帥健 單克

中國石油大學(xué)（北京）

為更好地落實(shí)高后果區管道的風(fēng)險分級管控機制，在對國內外油氣管道事故進(jìn)行統計、分析與分類(lèi)的基礎上，識別油氣管道的危害因素，建立了基于事故統計的油氣管道失效概率的定量評價(jià)方法，并考慮管道失效后果，構建多維度風(fēng)險矩陣，劃分管道風(fēng)險等級，以期對高后果區油氣管道風(fēng)險進(jìn)行評估與排序，為制定風(fēng)險防控措施、保證管道的安全運行提供依據，并減小評價(jià)過(guò)程中主觀(guān)因素的影響。

1 基于事故統計的管道危害因素分類(lèi)

在風(fēng)險評價(jià)過(guò)程中，失效數據的統計非常重要，通過(guò)對管道失效的歷史數據進(jìn)行統計與分析，可以使管道危害因素分類(lèi)更為合理。表 1是國外管道失效數據庫中對管道失效原因的對比與分類(lèi)，其中已包括美國運輸部管道與危險材料安全管理局（PHMSA）、加拿大標準協(xié)會(huì )（CSA）、歐洲輸油管道（CONCAVE）和輸氣管道（EGIG）等國際主要的管道失效數據庫[1-6]。

綜合上述情況，并考慮到我國油氣管道的具體情況，將管道危害因素分為腐蝕、自然力破壞、第三方破壞、材料/焊接/裝備失效、誤操作及其他原因等6大類(lèi)，每類(lèi)又與諸多因素有關(guān)，用魚(yú)骨圖細化了各類(lèi)危害因素，如圖 1所示。

2 失效概率評估

2.1 評估模型

基于管道失效數據的統計與分析，不僅可以使管道危害因素的分類(lèi)合理化，而且可以為管道的失效概率計算提供依據。根據統計資料獲得由i 失效因素引起的管道失效概率，將其作為基本失效概率Ri，通過(guò)失效概率修正因子Fi對基本失效概率Ri進(jìn)行修正，求得要評價(jià)管線(xiàn)由i 類(lèi)危害因素引起的失效概率。根據前面的分析，將6大類(lèi)管道危害因素各因素引起的失效概率相加即得到管道的失效概率。

基于統計數據的油氣管道失效概率計算方法如式（1）：

式中： P 為管道的失效概率， (km·a)-1； Pi為由i類(lèi)危害因素引起的失效概率， (km·a)-1； Ri為i類(lèi)危害因素對應的基本失效概率， (km·a)-1； Fi為i類(lèi)危害因素對應的失效概率修正因子； l 為危害因素的分類(lèi)數，此處l =6。

2.2 基本失效概率評估

基本失效概率也可以理解為平均失效概率，是指油氣管道平均每年每公里發(fā)生的事故數量，反映油氣管道失效概率的平均狀況，可作為油氣管道失效概率 評估的基準，也是管道風(fēng)險評價(jià)的基礎數據之一�；�于事故統計的基本失效概率可通過(guò)式（2）計算：

式中： Nk為第k年管道發(fā)生的事故數量； Lk 為第k年的管道長(cháng)度， km； αi 為危害因素i所占的比例；m為年數。

基本失效概率需要通過(guò)大量的統計資料獲得。統計資料來(lái)源于油氣管道事故的歷史記錄，如油氣管道失效數據庫。根據前面對各數據庫油氣管道事故的分類(lèi)統計，按照式（2），計算得到油氣管道基本失效概率如表 2所示。

2.3 修正因子指標體系

基本失效概率可以由統計資料獲得，但由于統計資料多來(lái)源于油氣管道事故的歷史記錄，所以其得出的基本失效概率值只能視為處于平均狀態(tài)下的管道的失效概率，并不能完全真實(shí)地反映特定管道在特定時(shí)間和特定運行條件下的失效概率情況，需要進(jìn)行修正。修正因子指標體系分別由一級指標和二級指標組成。參考圖 1所示的魚(yú)骨圖，構建了含6項一級指標和38項二級指標的修正因子指標體系，全面考慮各種危害因素對失效概率的影響。

為了減少風(fēng)險評價(jià)過(guò)程中的主觀(guān)性，考慮各個(gè)指標獲取和量化的難易程度，將修正因子指標劃分為定量指標、半定量指標以及定性指標三類(lèi)。

（1）定量指標

定量指標需要大量的統計數據做支撐。通過(guò)分析管道失效數據庫，可以得到壁厚、管徑、管齡、埋深、鋼級等參數與管道失效概率間的關(guān)系，如圖 2―5，擬合成函數，從而得到這些參數與失效概率間的函數關(guān)系，即定量關(guān)系。

（2）半定量指標

半定量指標如土壤腐蝕速率、陰極保護電位、防腐層最大衰減率、雜散電流干擾、管道安全影響系數、系統安全影響系數、 SCADA系統可靠度等。盡管從這些指標很難得到其與失效概率間的函數關(guān)系，但可以參照相關(guān)標準或者管理者手冊中的有關(guān)參數的取值標準，對半定量指標進(jìn)行賦值。

（3）定性指標

對于定性指標，由于沒(méi)有確切數據作為支撐，并且風(fēng)險評價(jià)標準或管理手冊中也沒(méi)有明確的量化參數作為依據，因此，需憑借專(zhuān)家既往經(jīng)驗判斷獲取其等級。

3 失效后果評估

對于管道的失效后果采用評分模型。管道失效后果的嚴重程度，需要考慮管輸介質(zhì)的危害性、泄漏量、擴散情況以及危害受體等情況，分值越高，說(shuō)明泄漏后果越嚴重，風(fēng)險越高。失效后果評分的計算公式如下：

式中： Cof 為失效后果總分； PH為介質(zhì)危害性；LV 為泄漏量； DS為擴散情況； RT為危害受體。

參考KENT法、 GB 27512―2011《埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險評估方法》等方法與標準[7-10]，建立失效后果評分模型，模型總分為2500。

4 風(fēng)險分級

采用風(fēng)險矩陣法對管道風(fēng)險進(jìn)行分級，其目的是對油氣管道風(fēng)險進(jìn)行分析、排序和等級劃分，確定關(guān)注重點(diǎn)和優(yōu)先級順序，以便有針對性地做到分級核查、報告、追責和管理。

風(fēng)險矩陣見(jiàn)表 3，其中，橫軸表示預估潛在后果發(fā)生的可能性，分為5個(gè)級別，每個(gè)級別對應相應的管道失效概率，屬于定量風(fēng)險評價(jià)范疇。

根據風(fēng)險矩陣進(jìn)行風(fēng)險分級，如表 4。根據分級結果，便于實(shí)行風(fēng)險的分級管控。

5 結束語(yǔ)

借鑒歐美管道事故管理經(jīng)驗，結合我國管道特點(diǎn)，采用魚(yú)骨圖對管道危害因素進(jìn)行識別與分類(lèi)，量化了各項危害因素的影響，實(shí)現油氣管道失效概率的定量評估。提出了多維度風(fēng)險矩陣分級方法，繪制“紅橙黃藍綠”五色管道安全風(fēng)險分布圖，使各管段的風(fēng)險等級明確化、清晰化，從而確定關(guān)注重點(diǎn)和優(yōu)先級順序，以便有針對性地做到分級核查、報告、追 責和管理，構建管道安全風(fēng)險分級管控機制。

 

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作者：帥健，中國石油大學(xué)（北京）安全與海洋工程學(xué)院教授、博士生導師。