張強1 楊玉鋒1 張華兵1 程萬洲2 魏然然1 張希祥1

1.中國石油管道科技研究中心·油氣管道輸送安全國家工程實驗室； 2.中石油管道有限責(zé)任公司

摘要：針對油氣管道第三方損壞作用下失效概率的計算問題，對比研究了目前常用的指標(biāo)體系法、基于歷史失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計修正法和數(shù)學(xué)分析等的失效概率計算模型及各種方法的優(yōu)缺點和在實際應(yīng)用中的注意事項。三種方法的側(cè)重點不同，在實際應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)實需求組合使用不同方法，形成優(yōu)勢互補及進行不同方法的結(jié)果對比研究，可使評估結(jié)果更加準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：油氣管道；第三方損壞；失效概率

第10版EGIG失效數(shù)據(jù)報告顯示，第三方損壞在過去10年間（2007－2016）占整個失效的28.4%，位居首位。目前，管道沿線周邊環(huán)境日趨復(fù)雜，第三方施工管理難度不斷加大，施工活動多、種類雜，建設(shè)項目節(jié)奏快，同時新型施工技術(shù)層出不窮，對管道企業(yè)專業(yè)化要求不斷提高。研究掌握第三方損壞發(fā)生的可能性具有重要的現(xiàn)實意義，文章綜述了三種關(guān)于第三方損壞失效概率計算方法及優(yōu)缺點，可為日后實際運用提供借鑒。

1 管道第三方損壞失效概率計算方法

1.1 指標(biāo)體系法

指標(biāo)體系法是將油氣管道半定量風(fēng)險評價法的失效可能性分值通過一系列的規(guī)則轉(zhuǎn)化為定量的失效概率�？咸�[1]在第3版《管道風(fēng)險管理手冊：理念、技術(shù)及資源》提供了一種簡單的轉(zhuǎn)化規(guī)則，其假定每個指標(biāo)得分總和代表了一個剩余完好率，即在一定時間內(nèi)管段保持完好的機率，則失效概率分值等于1減去不同失效模式的指數(shù)和分值與總分值的比的乘積。由于未給出得分值與實際失效概率分值之間的關(guān)系式，書中提供的失效概率是一個相對的分值而不是實際概率。 Hong Lu[2]依據(jù)這一思想，進一步給出了一種指數(shù)關(guān)系的失效概率分值和實際失效概率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，其假定當(dāng)失效可能性得分值為0時，實際失效概率為1，當(dāng)失效概率得分值為滿分時，需要根據(jù)實際情況確定“有效零點”，即失效概率的下限值，以此來獲得轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.2 基于歷史失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計修正法

基于歷史失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計修正法，即首先確定油氣管道的基礎(chǔ)失效頻率，再進行修正以符合特定管道的運行管理情況�；�礎(chǔ)失效頻率的確定多以失效數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，目前國外已經(jīng)建立了比較完備的失效數(shù)據(jù)庫，例如美國管道和危險物品安全管理局（PHMSA）、加拿大國家能源局（NEB）、歐洲天然氣事件組織（EGIG）、英國陸上管道運營協(xié)會（UKOPA）、歐洲空氣與水保護組織（CONCAWE）等。中石油管道有限責(zé)任公司也致力于所轄范圍內(nèi)油氣管道失效數(shù)據(jù)的管理工作，并由中國石油管道科技研究中心于2009年建立了相應(yīng)管道失效數(shù)據(jù)庫，提出了中國石油管道線路失效定義及油氣管道失效數(shù)據(jù)庫界限，建立了具有自身特點的失效數(shù)據(jù)庫架構(gòu)[3]。

