張華兵

油氣管道完整性管理技術(shù)委員會(huì )

摘 要： 采用Bow-tie 分析法將油氣管道風(fēng)險管控體系劃分為7大失效原因，及導致管道意外泄漏和泄漏后可能產(chǎn)生的4種不利影響。相比故障樹(shù)和事件樹(shù)的分析結果頗具優(yōu)勢�；�于分析結果建立了定量評價(jià)模型，量化管道風(fēng)險，并可實(shí)現風(fēng)險管控效果的衡量，直接指導管道風(fēng)險管控實(shí)踐。

關(guān)鍵詞： 管道； Bow-tie；風(fēng)險評價(jià)；風(fēng)險管控；效果

管道風(fēng)險評價(jià)是管道完整性管理的核心環(huán)節之一，通過(guò)實(shí)施管道風(fēng)險評價(jià)，管道管理人員可以系統地識別所轄管道的風(fēng)險因素，掌握管道的風(fēng)險情況，從而可以針對性的采取措施管控管道風(fēng)險，保證管道的安全運行。

管道面臨的風(fēng)險因素較多，管道管理者也采取了大量措施進(jìn)行預防。風(fēng)險評價(jià)將風(fēng)險量化，有助于分析管道安全水平，指導管道風(fēng)險管控。目前用于管道風(fēng)險評價(jià)研究的方法有故障樹(shù)法和事件樹(shù)法等，管道企業(yè)常用的方法則有安全檢查表法、風(fēng)險矩陣法、評分法等[1-3]。為了更直觀(guān)的展示管道風(fēng)險因素與管道企業(yè)采用的管控措施，本文采用Bow-tie 法對油氣管道風(fēng)險管控體系進(jìn)行分析。

1 Bow-tie分析法簡(jiǎn)介

Bow-tie分析法是一種方便使用和操作的風(fēng)險評估方法，它具有高度可視化、允許在管理過(guò)程中直接進(jìn)行處理的特點(diǎn)，能夠使人們非常詳細地識別事故發(fā)生的起因和后果，并幫助使用者在事故發(fā)生前后分別建立有效的措施來(lái)預防及控制事故發(fā)生。

Bow-tie法的基本圖形猶如一個(gè)蝴蝶結，能夠同時(shí)分析和描述幾種不同的導致事件發(fā)生的潛在危險因素及后果，同時(shí)提出合理的預防及控制措施。將被分析的事件放在圖的中心，將導致事件發(fā)生的潛在危險因素放在圖左側，事件發(fā)生后導致的后果放在圖右側。同時(shí)，還允許在圖上標出為了預防事件發(fā)生所采取的預防措施及事故發(fā)生后為減小事件損失所能采取的控制措施[4-5] （圖 1）。

圖1 Bow-tie方法示意圖

Bow-tie法結合了故障樹(shù)和事件樹(shù)分析方法，是一種更加綜合的風(fēng)險評價(jià)方法。

2 管道風(fēng)險分析

例如將蝴蝶結圖的中心事件定義為管道泄漏。中心事件的左側，分析管道泄漏的原因，中心事件的右側，分析管道泄漏的影響后果。

根據以往已經(jīng)發(fā)生的大量油氣管道泄漏事故，并梳理相關(guān)標準和規范內容，可以繪制成圖 2。

圖2 油氣管道蝴蝶結圖

圖 2左側是導致管道意外泄漏的7大失效原因，右側為泄漏后可能會(huì )產(chǎn)生的4種不利后果。當4種后果中1種或多種比較惡劣時(shí)，還會(huì )對管道企業(yè)聲譽(yù)產(chǎn)生不利影響。

可以將各風(fēng)險因素/失效原因繼續細分如下。

（1）第三方損壞，包括地表開(kāi)挖、地下施工、農耕、打孔盜油氣、恐怖襲擊等各種可能損壞管道的活動(dòng)。

（2）內腐蝕，包括介質(zhì)本身的腐蝕性、管道內部試壓殘留水、低點(diǎn)積水等。

（3）外腐蝕，包括土壤腐蝕、防腐層破損老化剝離、補口失效、陰保失效、套管內腐蝕、雜散電流干擾等。

（4）應力腐蝕開(kāi)裂，包括管材的敏感性、腐蝕環(huán)境和管道的應力水平等。

（5）制造缺陷，包括管道制造階段的各種缺陷，如螺旋焊縫/直焊縫缺陷、鋼板的分層、夾雜等。

（6 ） 施工缺陷，包括管道施工階段的各種缺陷，如現場(chǎng)焊接連頭時(shí)的環(huán)焊縫缺陷、管體凹陷等。

（7）自然與地質(zhì)災害，包括滑坡、崩塌、泥石流、水毀、采空區塌陷、黃土濕陷、凍漲融沉等。

管道防護措施見(jiàn)表 1。

管道應急措施見(jiàn)表 2。

圖 2形象地展示了導致管道泄漏的原因和管道泄漏后的主要影響后果，并據此分析，制定針對性的防護措施和應急措施。與故障樹(shù)分析相比，將管道風(fēng)險因素與管道企業(yè)采取的防護措施分開(kāi)，管道管理者可以很方便地找出可以采取措施的變量。

