浙江省天然氣長輸管道智能風險評價

李保平 季壽宏 錢濟人

浙江浙能天然氣運行有限公司

截至2020 年底，全球在役油氣管道總里程約201.9×104km，其中，中國油氣管道總里程為14.40×104km[1]。按照中國油氣管網發展規劃，2025 年將達到24×104km[2]。油氣管道壓力高、口徑大、距離長，其輸送石油、天然氣等易燃易爆介質，且隨著經濟的快速發展，越來越多的輸氣管道沿線區域條件已和設計投產初期不一致，原本人口稀少甚至荒無人煙的區域變為人口稠密、商業活動頻繁的中心地帶[3]，一旦管道失效將會造成嚴重的人員傷亡、環境破壞、財產損失等，危害公共安全，因此油氣管道的風險評價已引起世界各國高度重視。

目前管道風險評價分為定量、半定量和定性評價3類，涉及的方法有安全檢查表（SCL）[4]、故障模式及影響分析（FMEA）[5]、預先危險性分析法（PHA）、危險與可操作性研究（HAZOP）[6]、故障假設分析（What-If）、事故樹法[7]、肯特評分法、量化風險評價法（QRA）[8]等。風險評價的基本思想是考察管道失效后果與失效可能性，最終確定管道的絕對風險大小或相對風險等級。定量風險評價是最科學合理的管道風險評價分析技術，也是管道風險評價未來的發展趨勢，但由于其所需的管理信息和基礎數據龐大，另外全面反映風險因素與失效頻率之間數學模型的制定需要大量基礎研究工作，所以目前仍處于探索階段，實際應用較少。而半定量、定性的風險評價方法以其操作方便、簡單明確等優勢在生產實際中得到了廣泛應用，成為管道運營企業主流的風險評價工具[9]。國內外常用的管道風險評價方法主要是基于故障樹的管道風險評價方法和基于肯特法的半定量風險評價方法。其中基于肯特法的半定量風險評估是由美國運輸部（DOT）通過大量管道研究而得出的一套風險評價方法，因其評價成本相對較低，所需原始數據相對較少，精度能夠滿足工程實踐需要，而被世界各國普遍采用。中國石油從2010 年開始開展管道完整性管理工作，基于肯特法的半定量風險評價已經成為其風險管理的重要手段和工具。將肯特法中的各項風險因素作為長輸管道風險因素，具有指標全面、準確有效的優點[10]，可以有效分析各段管道的風險等級，為管道維護和風險控制提供了科學的決策依據，取得了良好的應用效果。

1 風險評價方法和過程

浙江省地處我國東南沿海一帶，多為山地、丘陵地形，地質條件復雜，年降雨量較大，易受臺風等惡劣天氣影響，且浙江地區經濟活躍，第三方施工活動頻繁，人口密度和建、構筑物密度較大，天然氣管道一旦發生事故，將嚴重威脅管道沿線人民生命財產安全，因此對浙江省天然氣管道進行風險評價尤為重要。浙江浙能天然氣運行有限公司（以下簡稱公司）負責浙江省約2 400 km省級天然氣管道的調度、生產運行、維修、應急、技術服務等工作，年輸氣量達150×108m3。近年來不斷加強管道完整性管理，定期對管道開展高后果區識別、管道內檢測、管道外檢測等工作，并搭建浙江省天然氣智慧管網平臺，利用光纖震動預警、地質災害監測預警、無人機巡線、智能機器人巡檢、智能陰保樁等技術措施保障浙江省天然氣管道的安全平穩運行。

公司于2020 年根據GB 32167《油氣輸送管道完整性管理規范》和公司制度規程等，對所轄范圍內的1 768.11 km 浙江省級天然氣管道進行高后果區識別，識別出高后果區長度約740 km，占管道里程的41.86%。其中，Ⅰ級高后果區393 km、Ⅱ級高后果區316 km、Ⅲ級高后果區31 km。公司在高后果區識別的基礎上，將半定量的肯特打分法進行改進優化，利用自主開發的管道智能風險評價系統（圖1）開展風險評價工作。

