管道風險可接受準則確定方法探討

薛海峰，朱潔，任遠，王子文，馬偉平

(1.國家管網集團西部管道有限責任公司 烏魯木齊應急搶險中心，新疆 烏魯木齊 830000；2.國家石油天然氣管網集團有限公司 建設項目管理分公司，河北 廊坊 065000；3.中油國際管道公司，北京，100029；4.廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，河北 廊坊 065000；5.國家管網集團 科學技術研究總院分公司，河北 廊坊 065000)

隨著中國長輸管道快速發展，截至2020年底油氣長輸管道總里程約為1.45×105km[1]。若管道發生油氣泄漏或火災爆炸事故，將造成嚴重損失。2013年11月22日，中石化東黃輸油管道火災爆炸事故造成62人死亡、136人受傷，直接經濟損失高達7.5億元[2]。長輸管道安全成為國家、社會關注的焦點問題。進入21世紀，美國最先提出完整性管理理念，已成為保障管道系統安全的公認先進做法[3]。風險評價是管道完整性管理的核心內容，已發展定量/半定量、風險指數、事故樹等方法。風險可接受準則是風險評價中的關鍵技術，也是風險減緩措施實施與否的決策依據，但目前國內外還未形成統一、公認的準則[4]。研究適用于國內管道特點的風險可接受準則，既是確定科學、合理的管道安全距離的重要依據，對于提高管道安全管理的有效性也具有重要意義。

1 風險可接受準則的涵義

一般認為安全是一種不確定性的狀態，如果人員死亡風險低于某一確定的風險可接受標準，即認為人員是安全的。風險可接受準則是指社會公眾因主觀愿望及管道運營商對風險水平的可接受程度，描述了人員傷亡、環境污染、財產及商業利益損失風險的最大情形[5]。風險可接受性不僅是科學技術問題，也是社會科學問題，不僅取決于事故后果，也涉及人的價值觀念等。風險可接受準則的影響因素包括：事故后果嚴重程度、風險可控性、個體風險與集體風險，風險不確定性。

開展風險評價以及降低風險等級需要投入資金和技術。確定可接受風險準則是優化風險減緩措施，例如選擇檢測技術、確定檢測周期等，制定最佳投資方案。確定可接受風險水平應根據行業發展水平且符合行業技術現狀。確定可接受風險準則應遵循以下基本原則：

1)可接受合理的風險。在合理可行條件下，最大限度降低重大危害的風險水平。

2)特定類型管道事故。對于可能造成嚴重后果的，首先應最大限度降低該事故發生概率。

3)比較原則。應用新系統的可接受風險水平，應比被接受的現存系統風險水平大致相當。

4)MEM原則。新增活動風險不應比日常活動風險有明顯增加，一般認為新增加活動的風險不應超過1%。

2 風險可接受準則理論研究現狀

針對風險可接受性，代表性的是英國健康安全管理委員會(HSE)在安全法規中采用風險管理和決策領域的最低合理可行準則ALARP(as low as reasonably practicable)，控制風險在合理范圍內盡可能低[6]。其基本涵義是：

1)任何系統都是存在風險的，通過預防措施不可能徹底消除風險。

2)系統風險水平越低，進一步降低風險就越困難，其成本呈指數級上升。

3)安全改進措施投資的邊際效益遞減，最終趨于零或負值，應綜合分析系統的風險水平和投資成本，做出合理判定。

英國管道安全監管的基本法律是《管道安全法/Thepipelinesafetyregulation》(1996年)和《重大危害控制法案/Thecontrolofmajoraccidenthazardsregulations》(2015年)，要求管道運營商通過安全報告證明管道安全性，證明管道對公眾和員工造成的死亡風險處于ALARP范圍，其中員工相對公眾的風險可接受標準略高。

挪威石油理事會(NPD)在其指導方針中指出的可接受準則陳述了人員傷亡、環境損害和財產、商業利益受損的風險的觀點。因此，管道風險評價技術應首要解決個人風險可接受準則和社會風險可接受準則，其次還應關注環境損害和財產、商業利益受損的風險。

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3 個體風險可接受準則

3.1 國外個體風險可接受準則研究現狀

荷蘭建設規劃和環境部最早提出個體風險(IR)的衡量指標。IR定義為未采取任何保護措施情況下，區域內某一特定位置處的人員因潛在事故危害造成死亡的概率，通常用年死亡概率表示(人·年-1)。IR的表述為

IR=PfPdf

(1)

式中：Pf——失效事故發生概率；Pdf——失效事故造成的個體死亡概率。

荷蘭水污染技術咨詢委員會TAW(Dutch Technical Advisory Committee on Water Defences)指出確定個體風險應考慮人員參與活動的主觀性，例如人員登山相對煉油廠的個體風險更易于接受，可接受個體風險IR0表述為

IR0<β×10-4

(2)

式中：β——調整系數，與人們接受風險的主觀性有關，主動型的β為10(如登山)；自我控制型的β為1(如駕車)；缺少自我控制的β為0.1(如飛行)；不自愿的β為0.01(如工作)。

