蒲宏興 姚安林 趙新好 孫傳青

（西南石油大學(xué)，成都 610500）

油氣管道風(fēng)險(xiǎn)專家評(píng)分方法的改進(jìn)及應(yīng)用

蒲宏興 姚安林 趙新好 孫傳青

（西南石油大學(xué)，成都 610500）

研究肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中指數(shù)總和存在不盡合理。針對(duì)存在的問題，分析風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果失真的程度，提出解決問題的修正模型，改善管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的可信度和準(zhǔn)確性。

油氣管道；可靠性；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；肯特模型

20世紀(jì)90年代初，各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論研究和實(shí)驗(yàn)逐步系統(tǒng)化，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論和方法日益發(fā)展完善。目前，常用的油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法多達(dá)30余種。肯特(W Kent Muhlbauer)在其專著《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》中介紹的專家打分法，是目前油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法中較受推崇的一種典型半定量評(píng)價(jià)方法。國內(nèi)外大多數(shù)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)都是基于其基本原理和指導(dǎo)思想。但通過對(duì)肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法的研究分析及應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型仍存在一些缺陷。為此，我們提出一種更科學(xué)合理的修正模型。

1 肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法及其模型缺陷

1.1 肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法

根據(jù)肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本模型，可對(duì)管道危害因素從四方面劃分，即第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)因素和誤操作。據(jù)此劃分方式將各因素再細(xì)化為若干項(xiàng)，按一定規(guī)則對(duì)各細(xì)化因素逐項(xiàng)評(píng)分，分別得到4個(gè)指數(shù)值，將期相加得到指標(biāo)總和，所有指數(shù)總和最高400分，每個(gè)方面為100分。根據(jù)介質(zhì)危險(xiǎn)性和擴(kuò)散指數(shù)來判斷管道事故泄漏后果的危害程度，用泄漏影響系數(shù)表示：相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值=指標(biāo)和/泄漏影響系數(shù)。相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值越小，表示相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)越高，管道安全性越差。肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法的基本模型如圖1所示。

1.2 肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型缺陷分析

圖1 肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本模型

肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中，各指數(shù)值是各失效模式失效概率的度量，指數(shù)總和是總失效概率的度量。然而，通過對(duì)肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法的研究與應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)管道總的失效概率不僅與指數(shù)總和相關(guān)，而且和單個(gè)指數(shù)值有緊密關(guān)聯(lián)。例如，根據(jù)指數(shù)總和計(jì)算失效概率，雖然A、B兩個(gè)管段的指數(shù)總和相等，但B管段中腐蝕指數(shù)很低，結(jié)果導(dǎo)致它們的失效概率分值差別較大。

為了進(jìn)一步分析用指數(shù)總和來度量總失效概率所引起的評(píng)價(jià)結(jié)果失真程度，以國外某管道現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和管道失效概率數(shù)據(jù)舉例說明。對(duì)該管道失效概率等級(jí)進(jìn)行劃分，2008年第三方破壞失效概率等級(jí)及其破壞指數(shù)如表1所示。

為了便于說明問題，假設(shè)該管道腐蝕、設(shè)計(jì)因素和誤操作這三個(gè)方面各模式失效概率等級(jí)所對(duì)應(yīng)的各平均指數(shù)值都和表1第三方破壞相同?，F(xiàn)假設(shè)有5個(gè)管段分別為A、B、C、D、E，其指數(shù)值如表2所示。

