馬鑫龍

（天津大學管理與經(jīng)濟學部，天津 300072）

引言

我國在能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中指出要努力構建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系[1]。燃氣由于其經(jīng)濟、高效、清潔的特性而廣泛應用。然而隨著運行時間的推移，燃氣管網(wǎng)不可避免地出現(xiàn)老化、腐蝕等問題。燃氣管道一旦失效，易燃易爆的流動介質將會滲漏到周圍環(huán)境中，甚至引發(fā)爆炸，這將對人民生命財產(chǎn)和社會安全造成巨大威脅。

為了保障城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)安全可靠運行，各國針對城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的設計和運行管理建立了較為嚴格的規(guī)范。盡管如此，許多不可控風險因素的日積月累將會誘發(fā)各種安全事故，因此有必要建立系統(tǒng)的風險評價管理體系。國內(nèi)對于城鎮(zhèn)燃氣管道安全管理的研究起步較晚，高博禹采用LEC法和風險矩陣法對城鎮(zhèn)燃氣風險進行綜合評估，并且制定了有針對性的風險控制措施和對策[2]。宋祎昕等人分析了開展城鎮(zhèn)燃氣管道全壽命周期風險評價的重要性以及城鎮(zhèn)燃氣管道在不同生命周期內(nèi)存在的風險[3]。總體而言，相比于長輸油氣管道管理體系，我國對城鎮(zhèn)燃氣管道尚未形成系統(tǒng)完整的風險評價管理體系[4]。此外，也存在著風險評價主觀性較強、評分標準復雜的不足。城鎮(zhèn)燃氣管道在實際運行中的風險因素也沒有很好的考慮。

針對目前國內(nèi)城鎮(zhèn)燃氣管道失效數(shù)據(jù)庫尚不完善的現(xiàn)狀，本文將基于我國城鎮(zhèn)燃氣管道失效事故統(tǒng)計，參考國外城鎮(zhèn)燃氣管道數(shù)據(jù)庫建立適合我國的管道失效數(shù)據(jù)庫，并利用科學的評價方法建立城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的風險評價體系。這不僅為燃氣公司的監(jiān)管提供了依據(jù)，并且有助于對類似的事故進行規(guī)避。

一、城鎮(zhèn)燃氣管道危害因素的分類

建立城鎮(zhèn)燃氣管道失效數(shù)據(jù)庫時需要對管道失效的歷史數(shù)據(jù)進行分析和整理。許多國家設有專門的組織對管道失效數(shù)據(jù)庫進行管理，例如美國的管道及危險物品安全管理局（PHMSA）、加拿大的國家能源局（NEB）和管道管理協(xié)會（CEPA）、歐盟的輸氣管道事故數(shù)據(jù)組織（EGIG）和環(huán)境與安全組織（Concave）等。各個數(shù)據(jù)庫對城鎮(zhèn)燃氣管道失效風險因素的分類有所區(qū)別，其中PHMSA將城鎮(zhèn)燃氣管道失效因素分為七大類，包括腐蝕、挖掘損傷、誤操作、材料/焊接/裝備失效、自然力破壞、外力破壞和其他；NEB分為六大類，包括管道開裂、金屬損失、外部影響、材料、地質災害和其他；EGIG分為六大類，包括外部干擾、建造缺陷/材料失效、腐蝕、地面移動、錯誤帶壓開孔和其他?？梢钥闯?，各國針對城鎮(zhèn)燃氣管道失效風險因素的分類有所區(qū)別。此外，對我國28起城鎮(zhèn)燃氣管道失效事故進行統(tǒng)計分析，可以將其失效風險因素分為：操作不當、設備材料、腐蝕。第三方破壞、打孔盜油、地質災害和其他。盡管事故統(tǒng)計資料并不全面，但仍能在一定程度上反映管道事故的誘因。綜合國內(nèi)外城鎮(zhèn)燃氣管道的失效風險因素，本文將城鎮(zhèn)燃氣管道事故風險因素分為六大類，包括腐蝕、外部干擾、自然力破壞、材料/制造/建設、運營與維護、其他原因。

二、城鎮(zhèn)燃氣管道的管段劃分

由于管道線路運行環(huán)境復雜，各段管線風險程度不一，因此在進行燃氣管道風險評價以前需要進行管段劃分。參考我國燃氣管道劃分的相關規(guī)定，本文提出城鎮(zhèn)燃氣管道管段劃分的參考原則，詳（見下頁表1）。其中，穿、跨越的管道應該作為獨立的管道單元進行管理。

三、城鎮(zhèn)燃氣管道失效概率評估模型的建立

作為管網(wǎng)失效風險評價的基礎，燃氣管道的綜合失效概率可以由各項基本失效概率及權重系數(shù)計算得到，式（1）至式（3）給出了其函數(shù)關系。燃氣管道的基本失效概率即管道的平均失效概率，可以從管道失效數(shù)據(jù)庫中分析獲得；權重系數(shù)起修正作用，根據(jù)管道的周邊實際情況、管理水平和損害機理等因素確定。