圖1 浙江省天然氣智能風險評價系統界面Fig.1 Interface of Zhejiang Natural Gas Pipeline Intelligent Risk Assessment System

肯特打分法計算公式如下：

失效可能性=1-（1-第三方損壞失效可能性）×（1-腐蝕失效可能性）×（1-制造與施工缺陷失效可能性）×（1-地質災害失效可能性）

后果=人員傷亡后果+財產損失后果+停輸后果

風險值=失效可能性×失效后果

管道智能風險評價系統根據采集到的管道屬性數據和管道周邊環境數據自動對管線進行全屬性分段，即當任何一個管道屬性或周邊環境數據沿管道里程發生變化時，插入一個分段點，將管道切分成多個管段后再計算每個管段的風險值。該系統將危害管道安全運行的因素主要分成四大類：腐蝕、制造與施工缺陷、第三方損壞和地質災害，其中腐蝕包含18 種屬性數據，第三方損壞包含19 種屬性數據，地質災害包含10 種屬性數據，制造與施工缺陷包含12 種屬性數據。由風險評價工作小組負責收集表1中影響管道安全運行的四大類共計59種屬性數據，并對每個數據指標賦值后錄入管道智能風險評價系統，系統根據各指標之間的邏輯關系綜合計算出每段管道的失效可能性。然后，風險評價工作小組收集并錄入表1中與后果相關的10種屬性數據，結合應急預案、維搶修力量等具體情況，系統自動計算出人員傷亡、財產損失和停輸后果的分值，確定失效后果值。風險評價小組對計算結果進行分析、核實、修正，根據風險矩陣確定風險等級后，由軟件自動輸出風險評價結論和報告。

表1 59種屬性數據Tab.1 59 kinds of attribute data

2 風險等級劃分

根據GB 32167《油氣輸送管道完整性管理規范》并結合實際情況，采用風險矩陣法對各管段的風險水平進行分級。風險矩陣如圖2所示。

圖2 管道風險矩陣Fig.2 Risk matrix of pipeline

圖2中失效可能性是指未來一年內發生的可能性，共有5 級，分別為1～5 級，依次表示幾乎不可能、不太可能、偶爾可能、可能、很可能。失效后果主要考慮3個方面：人員傷亡、財產損失、停輸影響。將后果描述分為A～E 級，依次表示輕微影響、一般影響、較大影響、重大影響、特別重大影響，當同時存在多個方面的后果且等級不同時，取等級最高者。

各模型計算流程如圖3至圖8所示。

圖3 外腐蝕失效可能性計算流程Fig.3 Calculation flow of the external corrosion failure possibility

圖4 內腐蝕失效可能性計算流程Fig.4 Calculation flow of the internal corrosion failure possibility

圖5 第三方損壞失效可能性計算流程Fig.5 Calculation flow of the third-party damage failure possibility

圖6 地質災害失效可能性計算流程Fig.6 Calculation flow of the geological disaster failure possibility

圖7 制造與施工缺陷失效可能性計算流程Fig.7 Calculation flow of the manufacture and construction defects failure possibility

圖8 失效后果計算流程Fig.8 Calculation flow of the failure consequence

管道風險分為高、較高、中、低四個等級，如圖9所示。

圖9 管道風險等級Fig.9 Risk level of pipeline

3 失效可能性分析

根據管道智能風險評價系統計算，各段管道第三方損壞失效可能性為0.841%～36%，制造與施工缺陷失效可能性在0.197%～20.594%，地質災害失效可能性為0.4%～8%，腐蝕失效可能性為0～0.239%。

浙江地區經濟活躍，工程施工活動頻繁，第三方施工易對管道造成損傷是管道失效的最主要因素。此外管道制造與施工缺陷直接影響管道本質安全，是較為重要的失效因素。另外，由于浙江地處東南沿海一帶，地形復雜，多為山地、丘陵地區，當地降雨量較大，且易受臺風等惡劣天氣影響，因此管道較易遭受崩塌、山體滑坡、泥石流等地質災害影響，存在一定的失效可能性。

