城鎮燃氣管道泄漏事故樹風險分析

牛偉偉，龍世華，呂仁軍，程浩力

（1. 首都經濟貿易大學 安全工程與環境學院，北京100070; 2. 中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京 100085）

城鎮燃氣管道泄漏事故樹風險分析

牛偉偉1，龍世華2，呂仁軍2，程浩力2

（1. 首都經濟貿易大學 安全工程與環境學院，北京100070; 2. 中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京 100085）

城市燃氣管道主要分布在人口和建筑物集中的區域，一旦破壞發生泄漏將對周圍的人員及財產造成嚴重威脅。因此，有必要對其威脅進行風險分析。通過應用一種重要而常用的系統安全分析方法—事故樹分析法(FTA)對城鎮地下燃氣管道遭受第三方破壞所致的泄漏事故進行了分析，建立了相應事故樹模型。采用布爾代數化簡法計算出事故樹最小徑集并對各基本原因事件的結構重要度進行排序。結合最小徑集包含的各事件及結構重要度排序分析，可以確定事故管理的主要對象，并提出減少事故的措施，為確定安全對策提供可靠依據。關 鍵 詞：事故樹分析；城鎮燃氣管道；風險分析；第三方破壞；布爾代數；最小徑集；結構重要度

近年來，隨著西氣東輸工程的投產運行及一系列燃氣工程的建設，城市燃氣供應及管道建設大幅增長。與此同時，城市道路、綠化、水電等市政建設以及建筑項目急劇增加，對地下燃氣管道造成破壞的可能性大大增加。造成燃氣管道泄漏的原因是多方面的，在城鎮之中，建設施工等第三方破壞成為地下燃氣管道泄漏事故的主要原因[1,2]。為此，要減少事故的發生，建立綜合安全管理體制，采取有效地途徑保證在役管道可靠運行就有必要對造成第三方破壞的原因進行分析。本文采用系統工程中的事故樹分析（FTA）法，針對第三方影響事故樹模型進行分析，確定事故管理的主要對象并提出針對性的解決方法。

1 事故樹模型的建立

事故樹分析[3](FTA, Fault Tree Analysis)是從結果到原因找出與災害事故有關的各種因素之間因果關系及邏輯關系的分析法。這種方法以定義好的事故開始，或頂事件，向后將系統故障各種原因(包括硬件、人為、環境因素等)，按樹枝狀結構自上而下追溯到各種能夠引起事故的情形。事故樹定量分析主要是根據引起事故發生的各基本事件的發生概率，求出頂上事件發生的概率，同時對各基本事件進行概率重要度和關鍵重要度分析。建造事故樹的目的是查找隱患，找出薄弱環節，查出系統的缺陷，然后加以改進[4]。

根據以往研究資料[1,5,6]，對城鎮燃氣管道第三方破壞泄漏事故進行事故樹分析，各符號所表示的意義如表1所示，其事故樹如圖1所示。

表1 燃氣管網泄漏事故樹中各符號代表的事件Table 1 The meaning of various marks in fault tree for gas network leakage

圖1 城鎮燃氣管道第三方破壞泄漏事故樹模型Fig. 1 The fault tree model of third-party interference on city gas pipeline

2 事故樹分析

(1) 最小徑集

由事故樹圖分析可見，或門（“+”）的個數占了邏輯門總數的絕大多數，所以用最小徑集進行分析[7]：

從成功樹計算得出16個徑集，如下所示：

(2)結構重要度分析[8]

事故樹是由眾多基本事件構成的，這些基本事件對頂上事件均產生影響，但影響程度是不同的，在制定安全防范措施時必須有個先后次序以便使系統達到經濟、有效、安全的目的。結構重要度分析，就是不考慮基本事件發生的概率是多少，僅從事故樹結構上分析各基本事件的發生對頂上事件的影響程度。結構重要度分析雖然是一種定性分析方法，但在目前缺乏定量分析數據的情況下，這種分析顯得很重要。

結構重要度分析方法歸納起來有兩種。第一種是計算出各基本事件的結構重要系數，將系數由大到小排列各基本事件的重要順序；第二種是用最小割集和最小徑集近似判斷各基本事件的結構重要系數的大小，并排列次序。前者精確，但比較繁瑣；后者雖然精確度比用求結構重要系數法差一些，但操作簡便，因此目前應用較多。應用下式計算近似判別值：