英國HSE委員會將個體風險劃分為不可接受區、可容忍區和廣泛接受區，廣泛接受區和可容忍區的界限為10-6人/年。國外針對廣泛接受區和可容忍區的界限界定為10-6人/年，例如荷蘭適用范圍是新建和在役工廠，英國適用范圍是核電站、危化行業和危險品運輸儲存，澳大利亞適用范圍是新建工廠。針對不可接受區和可容忍區的界限，國際上還沒有統一、公認的準則。英國HSE委員會提出了核電站的風險不可接受區與可容忍區的建議界限，針對工人的取值為10-3人/年；針對公眾的取值10-5人/年，是主觀意愿性差異的體現。

3.2 中國長輸管道個體風險可接受準則

建立國內管道個體風險可接受準則，應參考國際慣例做法，同時結合中國國情和長輸管道行業特點。借鑒英國HSE委員會框架準則，風險劃分為不可接受區、可容忍區和廣泛接受區。具體涵義為：

2)廣泛接受區指風險是可被接受的，無需采取安全改進措施。

3)如風險評價指標位于可容忍區，需進行安全措施成本-效益分析。如證明進一步增加安全措施對系統風險降低影響不大，即風險是“可容忍的”，仍繼續使用現有風險措施。

根據中國事故人員死亡統計值確定個體風險臨界值。原國家安全生產監督管理總局統計2001—2006年中國因事故死亡人數，確定的個體風險最大值是2001年1.09×10-4人/年，最小值是2006年8.58×10-5人/年，這5年中國年事故死亡人數變化不大[7]。根據上述分析，可將中國年事故死亡率1×10-4人/年作為風險不可接受區和可容忍區的界限依據。借鑒英國HSE委員會框架準則，風險可容忍區和廣泛接受區的界限為1×10-6人/年。中國長輸管道個體風險可接受準則如圖1所示。

圖1 中國長輸管道個體風險可接受準則示意

4 社會風險可接受準則

社會風險是確定特定事故的發生概率與該事故導致的受傷或者死亡人數的相互關系。特指影響到多數人的災難性事故，例如油氣管道泄漏火災爆炸事故，影響范圍大，社會關注度高。國外社會風險表征通常采用F-N曲線，即死亡人數超越概率曲線。F-N曲線最早應用于核工業領域，現在作為風險表述形式在其他行業廣泛應用。F-N曲線表述形式為

(3)

式中：N——死亡人數；FN(x)——每年死亡人數x的概率分布函數，表示每年死亡人數小于x的概率，n——臨界曲線的斜率，n=1判定為中性風險指標，n=2判定為規避風險指標，表明后果嚴重的事故在相對較低的概率條件下才被接受；C——常數，取值10-2或者10-3，決定臨界曲線的位置。

統計國內長輸管道歷史失效事故數據[8]，以2014年底統計數據為例，長輸油氣管道總里程8×104km，國內長輸管道事故失效概率約為1×10-3次/(年·km)，事故平均死亡人數約為0.016 4 人，得到中國長輸管道社會風險方程如式(4)所示，對應的F-N曲線如圖2所示。應指出，如管道長度、歷史事故率和事故死亡人數等參數發生變化，則管道社會風險F-N曲線方程也應相應調整。隨著國內經濟快速發展，管道實現跨越式發展，建立國內油氣管道失效信息數據庫，不斷改進和完善事故數據，對于開展管道風險評價和確定社會風險可接受判據具有重要意義。

圖2 中國長輸管道社會風險F-N曲線示意

(4)

5 財產損失可接受準則

財產損失風險是針對整個管道系統的總經濟風險的度量[9]。財產損失可接受準則用P-L曲線描述，如圖3所示，P-L曲線上方區域為風險不可接受區域，其中P表示事件對管道系統造成財產損失、損壞或延誤的累積概率，L表示事故損失費用比例，包括構件/部件損失、維修費用、延誤時間、生產損失、恢復費用或者可靠性降低等。事件造成的財產損失概率見表1所列。

圖3 財產損失可接受準則P-L曲線示意

表1 事件造成的財產損失概率

6 環境損害可接受準則

環境損害可接受準則取決于油品或氣體泄漏對環境造成的后果[10]。環境損害可接受準則側重點不在于區分危害環境的類型，重點在于關注管道生命周期內，泄漏對環境危害的嚴重性和長期性，可用受到破壞的環境資源的恢復時間表示，見表2所列。

表2 環境損害可接受準則

7 結束語

研究管道行業權威、公認的風險可接受準則，是管道完整性管理和風險評價中急需解決的關鍵技術問題。風險可接受準則起源于西方國家，國內風險補償能力薄弱，確定風險可接受準則必須考慮中國國情和管道行業特點。

確定一條管道風險可接受準則，應綜合考慮人員傷亡、財產損失和環境損害，得到一個總體的可接受準則，才能全面分析管道風險，為管道運行維護決策提供依據。實施風險減緩措施時，應考慮管道沿線人口密度及社會環境存在差異，應將管道合理分段，根據管段具體情況制定風險可接受水平。

建議加強管道失效數據庫建設，不斷完善和積累失效事故數據，包括管道基礎數據、事故資料、傷亡人數和經濟損失等，為確定管道社會風險可接受準則提供依據。應指出風險接受準則是不斷變化的，隨著管道技術進步，實施風險減緩措施的成本逐漸降低，采用更加嚴格的風險準則成為可能。關于風險準則、成本和科技進步的關系需要持續研究。