式中，P為管道失效概率，（km·a）-1；Pi為i因素導致的失效概率，（km·a）-1；Ri為i因素的基本失效概率，（km·a）-1；Fi為i因素的一級失效概率修正因子；Fij為二級修正因子指標的值；wij為二級修正因子指標j在一級修正因子指標i中的權重；Nk為第k年管道發(fā)生的事故數(shù)量；Lk為第k年的管道長度，km；αi為失效因素i所占的比例；l為失效因素的個數(shù)，此處l=6；m為年數(shù)；n為一級修正因子指標i中二級指標的個數(shù)。

表1 管段劃分因素及劃分順序

表2 基本失效概率（/km·a）-1

由于國內(nèi)燃氣管道事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)不盡詳細，這里依據(jù)美國PHMSA的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)式（1）和式（2）求得燃氣管道基本失效概率（見表2）。

根據(jù)各個指標獲取和量化的難易程度，二級失效概率修正因子可以分為定量指標、半定量指標和定性指標。定量指標通過對各項失效概率進行擬合，并根據(jù)式（4）和式（5）計算得到定量修正因子；半定量指標通過參考國內(nèi)外油氣管道風險評價標準或者管理手冊確定；定性指標根據(jù)專家既往經(jīng)驗判斷確定。半定量和定性指標的修正因子依據(jù)模糊評價法計算，通過式（6）至式（8）確定修正因子的等級并轉化為模糊概率，進而得到半定量和定性指標的修正因子。此外，二級修正因子的權重取決于該修正因子指標的失效概率與平均失效概率的比值，計算方法見式（9）。

式中，rij為區(qū)間[a，b]范圍內(nèi)擬合函數(shù)的平均失效概率；FP為模糊失效概率；FPS為模糊數(shù)；k和K為計算參數(shù)；r為平均失效概率。

四、城鎮(zhèn)燃氣管線的失效后果評估與風險分級

確定各個管段的失效概率以后即可以對整條管線的失效后果進行評估。參考經(jīng)典方法與標準建立失效后果評估模型，后果模型總分為2 500分，分值越高，說明泄漏后果越嚴重，風險越高。失效后果的計算公式如公式（10）。

式中，Cof代表失效后果總分，最高為2 500分；PH代表介質危害性，主要考慮管道運輸產(chǎn)品本身的特性以及對介質最高工作壓力進行修正，最高為10分；LV代表泄漏量，主要依據(jù)由SY/T 6828-2011計算得到泄漏量的燃氣泄漏量進行評分，最高為5分；DS代表擴散情況，主要考慮地形、風速等因素對燃氣泄漏區(qū)域范圍的影響，最高為5分；RT代表受體（如人、建筑物等）承受燃氣管道滲漏危害后的受損程度，最高為10分。

風險分級主要對燃氣管道可能的風險進行分析、排序和后果等級劃分，確定需要重點關注的管段。本文采用風險矩陣法對管道風險進行分級，該方法具有簡單、概念清晰、輸出結果明確、便于執(zhí)行的特點?！稄V東省石油天然氣管道領域風險點危險源排查整治工作方案》中提到的風險評價矩陣并進行改進，最終提出了適合城鎮(zhèn)燃氣管道的風險評價矩陣（詳見表3）。表中縱軸為管道失效后果評分，它代表事故的嚴重程度；橫軸為管道失效概率，它來源于管道系統(tǒng)之前發(fā)生事故的鑒定結果，代表預估潛在后果發(fā)生的可能性。

表3 安全風險矩陣

五、風險評價與風險管控

在得到風險矩陣的風險分析結果后，需要采取相對應的措施進行風險管控。表4列出了各個風險值的風險等級以及需要采取的針對性措施，根據(jù)風險等級，進行分級控制。風險分級管理控制表（見表5）。

表4 風險等級表

表5 風險分級管理控制表

續(xù)表

結語

在我國，城鎮(zhèn)燃氣管道的風險評價與風險管理工作尚處于不斷完善的階段。本文參考國外城鎮(zhèn)燃氣管道風險評價方法和成果，并且結合我國實際情況建立了適合我國城鎮(zhèn)燃氣管道的風險評價方法，其特點如下：首先，參考國外燃氣管道失效數(shù)據(jù)庫和我國管道特點，總結提出我國城鎮(zhèn)燃氣管道事故的六大類原因，分別是腐蝕、外部干擾、自然力破壞、材料/制造/建設、運營與維護、其他原因；其次，綜合考慮管道的運行環(huán)境、管理的精細化程度和管理成本之間的關系，提出了管段劃分的具體原則；最后，建立了管道失效概率的計算模型以及管道失效后果評估模型，兩者共同構成風險評價矩陣，根據(jù)風險值劃分成不同的風險等級，并且提出了相應的風險管控措施。