式中: I(i) —基本事件Xi結構重要系數的近似判別值；

Xi∈Pj—基本事件Xi屬于Pj最小割(徑)集；

ni—基本事件Xi所在最小割(徑)集中包含基本事件的個數。

上述事故樹的結構重要性順序根據公式求得為：X1=…=X7=X12=…=X16＞X8=X9=X22=X23＞X11＞X10=X19＞X26=X27=X28=X33＞X29=X30=X31=X32＞X17=X18=X24=X25＞X20=X21

對于占壓破壞：X8=X9=X22=X23＞X33＞X29=X30=X31=X32＞X20=X21

對于外單位施工破壞：X11＞X10＞X26=X27=X28＞X24=X25

3 結 論

由事故樹可知，管道燃氣泄漏事故發生的主要原因基本為自然破壞及人員活動破壞兩類。自然破壞主要指管道因自然災害、地質災害以及綠化植物等破損泄漏；人員活動破壞主要為市政施工所造成的管道硬性破壞和地表負載(如違章建筑、重型車輛占壓)引起的變形破裂。

（1）結構重要度系數最大的是自然因素造成的破壞，泄漏事故發生的最重要條件。這就要求燃氣公司必須有完善的燃氣安全事故應急救援預案，當發生自然意外災害時能夠及時采取有效措施，減少損失。

（2）對于地表負載(如違章建筑、重型車輛占壓)引起的破壞，除了建筑占壓、管道上方堆放雜物、道路變更、違章通行或停放等直接事故致因外，管理因素中的獎懲不力是最重要的間接因素。獎懲不力會導致巡查人員不認真、巡查人員弄虛作假等基本事件的發生，而處理時遇到具體困難或規章制度不全也是一大誘因。對于無管線巡查制度及無處理制度這兩種因素，重要程度很小，說明一般公司都會制定相關制度，但是執行不力。

（3）對與人員活動破壞（諸如市政施工）等造成的破壞，地質爆破、施工造成地質沉降、挖掘打樁等所致的管道破壞泄漏最為主要，而未與燃氣公司協調、燃氣公司無管線布置資料則相對較少發生。

綜上所述，為減少城鎮燃氣管道破壞泄漏的發生，應該建立完善的燃氣事故預案和快速反應機制并且要有針對性地完善各項規章制度，明確安全工作職責。

[1] 孫安娜,安躍紅,段常貴,等.地下燃氣管道第三方影響事故樹模型[J].煤氣與熱力,2005,25(1):1-5.

[2] 國輝.我國城市天然氣管道事故統計及分析[J].安全、健康和環境,2008,8(4):6-8.

[3] U.S. Nuclear Regulatory Commission. Fault Tree Handbook[G]. Washington, D.C., 1981.

[4] 汪元輝.安全系統工程[M].天津:天津大學出版社,1999.

[5] 楊維.事故樹在管道燃氣泄漏事故分析的應用[J].煤氣與熱力,2007,27(5):21-24.

[6] 伍良.城鎮燃氣事故風險評價研究[D]. 福州:福州大學,2001.

[7] 張景林,崔國璋.安全系統工程[M].北京:煤炭工業出版社,2002.

[8] 蔣軍成,郭振龍.工業裝置安全衛生預評價方法[M].北京:化學工業出版社,2003.

Risk Analysis on Leakage Accidents of City Gas Pipelines Based on Fault Tree Analysis

NIU Wei-wei1， LONG Shi-hua2， LV Ren-jun2， CHENG Hao-li2
（1.School of Safety and Environment Engineering, Capital University of Econmomics and Business,Beijing 100070，China; 2. China Petroleum Engineering Co., Ltd. Beijing Branch, Beijing 100085, China）

City gas pipelines are mainly distributed in population and building concentration region, and once gas releases through damaged pipes, it would become a serious threat to personnel and property. So it is necessary to carry out qualitative or quantitative analysis of the threat. In this paper, fault tree analysis (FTA) method that is a very important and useful analysis method for system safety was applied to analyze city underground gas pipelines leakage accidents caused by the third party damage. Based on the analysis result, the relevant fault tree model was established. The minimal path sets (MPS) were achieved by Boolean algebraic. Structure importance of basic events was sequenced, then dominant objects of the accident management were determined, and measures to decrease faults were put forward, which can provide reliable basis for determination of safety countermeasures.

Fault tree analysis; City gas pipeline; The third party damage; Risk analysis; Boolean algebraic; The minimal path sets; Structure importance

TE 88

A

1671-0460（2012）02-0162-04

2011-12-23

牛偉偉（1986-），女，在讀碩士研究生，研究方向：應急救援系統。E-m ail：niuw eihm ily@163.com。