管道智能風險評價系統根據各段管道各因素的失效可能性，自動計算得出各段管道失效可能性。

各段管道的綜合失效可能性=1-（1-第三方損壞失效可能性）×（1-腐蝕失效可能性）×（1-制造與施工缺陷失效可能性）×（1-地質災害失效可能性）。

浙江省級天然氣長輸管道綜合失效可能性如圖10所示，包括：幾乎不可能（1級）62.11%，不太可能（2級）32.9%，偶爾可能（3級）3.36%，可能（4級）1.54%，很可能（5級）0.1%。

圖10 浙江省級天然氣長輸管道失效可能性Fig.10 Failure possibility of Zhejiang provincial natural gas longdistance pipeline

4 失效后果分析

浙江省級天然氣長輸管道失效后果如圖11 所示，包括：輕微影響81.56%，一般影響15.29%，較大影響2.79%，重大影響0.28%，特別重大影響0.08%。

圖11 浙江省級天然氣長輸管道失效后果Fig.11 Failure consequence of Zhejiang provincial natural gas long-distance pipeline

浙江省天然氣長輸管道的失效后果值在0.09分至47.134分之間，后果較高的管段大部分處在高后果區，部分管段途徑人口密集區，導致人員傷亡的后果得分較高；部分管段10 m 內存在并行或交叉其他油氣管道，財產損失的后果得分較高。浙江省經濟發達，浙江省天然氣管道高后果區占比高達41.86%，管道附近工業園區、物流園區、工廠等較多，管道沿線人口密度和建筑物密度較大，管道一旦發生事故將造成嚴重的人員傷亡和巨大的經濟損失，因此失效后果值較高。

5 風險評價結果

全長1 768.11 km 的浙江省天然氣長輸管道風險評價結果如圖12 所示。無高風險管段；較高風險管段共10.5 km，占比0.59%；中風險管段共78.57 km，占比4.44%，低風險管段共1 679.04 km，占比94.96%。

圖12 浙江省級天然氣管道風險等級Fig.12 Risk level of Zhejiang provincial natural gas pipeline

6 結論

（1）通過對浙江省1 768.11 km 天然氣長輸管道風險評價，浙江省級天然氣長輸管道不存在高風險段，較高風險管道10.5 km，中風險管段78.57 km，低風險管段1 679.04 km，浙江省級天然氣長輸管道風險整體可控。

（2）結合浙江省天然氣長輸管道實際情況將危害管道安全運行的因素主要分成腐蝕、制造與施工缺陷、第三方損壞和地質災害四大類共計59 種屬性數據。其中第三方損壞（失效可能性0.841%～36%）和制造與施工缺陷（失效可能性0.197%～20.594%）是管道失效的主要因素，地質災害（失效可能性0.4%～8%）是管道失效的次要因素，腐蝕（失效可能性0～0.239%）對管道失效的影響較低。

（3）結合浙江省天然氣長輸管道實際情況將后果相關屬性數據分為10 種，通過計算得出失效后果值較高（0.09～47.134）。浙江省經濟發達，管道沿線人口密度和建筑物密度較大，管道一旦發生事故將造成嚴重的人員傷亡和巨大的經濟損失，因此失效后果值較高。

（4）管道風險是隨著管道屬性、管道周邊環境和人類活動影響等因素而不斷進行動態變化的，目前國內外管道風險評價基本是定期開展靜態評價，難以實現對管道風險的實時動態評價。利用視頻監控、泄漏監測預警、無人機巡線、光纖震動預警、智能機器人巡檢、地質災害監測預警、智能陰保樁等技術對管道進行實時監測、監控，實現管道的全面感知，對管道進行實時的動態風險評價，將成為油氣管道風險評價的未來發展趨勢。