帥健 單克

中國石油大學(xué)（北京）

為更好地落實(shí)高后果區(qū)管道的風(fēng)險(xiǎn)分級管控機(jī)制，在對國內(nèi)外油氣管道事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析與分類的基礎(chǔ)上，識別油氣管道的危害因素，建立了基于事故統(tǒng)計(jì)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(gòu)建多維度風(fēng)險(xiǎn)矩陣，劃分管道風(fēng)險(xiǎn)等級，以期對高后果區(qū)油氣管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估與排序，為制定風(fēng)險(xiǎn)防控措施、保證管道的安全運(yùn)行提供依據(jù)，并減小評價(jià)過程中主觀因素的影響。

1 基于事故統(tǒng)計(jì)的管道危害因素分類

在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程中，失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)非常重要，通過對管道失效的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，可以使管道危害因素分類更為合理。表 1是國外管道失效數(shù)據(jù)庫中對管道失效原因的對比與分類，其中已包括美國運(yùn)輸部管道與危險(xiǎn)材料安全管理局（PHMSA）、加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（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(shù)據(jù)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，每類又與諸多因素有關(guān)，用魚骨圖細(xì)化了各類危害因素，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(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，不僅可以使管道危害因素的分類合理化，而且可以為管道的失效概率計(jì)算提供依據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)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)管線由i 類危害因素引起的失效概率。根據(jù)前面的分析，將6大類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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的油氣管道失效概率計(jì)算方法如式（1）：

式中： P 為管道的失效概率， (km·a)-1； Pi為由i類危害因素引起的失效概率， (km·a)-1； Ri為i類危害因素對應(yīng)的基本失效概率， (km·a)-1； Fi為i類危害因素對應(yīng)的失效概率修正因子； l 為危害因素的分類數(shù)，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(shù)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(zhǔn)，也是管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一�；�于事故統(tǒng)計(jì)的基本失效概率可通過式（2）計(jì)算：

式中： 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 為危害因素i所占的比例；m為年數(shù)。

基本失效概率需要通過大量的統(tǒng)計(jì)資料獲得。統(tǒng)計(jì)資料來源于油氣管道事故的歷史記錄，如油氣管道失效數(shù)據(jù)庫。根據(jù)前面對各數(shù)據(jù)庫油氣管道事故的分類統(tǒng)計(jì)，按照式（2），計(jì)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(biāo)體系

基本失效概率可以由統(tǒng)計(jì)資料獲得，但由于統(tǒng)計(jì)資料多來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(yùn)行條件下的失效概率情況，需要進(jìn)行修正。修正因子指標(biāo)體系分別由一級指標(biāo)和二級指標(biāo)組成。參考圖 1所示的魚骨圖，構(gòu)建了含6項(xiàng)一級指標(biāo)和38項(xiàng)二級指標(biāo)的修正因子指標(biāo)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(xiǎn)評價(jià)過程中的主觀性，考慮各個(gè)指標(biāo)獲取和量化的難易程度，將修正因子指標(biāo)劃分為定量指標(biāo)、半定量指標(biāo)以及定性指標(biāo)三類。

（1）定量指標(biāo)

定量指標(biāo)需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做支撐。通過分析管道失效數(shù)據(jù)庫，可以得到壁厚、管徑、管齡、埋深、鋼級等參數(shù)與管道失效概率間的關(guān)系，如圖 2―5，擬合成函數(shù)，從而得到這些參數(shù)與失效概率間的函數(shù)關(guān)系，即定量關(guān)系。

（2）半定量指標(biāo)

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

（3）定性指標(biāo)

對于定性指標(biāo)，由于沒有確切數(shù)據(jù)作為支撐，并且風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或管理手冊中也沒有明確的量化參數(shù)作為依據(jù)，因此，需憑借專家既往經(jīng)驗(yàn)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(yán)重程度，需要考慮管輸介質(zhì)的危害性、泄漏量、擴(kuò)散情況以及危害受體等情況，分值越高，說明泄漏后果越嚴(yán)重，風(fēng)險(xiǎn)越高。失效后果評分的計(jì)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(kuò)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(xiǎn)評估方法》等方法與標(biāo)準(zhǔn)[7-10]，建立失效后果評分模型，模型總分為2500。

4 風(fēng)險(xiǎn)分級

采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級，其目的是對油氣管道風(fēng)險(xiǎn)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(bào)告、追責(zé)和管理。

風(fēng)險(xiǎn)矩陣見表 3，其中，橫軸表示預(yù)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(yīng)相應(yīng)的管道失效概率，屬于定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)范疇。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級，如表 4。根據(jù)分級結(jié)果，便于實(shí)行風(fēng)險(xiǎn)的分級管控。

5 結(jié)束語

借鑒歐美管道事故管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國管道特點(diǎn)，采用魚骨圖對管道危害因素進(jìn)行識別與分類，量化了各項(xiàng)危害因素的影響，實(shí)現(xiàn)油氣管道失效概率的定量評估。提出了多維度風(fēng)險(xiǎn)矩陣分級方法，繪制“紅橙黃藍(lán)綠”五色管道安全風(fēng)險(xiǎn)分布圖，使各管段的風(fēng)險(xiǎn)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(bào)告、追 責(zé)和管理，構(gòu)建管道安全風(fēng)險(xiǎn)分級管控機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 狄彥，帥健，王曉霖等.油氣管道事故原因分析及分類方法研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2013， 23（7）： 109-115.

[2] 單克，帥健. 地區(qū)等級升級的天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)管理研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2016， 26（11）： 145-150.

[3] SHAN K, SHUAI J, XU K, et al. Failure probabilityassessment of gas transmission pipelines basedon historical failure-related

    data and modificationfactors[J]. Journal of Natural Gas Science andEngineering, 2018, 52: 356-366.

[4] SHAN K, SHUAI J. Statistical analyses of incidents on oil andgas pipelines based on comparing different pipeline

    incidentdatabases[C].Proceedings of the ASME 2017 PressureVessels and Piping Conference, 16-20 July 2017, Hawaii,USA.

    DOI: http://dx.doi.org/10.1115/PVP 2017-65289.

[5] 單克，帥健，張思弘.基于修正因子的油氣管道失效概率評估[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2016， 26（1）： 87-93.

[6] 帥健，黨文義，卜文平. 油氣管道完整性評價(jià)與管理軟件[J]. 天然氣工業(yè), 2006, 26(5): 108-110.

[7] Muhlbauer W K. Pipeline risk management manual:ideas, techniques, and resources[M]. 3rd ed. Burlington:Gulf Professional Publishing, 2004: 257~291.

[8] GB 27512-2011, 埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險(xiǎn)評估方法 [S].

[9] SY/T 6891.1-2012, 油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法 第1部分：半定量評價(jià)法 [S].

[10] SY/T 6828-2011, 油氣管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)規(guī)范 [S].

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(dǎo)師。