表1 第三方破壞失效概率等級(jí)及其破壞指數(shù)平均值

表2 各管段指數(shù)及其總和

根據(jù)表1和表2，我們可以得到管段A的失效概率是0.000 1，管段B的失效概率應(yīng)該大于0.000 25，管段C的失效概率應(yīng)該大于0.002 5，管段D的失效概率應(yīng)該大于0.025，管段E的失效概率是0.01，保守計(jì)算，可知管段B的失效概率是管段A的2.5倍，管段C的失效概率是管段A的25倍，管段D的失效概率是管段A的250倍。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，由于前4個(gè)管段的指數(shù)總和相等，則計(jì)算前4個(gè)管段的失效概率應(yīng)相同。同時(shí)，管段E的指數(shù)總和比管段D的指數(shù)總和小71.6，理應(yīng)管段E的失效概率更高；但實(shí)際上相反，管段D的失效概率是管段E失效概率的2.5倍。需要說明的是，對(duì)于不同管段，表1中不同第三方破壞失效概率等級(jí)所對(duì)應(yīng)的第三方破壞平均指數(shù)值是有差別的。不難證明，同樣的指數(shù)總和所對(duì)應(yīng)的失效概率會(huì)有較大差距，更高的指數(shù)總和并不一定代表更低的失效概率。因此，不可否認(rèn)肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果失真。

2 肯特風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的改進(jìn)

基于以上對(duì)肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的缺陷的分析，通過三步對(duì)原模型中的指數(shù)總和進(jìn)行改進(jìn)。

第一步，指數(shù)值轉(zhuǎn)換成失效模式的失效概率。根據(jù)管道資料和調(diào)查數(shù)據(jù)得到第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)、誤操作4方面的指數(shù)值和失效模式、失效概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用Curve Exper（曲線專家）曲線擬合軟件得到4個(gè)方面的指數(shù)值和失效概率的曲線圖［1-3］。為了進(jìn)一步提高曲線擬合的準(zhǔn)確性，根據(jù)指數(shù)值和失效模式失效概率關(guān)系的特點(diǎn)，將指數(shù)值與失效概率的關(guān)系分成兩部分來研究：一部分失效概率比較大，如失效概率大于0.000 25；另一部分失效概率等級(jí)很小，如失效概率小于0.000 25。將表1中的數(shù)據(jù)代入Curve Exper中，得到圖2和圖3。

接著檢驗(yàn)圖2中曲線的準(zhǔn)確性。將表1中的指數(shù)值代入圖2中，得到的失效概率與實(shí)際失效概率對(duì)比結(jié)果見表3。可以看出，圖2的擬合精度較好。

圖2 第三方破壞指數(shù)值與破壞失效概率關(guān)系圖

圖3 第三方破壞指數(shù)值與破壞失效概率關(guān)系圖

表3 失效概率對(duì)比

圖3中，實(shí)際的指數(shù)值和失效概率應(yīng)該是曲線關(guān)系，但由于該區(qū)段各指數(shù)值比較大對(duì)應(yīng)的失效概率很小，可證明該區(qū)段指數(shù)值和失效概率的關(guān)系用線形關(guān)系圖來表示對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響完全可以忽略。

第二步，失效模式的失效概率轉(zhuǎn)換成失效模式的均分失效概率。根據(jù)可靠度原理，計(jì)算管道總的絕對(duì)失效概率［8］，再將其均分給四個(gè)失效模式，得到4個(gè)方面的均分失效概率。

第三步，失效模式的均分失效概率轉(zhuǎn)換成均分指數(shù)值，并計(jì)算指數(shù)總和。利用第一步得到的指數(shù)值和失效概率曲線圖，把4個(gè)均分失效概率轉(zhuǎn)換成均分指數(shù)值，4個(gè)均分指數(shù)值之和即為指數(shù)總和。

3 改進(jìn)模型應(yīng)用結(jié)果分析

3.1 原模型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用

如前例所述，2008年國內(nèi)某埋地輸氣干線進(jìn)行了管道基線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目的研究，選取其中5個(gè)管段各種失效模式的指數(shù)值、泄漏影響系數(shù)及評(píng)價(jià)結(jié)果（表4）。

表4 各段管道的評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2 改進(jìn)模型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用

建立指數(shù)值與對(duì)應(yīng)失效模式的失效概率關(guān)系圖，第三方破壞指數(shù)值與第三方破壞失效概率的關(guān)系如圖2和圖3所示。根據(jù)表5所示腐蝕、設(shè)計(jì)、誤操作的失效概率等級(jí)與所對(duì)應(yīng)的指數(shù)平均值，利用Curve Exper曲線擬合軟件，即可得腐蝕、設(shè)計(jì)、誤操作指數(shù)值與對(duì)應(yīng)失效模式的失效概率關(guān)系圖。