失效頻率的修正方法暫未統(tǒng)一，眾多學(xué)者進行了有益嘗試，一類是引入修正因子，如張華兵[4]、帥健[5]基于失效數(shù)據(jù)庫，結(jié)合具體評價目標(biāo)管道的自身特點，建立了天然氣管道失效頻率計算模型。另一類 是利用已有的管道失效記錄進行線性回歸或數(shù)學(xué)模型預(yù)測，如王海清[6]對EGIG失效數(shù)據(jù)進行了線性回歸分析，并綜合考慮管道環(huán)境和運行條件，提出了管道第三方損壞失效概率預(yù)測模型。孫傳青等[7]將信息擴散理論引入到管道第三方損壞模型中，給出了第三方損壞發(fā)生次數(shù)的概率預(yù)測。

1.3 數(shù)學(xué)分析法

數(shù)學(xué)分析法可分為三類，即結(jié)構(gòu)可靠度、概率圖譜（例如故障樹、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)）和模糊邏輯法。

結(jié)構(gòu)可靠度的方法即依據(jù)強度－應(yīng)力理論將管道的強度和應(yīng)力視為隨機變量，在給定失效模式和參數(shù)概率分布情況下，建立管道承受荷載與管道抗力的極限狀態(tài)方程進行求解。國內(nèi)外對此進行了大量研究，并相繼出臺了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行了技術(shù)要求，如ISO16708《石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)—基于可靠性的極限狀態(tài)方法》、 CSAZ662《油氣管道系統(tǒng)》附錄O。 Nessim介紹了該方法中關(guān)鍵公式和參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)取值及安全系數(shù)的確定，并進行了評估。

概率圖譜是表示影響管道運行安全各事件之間的邏輯關(guān)系，主要包括故障樹和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。兩者的不同之處在于，故障樹通過基本事件的“與”“或”門求解頂上事件發(fā)生的概率，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)則通過基本事件之間的條件概率確定。如Qishi Chen[8]給出了一種綜合考慮管道預(yù)防第三方損壞措施的具有9個層級29個基本事件的事故樹模型，該模型細化了減緩措施，能夠更好的量化減緩措施的有效性。曹斌等[9]針對川渝地區(qū)的輸氣管道，建立了管道第三方損壞故障樹。Smitha D. Koduru[10]提出了一種基于故障樹的第三方損壞沖擊頻率評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，闡述了故障樹向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化的全過程。

模糊邏輯的方法多與故障樹聯(lián)合使用，用于解決管道量化評價中的不確定性問題。如李軍[11]等基于層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論，計算了燃氣管道第三方損壞風(fēng)險的失效可能性。由于與概率分析模型相比模糊評判理論并沒有較大優(yōu)勢，因此目前該方法并未大規(guī)模推廣應(yīng)用。

2 各方法優(yōu)缺點對比

以上三種方法均在一定程度上解決了實際問題，指標(biāo)體系法簡單易用但受主觀影響較大�；�于歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計修正法，易用性及復(fù)雜程度居中，得到了廣泛認可，但修正因子方法的確定不統(tǒng)一限制了進一步發(fā)展。數(shù)學(xué)分析法能夠解決不同失效模式的失效問題，能應(yīng)用于更精確的風(fēng)險評估，但模型復(fù)雜難以理解，可操作性低。三種方法的對比及優(yōu)缺點如表1所示。

3 結(jié)論

針對油氣管道第三方損壞作用下失效概率的計算問題，對比研究了目前常用的指標(biāo)體系法、基于歷史 失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計修正方法、數(shù)學(xué)分析法等的計算模型，總結(jié)了三種方法存在的優(yōu)缺點及應(yīng)用注意事項。實際應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)實的需求組合使用不同方法，形成互補，進行不同方法的結(jié)果對比研究，可使評估結(jié)果更加準(zhǔn)確。

參考文獻：

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[10] Smitha D. Koduru,Dongliang Lu.Equipment ImpactRate Assessment Using Bayesian Networks[C].Proceedings of the 2016 11th International PipelineConference,IPC2016-64381.

[11] 李軍，張宏，梁海濱，等.基于模糊綜合評價的燃氣管道第三方破壞失效研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)， 2016， 12(8)： 140-145.

作者：張強，碩士，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）安全技術(shù)及工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國石油管道科技研究中心，主要從事管道風(fēng)險評價及管道完整性相關(guān)研究工作。