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(xiǎn)管控體系劃分為7大失效原因，及導(dǎo)致管道意外泄漏和泄漏后可能產(chǎn)生的4種不利影響。相比故障樹和事件樹的分析結(jié)果頗具優(yōu)勢(shì)。基于分析結(jié)果建立了定量評(píng)價(jià)模型，量化管道風(fēng)險(xiǎn)，并可實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管控效果的衡量，直接指導(dǎo)管道風(fēng)險(xiǎn)管控實(shí)踐。

關(guān)鍵詞： 管道； Bow-tie；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；風(fēng)險(xiǎn)管控；效果

管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是管道完整性管理的核心環(huán)節(jié)之一，通過(guò)實(shí)施管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，管道管理人員可以系統(tǒng)地識(shí)別所轄管道的風(fēng)險(xiǎn)因素，掌握管道的風(fēng)險(xiǎn)情況，從而可以針對(duì)性的采取措施管控管道風(fēng)險(xiǎn)，保證管道的安全運(yùn)行。

管道面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素較多，管道管理者也采取了大量措施進(jìn)行預(yù)防。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)將風(fēng)險(xiǎn)量化，有助于分析管道安全水平，指導(dǎo)管道風(fēng)險(xiǎn)管控。目前用于管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的方法有故障樹法和事件樹法等，管道企業(yè)常用的方法則有安全檢查表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、評(píng)分法等[1-3]。為了更直觀的展示管道風(fēng)險(xiǎn)因素與管道企業(yè)采用的管控措施，本文采用Bow-tie 法對(duì)油氣管道風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評(píng)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(xì)地識(shí)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(yù)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(jié)，能夠同時(shí)分析和描述幾種不同的導(dǎo)致事件發(fā)生的潛在危險(xiǎn)因素及后果，同時(shí)提出合理的預(yù)防及控制措施。將被分析的事件放在圖的中心，將導(dǎo)致事件發(fā)生的潛在危險(xiǎn)因素放在圖左側(cè)，事件發(fā)生后導(dǎo)致的后果放在圖右側(cè)。同時(shí)，還允許在圖上標(biāo)出為了預(yù)防事件發(fā)生所采取的預(yù)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(jié)合了故障樹和事件樹分析方法，是一種更加綜合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

2 管道風(fēng)險(xiǎn)分析

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

根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范內(nèi)容，可以繪制成圖 2。

圖2 油氣管道蝴蝶結(jié)圖

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

可以將各風(fēng)險(xiǎn)因素/失效原因繼續(xù)細(xì)分如下。

（1）第三方損壞，包括地表開挖、地下施工、農(nóng)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(nèi)腐蝕，包括介質(zhì)本身的腐蝕性、管道內(nèi)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(bǔ)口失效、陰保失效、套管內(nèi)腐蝕、雜散電流干擾等。

（4）應(yīng)力腐蝕開裂，包括管材的敏感性、腐蝕環(huán)境和管道的應(yīng)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(xiàn)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(zāi)害，包括滑坡、崩塌、泥石流、水毀、采空區(qū)塌陷、黃土濕陷、凍漲融沉等。

管道防護(hù)措施見表 1。

管道應(yīng)急措施見表 2。

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

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

3 定量分析

根據(jù)圖2，可以建立管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)油氣管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算分析。

采用評(píng)分模型將P1至P7量化為0～1之間，表示發(fā)生概率。評(píng)分模型可以參考kent法的指標(biāo)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(hù)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(yīng)急措施的效果。E1至E4為累計(jì)關(guān)系。這樣可以建立以下管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)算公式：

式中：

R—管道風(fēng)險(xiǎn)值；

i—風(fēng)險(xiǎn)因素編號(hào)；

j—失效后果編號(hào)；

P—風(fēng)險(xiǎn)因素；

C—失效后果；

F—防護(hù)措施；

E—應(yīng)急措施。

對(duì)某輸油管道的一個(gè)站間進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。管道長(zhǎng)90 km，輸送汽油，管徑610 mm，設(shè)計(jì)壓力8 MPa，運(yùn)行壓力5 MPa。收集分析所需要的數(shù)據(jù)，將管道最終劃分為6個(gè)管段。隨后對(duì)每個(gè)管段進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，結(jié)果見圖 3。

圖3 管段風(fēng)險(xiǎn)直方圖

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

對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)致因分析，可以得到圖 4。

圖4 管道失效原因?qū)Ρ葓D

該管段的具體情況為經(jīng)常發(fā)生施工活動(dòng)，但管道

標(biāo)識(shí)不全，也沒(méi)有加密巡線，周邊還存在人口，所以風(fēng)險(xiǎn)較高。建議管道管理者針對(duì)性的加強(qiáng)防護(hù)措施，包括每50 m設(shè)1個(gè)管道標(biāo)志樁，加密管道標(biāo)識(shí)為，每天巡線3次，每年開展公眾宣傳2次，發(fā)動(dòng)周邊民眾保護(hù)管道。實(shí)施這些措施后，重新進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)管道風(fēng)險(xiǎn)值能降低80%，體現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)管控成效。

4 結(jié)論

采用Bow-tie分析方法，繪制了管道風(fēng)險(xiǎn)蝴蝶結(jié)圖，建立了定量計(jì)算模型，應(yīng)用于某輸油管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，得到以下結(jié)論。

（1） Bow-tie分析方法可以形象展示導(dǎo)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(chǔ)上可系統(tǒng)梳理對(duì)應(yīng)可用的防護(hù)措施和應(yīng)急措施，相比故障樹和事件樹分析結(jié)果具有優(yōu)勢(shì)。

（2）根據(jù)油氣管道風(fēng)險(xiǎn)的Bow-tie圖，可建立管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)管道進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。

（3）在某管道上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，可以量化管道風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)排序�？梢苑奖氵M(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)致因分析，找出高風(fēng)險(xiǎn)的根本原因。

（4）可以分析風(fēng)險(xiǎn)管控措施對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的降低效果，體現(xiàn)管道管理者工作成效。

參考文獻(xiàn)：

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作者：張華兵，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）安全技術(shù)及工程專業(yè)博士，目前在中國(guó)石油管道科技研究中心工作，兼任中國(guó)石油學(xué)會(huì)石油儲(chǔ)運(yùn)專委會(huì)管道完整性管理技術(shù)委員會(huì)秘書長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事油氣管道完整性管理技術(shù)的研究與應(yīng)用。