表5 腐蝕、設(shè)計(jì)、誤操作失效概率等級(jí)與所對(duì)應(yīng)的指數(shù)平均值

計(jì)算管道總的絕對(duì)失效概率和四個(gè)失效模式的均分失效概率。將表4中各管段各方面的指數(shù)值分別代入第一步所建立的指數(shù)值與失效概率關(guān)系圖中，得到各管段各失效模式的失效概率。根據(jù)可靠性原理，可以得到總失效概率，總失效概率再平均分配到各失效模式，即給各失效模式一個(gè)相等的失效概率，得到各失效模式的均分失效概率（表6）。

再次利用指數(shù)值與對(duì)應(yīng)失效模式的失效概率關(guān)系圖計(jì)算均分指數(shù)值和指數(shù)總和。由于各管段的均分指數(shù)值均大于0.000 25，把5個(gè)管段的均分失效概率分別代入得到第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)、誤操作指數(shù)值與對(duì)應(yīng)失效模式的失效概率關(guān)系圖，就可得到各管段各失效模式的共20個(gè)均分指數(shù)值，均分指數(shù)值相加得到指數(shù)總和。根據(jù)指數(shù)總和對(duì)管段做風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果如表7所示。

表6 各段管道的失效概率

表7 各段管道的評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 改進(jìn)模型與原模型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比

表4是根據(jù)原模型評(píng)價(jià)的結(jié)果，表7是改進(jìn)模型評(píng)價(jià)的結(jié)果。原模型對(duì)5個(gè)管段的評(píng)價(jià)結(jié)果都是中等風(fēng)險(xiǎn)，改進(jìn)模型的評(píng)價(jià)結(jié)果為3個(gè)是中等風(fēng)險(xiǎn)，2個(gè)是較高風(fēng)險(xiǎn)；原模型指數(shù)總和最小的是管段C，改進(jìn)模型指數(shù)總和最小的是管段E；原模型管段E與管段A的指數(shù)總和的差值是2.5，兩者相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值差值是0.6；改進(jìn)模型管段E與管段A的指數(shù)總和的差值是73.7，兩者相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值差值是16.8?？梢钥闯觯倪M(jìn)模型考慮了低指數(shù)值對(duì)管道總失效概率的重要影響，明顯比原模型的評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理準(zhǔn)確。

4 結(jié) 論

通過對(duì)肯特管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中指數(shù)總和的深入分析，發(fā)現(xiàn)用指數(shù)總和不能準(zhǔn)確核定失效概率，尤其對(duì)于含有較低指數(shù)值的管段，評(píng)價(jià)結(jié)果容易失真。改進(jìn)模型建立指數(shù)和與失效概率間的一種強(qiáng)有力的曲線關(guān)系，同時(shí)利用功能強(qiáng)大的Curve Expert曲線擬合軟件參與計(jì)算，采用分段擬合的方法保證了曲線擬合高精度的效果?？梢钥闯觯m然改進(jìn)模型增加了工作量，但對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性有提高作用；因此，在含較低指數(shù)值的管道中，或在人口密集區(qū)、高后果區(qū)、高敏感區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中具有應(yīng)用價(jià)值，至少可以作為一個(gè)重要的參考。

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On the Improvement and Application of Oil and Gas Pipeline Risk Grading System

PU Hong-xing YAO An-lin ZHAO Xin-hao SUN Chuan-qing
(Southwest Petroleum University,Chengdu 610500)

Through the research and application of the Kent pipeline risk assessment method,the index sum of risk assessment model was found to be kind of unreasonable.According to the nature of the sum of the index,based on reliability theory,combined with the pipeline database statistics failure probability data and curve fitting software,the causes of the problem and the distortion degree of risk evaluation results are analyzed,and the problem-solving correction model to improve the reliability of pipeline risk assessment and accuracy is proposed.

oil and gas pipelines；reliability；risk assessment；Kent model improvement

TE978

A

1673-1980（2011）06-0085-04

2011-06-07

蒲宏興(1982-)，男 ，湖南邵陽人，西南石油大學(xué)建筑工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與完整性管理。