孟濤1 王德國2 李長(cháng)春1 王新華3

1.中國特種設備檢測研究院； 2.中國石油大學(xué)（北京）機械與儲運工程學(xué)院 ；3.北京工業(yè)大學(xué)機械與電子工程學(xué)院

 

 

摘要： 針對城鎮聚乙烯燃氣管道的運行安全問(wèn)題，以我國某城鎮聚乙烯燃氣管道基于半定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)的應用為例，依照基本流程，分析埋地管道的失效可能性及失效后果，并綜合評價(jià)管道各位置的安全風(fēng)險等級，表明該技術(shù)可實(shí)現聚乙烯管道按風(fēng)險等級進(jìn)行科學(xué)管理，并進(jìn)一步減小失效發(fā)生的可能性，以保證管道安全、經(jīng)濟、合理運行。

關(guān)鍵詞： 城鎮聚乙烯燃氣管道；半定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)；風(fēng)險等級；應用

 

 

GB 50028―2006《城鎮燃氣設計規范》規定，在中低壓燃氣管網(wǎng)建設中將聚乙烯作為首選管材，取代傳統的碳鋼、鑄鐵管材等[1]。目前國內外對聚乙烯燃氣管道的研究還停留在原料選擇、質(zhì)量控制和工程施工等方面[2-3]，對風(fēng)險評估的研究比較少。因此，建立符合我國國情的城鎮聚乙烯燃氣管道風(fēng)險評估方法，預防管道事故的發(fā)生，保護人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，具有重要的社會(huì )意義和工程價(jià)值。

1 聚乙烯燃氣管道風(fēng)險評估技術(shù)

聚乙烯燃氣管道風(fēng)險評價(jià)采用半定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)[4-5]。首先，確定所有的失效事故因素并評價(jià)失效可能性。其次，計算管道的失效后果，包括人、物與環(huán)境損失。最后，綜合評價(jià)失效可能性和失效后果確定風(fēng)險等級�；�本流程如下。

（1）管段劃分。依據事先所確定的劃分準則將管道分成若干個(gè)可能具有相同風(fēng)險等級的段，恰當的劃分準則即當出現重要的變化時(shí)，插入分段點(diǎn)，準則的確定與成本開(kāi)支和期望的數據精度有關(guān)。

（2）風(fēng)險影響因素確定。即導致發(fā)生事故的因素和影響其后果嚴重程度的因素。

（3）各管段失效可能性確定。在評價(jià)失效可能性上，不同的評價(jià)模型會(huì )有側重點(diǎn)的差異，但通常包括第三方破壞、設備（裝置）及人員操作、本體安全等方面。

（4）各管段失效后果嚴重性確定。各管段的失效后果與輸送介質(zhì)的危險性、泄漏影響范圍、泄漏點(diǎn)周?chē)�環(huán)境情況及周?chē)�人口密度大小密切相關(guān)，具體包括人員傷亡、財產(chǎn)損失和社會(huì )環(huán)境等無(wú)形損失。

（5）各管段失效風(fēng)險值確定。風(fēng)險值等于失效可能性與失效后果的乘積。

（6）各管段風(fēng)險等級確定。根據各管段失效可能性和失效后果計算出失效風(fēng)險值，再依據分級準則進(jìn)行風(fēng)險等級確定。

1.1 管段劃分

將待評價(jià)的管道劃分為多個(gè)管段能夠提高每個(gè)管 段的評價(jià)準確度，管段將作為最小的風(fēng)險值比較的單元，通過(guò)計算得到每個(gè)管段相應的風(fēng)險值，然后對所有管段進(jìn)行風(fēng)險排序。管段的劃分主要考慮的因素包括：管道周?chē)�人口密度、建筑物、土壤情況、運行壓力、管道規格和服役時(shí)間等。

1.2 管段失效可能性確定

采用故障樹(shù)分析法對管道風(fēng)險因素進(jìn)行識別。在此基礎上，利用下行法及布爾代數化簡(jiǎn)故障樹(shù)（圖 1），求解故障樹(shù)最小割集，得到結構重要度系數的大小，從而獲取影響管道失效的主要影響因素�；�本事件結構重要度系數越大，該基本事件對頂事件發(fā)生產(chǎn)生的影響也越大，應采取措施控制這些結構重要度系數較大的基本事件的發(fā)生。

第三方損壞主要是從地面活動(dòng)情況、管道埋深、環(huán)境影響、地面裝置及其保護措施、占壓、管道標識、巡線(xiàn)、公眾教育等方面進(jìn)行評價(jià)，該類(lèi)信息主要根據相關(guān)工作人員提供的信息和沿線(xiàn)檢測及詢(xún)問(wèn)調查確定。

管道本質(zhì)安全主要從設計施工控制、檢測及評價(jià)計劃、自然災害及其防范措施等方面進(jìn)行評價(jià)。各項評價(jià)得分是依據甲方工作人員提供的信息及沿途調查確定，對資料信息不完全和不詳的項，選擇相對保守的分數。

設備（裝置）及操作主要從設備（裝置）功能及安全質(zhì)量、設備（裝置）維護保養規程、設備（裝置）操作規程、人員培訓與考核、安全管理制度、防錯裝置等方面進(jìn)行評價(jià)。其中，各項評價(jià)得分是依據相關(guān)資料、甲方提供信息以及現場(chǎng)檢測確定，對資料信息不完全和不詳的項，選擇相對保守的分數。

通過(guò)故障樹(shù)分析，獲得聚乙烯燃氣管道49個(gè)最小割集，選取結構重要度系數較大的因素，建立聚乙烯燃氣管道重大危險源評價(jià)指標體系，失效可能性總分為100分。

