kPa，那么室內(nèi)、外人員的死亡率分別是2.5%和0。

采用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，創(chuàng)建事故情景模型，在該模型中輸入所在地區(qū)的氣象情況數(shù)據(jù)、調(diào)查所得管道沿線人口分布信息等，經(jīng)過計(jì)算可得知對(duì)應(yīng)管段事故實(shí)際波及范圍、個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線與社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線等重要數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)管道失效可能導(dǎo)致池火、超壓以及35 kW/m2熱輻射實(shí)際覆蓋范圍，了解到管道事故發(fā)生之后，情節(jié)比較嚴(yán)重的條件下影響范圍將達(dá)到數(shù)百米。根據(jù)管段所在范圍個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線，可發(fā)現(xiàn)管段沿線是否有風(fēng)險(xiǎn)曲線、風(fēng)險(xiǎn)等值線，所在區(qū)間的風(fēng)險(xiǎn)等值線地處城市中的主干道周圍。因?yàn)閭€(gè)別位置的管道和沿街建筑距間距小于20 m，所以管段風(fēng)險(xiǎn)等值線也自然涵蓋了沿街住宅建筑，對(duì)比前期設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，可能存在偏差[6]。

計(jì)算管道社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，一般是按照每公里長度進(jìn)行，繪制穿越城市管段社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線，獲取最低合理可行原則風(fēng)險(xiǎn)的可接受上、下限。與此同時(shí)，曲線也可表示高后果區(qū)各公里段社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)前期設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)管段多個(gè)位置社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可能位于不可接受范疇。綜合分析，發(fā)現(xiàn)城市高后果區(qū)段的管道個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)均可能超出風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，務(wù)必要做好風(fēng)險(xiǎn)管理與防范。按照計(jì)算參數(shù)對(duì)應(yīng)敏感性，導(dǎo)致管道泄漏概率、泄漏時(shí)間均是非常風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵影響因素，考慮到管道長時(shí)間投入運(yùn)行，最初選擇的施工工藝不再適應(yīng)當(dāng)前需求，加上管道老化導(dǎo)致的各類缺陷。此外，管道自動(dòng)化程度不高，最初出現(xiàn)事故到完全關(guān)斷這一階段的時(shí)間長，制定風(fēng)險(xiǎn)管控方案，應(yīng)該重點(diǎn)組織管道定期檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題馬上修復(fù)，盡可能地減小出現(xiàn)管道失效概率。在管道安全保護(hù)方面加大宣傳力度，在管道所在地區(qū)設(shè)置警示牌。管道附近施工應(yīng)該安排專業(yè)人員進(jìn)行管理，通過預(yù)警系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有及時(shí)通報(bào)的管道開挖行為，以免管道遭到破壞。在管道風(fēng)險(xiǎn)防范過程中及時(shí)安裝泄漏監(jiān)測(cè)裝置，管道進(jìn)入到城市高后果區(qū)之后，在管道兩端位置安裝自動(dòng)截?cái)嚅y或是帶有遠(yuǎn)程控制功能的閥門，一旦出現(xiàn)安全事故便可將管道及時(shí)切斷，縮短管道泄漏時(shí)間。管道施工單位和所在地區(qū)政府部門及時(shí)取得聯(lián)系，提前制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急方案。為保證風(fēng)險(xiǎn)徹底消除，可在條件允許的情況下將管道路由改變，根據(jù)室內(nèi)外評(píng)價(jià)結(jié)果，控制管道、人口密集建筑之間距離的安全性。

3 管道城市穿越段定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的建議

城市中人口密集型高果區(qū)管道失效可能性、確定性的計(jì)算需要滿足一定要求，而且計(jì)算管道失效概率時(shí)，必須要采取確定性計(jì)算方式，預(yù)測(cè)管道失效次數(shù)，對(duì)比計(jì)算失效數(shù)據(jù)得到頻率，綜合分析之后可得出管道失效概率。所以，在管道城市穿越段中應(yīng)用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，從兩個(gè)方面提出建議。

3.1 采用科學(xué)的概率計(jì)算方法

計(jì)算管道失效概率比較常用的方法有兩種，即以頻率替代概率為前提的概率修正、真實(shí)概率直接計(jì)算。第一種以頻率替代概率為前提進(jìn)行概率修正計(jì)算，應(yīng)該提前創(chuàng)建管道失效數(shù)據(jù)庫，隨之按照管道失效數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出管道失效通用頻率，以此當(dāng)作管道失效概率，定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)還可按照管道實(shí)際狀況，對(duì)通用頻率加以修正，計(jì)算之后得出管道失效可能性。參考其他國家計(jì)算管道失效可能性的成功經(jīng)驗(yàn)，由于管道完整性管理、管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等還處在發(fā)展與完善的階段，立足于基礎(chǔ)理論研究與管道風(fēng)險(xiǎn)防范的實(shí)踐成果，我國已經(jīng)位于領(lǐng)先地位，頻率替代概率這種概率修正計(jì)算在實(shí)踐中已經(jīng)有非常普遍的應(yīng)用[7]。

3.2 創(chuàng)建及完善管道失效數(shù)據(jù)庫

行業(yè)領(lǐng)域中具有代表性的管道失效數(shù)據(jù)庫包括DOT數(shù)據(jù)庫、EGIG數(shù)據(jù)庫、UKOPA 數(shù)據(jù)庫、NEB數(shù)據(jù)庫、POG數(shù)據(jù)庫。由于各個(gè)國家引發(fā)管道失效風(fēng)險(xiǎn)因素不同，所以結(jié)合我國國情、管道施工單位實(shí)際情況，提出了針對(duì)性概率修正有效方法，借鑒其他國家現(xiàn)有管道失效概率修正基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，隨之在實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)管控中得到應(yīng)用，例如頻率替代概率這一計(jì)算方法，與定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)結(jié)合，在城市管道施工中已經(jīng)有非常普遍的應(yīng)用。以修正因子管道失效概率為基礎(chǔ)的計(jì)算方法，利用通用失效概率值劃分管道失效因素，一般包括管道腐蝕、周圍自然環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害、施工挖掘?qū)е缕茡p、人為破壞、制管施工以及現(xiàn)場施工的誤操作這6種，以此為基礎(chǔ)研究切實(shí)可行的計(jì)算方法，保證定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在管道建設(shè)施工與風(fēng)險(xiǎn)防范中的作用。

4 結(jié)語

綜上所述，城市中管道非常重要，尤其是人口密集高后果區(qū)管道項(xiàng)目的施工建設(shè)、后期安全維護(hù)。為規(guī)避管道風(fēng)險(xiǎn)，采用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，可全面剖析潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，杜絕管道失效、泄露等一系列安全問題。此外，定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中，管道安全運(yùn)維技術(shù)水平也會(huì)因此得到提升，積累管道風(fēng)險(xiǎn)防范經(jīng)驗(yàn)，從而為今后我國管道城市穿越段建設(shè)打下基礎(chǔ)。