與事件樹(shù)分析相比，圖 2直指事故最終結果的本質(zhì)，不會(huì )根據是否著(zhù)火進(jìn)行演化，防止管道管理者注意力被誤導而認為只需要控制點(diǎn)火源。

3 定量分析

根據圖2，可以建立管道風(fēng)險評價(jià)模型對油氣管道風(fēng)險進(jìn)行計算分析。

采用評分模型將P1至P7量化為0～1之間，表示發(fā)生概率。評分模型可以參考kent法的指標體系，但必須進(jìn)行優(yōu)化。將F1至F7量化為0～1之間，表示防護措施的效果。從圖 2可以看出， P1至P7為邏輯或關(guān)系。將C1至C4量化為0～1之間，表示失效后果。 將E1至E4量化為0～1之間，表示應急措施的效果。E1至E4為累計關(guān)系。這樣可以建立以下管道風(fēng)險評價(jià)計算公式：

式中：

R—管道風(fēng)險值；

i—風(fēng)險因素編號；

j—失效后果編號；

P—風(fēng)險因素；

C—失效后果；

F—防護措施；

E—應急措施。

對某輸油管道的一個(gè)站間進(jìn)行實(shí)際應用。管道長(cháng)90 km，輸送汽油，管徑610 mm，設計壓力8 MPa，運行壓力5 MPa。收集分析所需要的數據，將管道最終劃分為6個(gè)管段。隨后對每個(gè)管段進(jìn)行了風(fēng)險計算，結果見(jiàn)圖 3。

圖3 管段風(fēng)險直方圖

從圖 3可以看出，進(jìn)行風(fēng)險排序后，可以快速找出風(fēng)險排序第1的為第3管段。

對高風(fēng)險段進(jìn)行風(fēng)險致因分析，可以得到圖 4。

圖4 管道失效原因對比圖

該管段的具體情況為經(jīng)常發(fā)生施工活動(dòng)，但管道

標識不全，也沒(méi)有加密巡線(xiàn)，周邊還存在人口，所以風(fēng)險較高。建議管道管理者針對性的加強防護措施，包括每50 m設1個(gè)管道標志樁，加密管道標識為，每天巡線(xiàn)3次，每年開(kāi)展公眾宣傳2次，發(fā)動(dòng)周邊民眾保護管道。實(shí)施這些措施后，重新進(jìn)行風(fēng)險計算，發(fā)現管道風(fēng)險值能降低80%，體現了風(fēng)險管控成效。

4 結論

采用Bow-tie分析方法，繪制了管道風(fēng)險蝴蝶結圖，建立了定量計算模型，應用于某輸油管道進(jìn)行風(fēng)險計算，得到以下結論。

（1） Bow-tie分析方法可以形象展示導致油氣管道泄漏的失效因素和管道泄漏后的不利后果，并可以在此基礎上可系統梳理對應可用的防護措施和應急措施，相比故障樹(shù)和事件樹(shù)分析結果具有優(yōu)勢。

（2）根據油氣管道風(fēng)險的Bow-tie圖，可建立管道風(fēng)險評價(jià)模型，對管道進(jìn)行定量風(fēng)險計算。

（3）在某管道上進(jìn)行了實(shí)際應用，可以量化管道風(fēng)險，對風(fēng)險實(shí)現排序�？梢苑奖氵M(jìn)行風(fēng)險致因分析，找出高風(fēng)險的根本原因。

（4）可以分析風(fēng)險管控措施對風(fēng)險的降低效果，體現管道管理者工作成效。

參考文獻：

[1]張華兵，程五一，周利劍等.管道公司管道風(fēng)險評價(jià)實(shí)踐[J]，油氣儲運， 2012， 31（2）： 96-98.

[2]張華兵，馮慶善，鄭洪龍等.油氣長(cháng)輸管道定量風(fēng)險評價(jià)[J]，中國安全科學(xué)學(xué)報， 2008，（3）：161-165.

[3]張華兵，王新.基于風(fēng)險評價(jià)的管道安全距離確定方法[J]，油氣儲運， 2018，（01）： 20-23.

[4]王春雪，呂淑然.城市燃氣管道泄漏致災混合概率風(fēng)險評估研究[J]，中國安全科學(xué)學(xué)報， 2016，（12）： 146-151.

[5]李婷婷，趙姚峰.基于FTA、 ETA、 Bow-tie 三種評價(jià)方法的結合及其應用研究[J]，價(jià)值工程，2013，（27）： 35-37.

作者：張華兵，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）安全技術(shù)及工程專(zhuān)業(yè)博士，目前在中國石油管道科技研究中心工作，兼任中國石油學(xué)會(huì )石油儲運專(zhuān)委會(huì )管道完整性管理技術(shù)委員會(huì )秘書(shū)長(cháng)，長(cháng)期從事油氣管道完整性管理技術(shù)的研究與應用。