1.3 管段失效后果嚴重性確定

參考埋地鋼質(zhì)管道失效后果的主要因素，從介質(zhì)的短期危害性、介質(zhì)最大泄漏量、介質(zhì)的擴散性、人口密度、沿線(xiàn)環(huán)境、泄漏原因和供應中斷對下游用戶(hù)影響等七個(gè)方面對聚乙烯燃氣管道失效后果進(jìn)行評分，總分150分。如表 1所示。

失效后果得分為各個(gè)指標得分之和，每個(gè)指標得分為其下設的一個(gè)或多個(gè)子評分項之和，下設子評分項的得分為其下設所有子評分項得分之和。從每個(gè)評分項或子評分項下設的各列項中，單一選擇最接近實(shí)際情況的列項，從而確定該評分項或子評分項的得分。

1.4 管段風(fēng)險等級確定

埋地PE管道的風(fēng)險等級可分為風(fēng)險絕對等級和相對等級。前者是按照統一標準劃分的風(fēng)險等級，使得不同管道的風(fēng)險具有可比性；后者隨被評價(jià)管道的不同而不同，在不同管段之間具有可比性，體現了不同管段之間的相對差別。各管段風(fēng)險值的計算滿(mǎn)足下式：

風(fēng)險值=失效可能性×失效后果得分 （1）

風(fēng)險絕對等級劃分如下：

低風(fēng)險絕對等級： [0， 3600）；

中等風(fēng)險絕對等級： [3600， 7800）；

較高風(fēng)險絕對等級： [7800， 12600）；

高風(fēng)險絕對等級： [12600， 15000）。

2 半定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)的應用

2.1 管線(xiàn)基本情況概述

某城鎮聚乙烯燃氣管道， 2003年建成投用至今，材質(zhì)PE80/PE100，標準尺寸比SDR11.0和SDR17.6，規格為DE50～DE250。管道主要敷設于經(jīng)濟發(fā)達和人口密集的市區，沿線(xiàn)居民樓、辦公樓、公共場(chǎng)所較多，來(lái)往車(chē)輛、行人頻繁。

2.2 管段劃分

本次評價(jià)以檢測結果、綜合人口密度、環(huán)境狀況、管道規格等劃分管段，結果見(jiàn)表 2。

2.3 管道失效可能性評分

失效可能性評分基本模型包括第三方損壞、設備（裝置）及人員培訓、管道本質(zhì)安全質(zhì)量三個(gè)部分。每個(gè)部分包括若干評分項，將每個(gè)部分中的各評分項的得分相加，得到第三方損壞得分S31、設備（裝置）及人員培訓得分S32、管道本質(zhì)安全質(zhì)量得分S33，并按照下式計算失效可能性得分

S：S＝100－（0.5S31＋0.25S32＋0.25S33） （2）

各管段的失效可能性得分見(jiàn)表 3。

從表 3可知：失效可能性得分范圍為48.5～59.2，失效可能性差別較大主要是因為各管段人口密度、交通繁忙程度、占壓情況、埋深情況不同而引起。

2.4 失效后果評分

埋地聚乙烯燃氣管道失效后果評分從介質(zhì)的短期危害性、介質(zhì)的最大泄漏量、介質(zhì)的擴散性、人口密度、沿線(xiàn)環(huán)境、泄漏原因和供應中斷對下游用戶(hù)影響七個(gè)方面進(jìn)行半定量評分，失效后果得分為每個(gè)指標的得分之和。

從表 4看出，管道失效后果得分范圍為65～81，介質(zhì)泄漏后能擴散到相當遠的地方，且與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱可引起燃燒甚至爆炸，由此引起的管道事故可以造成較大的人員傷亡及財產(chǎn)損失，一旦中斷供應會(huì )對正常生產(chǎn)生活秩序產(chǎn)生嚴重影響。

2.5 風(fēng)險計算及等級劃分

按公式（1）計算各管段的風(fēng)險值如表 5所示。

結果表明，風(fēng)險值范圍為3152.5～4596.8，中等風(fēng)險值居多。表 6統計了管道風(fēng)險等級的比例。

結果表明，管道風(fēng)險等級以中等風(fēng)險絕對等級為主。

3 結束語(yǔ)

通過(guò)對城鎮聚乙烯燃氣管道開(kāi)展風(fēng)險評價(jià)，按風(fēng)險大小進(jìn)行排序，從而將管理和有限資源重點(diǎn)集中在高風(fēng)險管道上，最大限度避免管道安全事故的發(fā)生，在降低風(fēng)險的同時(shí)減少管理成本，提高管道運營(yíng)效益。

 

參考文獻：

[1] 任峰.基于風(fēng)險分析的城市燃氣埋地聚乙烯管道檢測技術(shù)[J].城市燃氣， 2018(3)： 4-7.

[2] 陳鋼，左尚志，陶雪榮，等. 承壓設備的風(fēng)險評估技術(shù)及其在我國的應用和發(fā)展趨勢[J]. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2005， 1(1)： 31-35.

[3] W. Kent Muhlbauer. 楊嘉瑜等譯. Pipeline RiskManagement Manual[M]. 中國石化出版社. 2005.

[4] 孟濤，何仁洋，左尚志. 半定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)在居民區埋地LPG管道中的應用[C]. 第三屆全國管道技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì )議. 2006.

[5] 陳利瓊. 在役長(cháng)輸管線(xiàn)定量風(fēng)險分析技術(shù)研究[D].成都：西南石油學(xué)院. 2004.

 

項目來(lái)源： “ 質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專(zhuān)項項目 ”（201310159）。

作者：孟濤，男， 1977年生，山東省萊蕪市人，高級工程師。 2005年7月畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)機械電子學(xué)院機械電子專(zhuān)業(yè)，獲碩士學(xué)位�，F就職于中國特檢院，從事壓力管道檢驗檢測及完整性管理研究工作。