基于事故樹分析的管道風險因素識別與控制

韓 軍，王 蕊，張益銘，王亞龍

(中國石油集團石油管工程技術研究院 陜西 西安 710077)

·經驗交流·

基于事故樹分析的管道風險因素識別與控制

韓 軍，王 蕊，張益銘，王亞龍

(中國石油集團石油管工程技術研究院 陜西 西安 710077)

風險因素識別和風險控制是管道風險評價的兩個重要環節。為了尋求最經濟、有效的管道風險控制方案，應用事故樹分析方法，通過建立管道第三方損傷風險事故樹模型，基于事故樹分析確定管道是否存在第三方損傷風險，并給出經濟、有效的管道風險控制對策，從而簡化管道風險評價，并使得管道風險控制方案的制定更加科學系統。

第三方損傷；管道；事故樹；風險因素識別；風險控制

0 引 言

由于穿越地區廣、地形復雜，管道在運行過程中受到腐蝕、第三方破壞等各種因素的影響，導致管道時常發生失效事故。為了有效預防管道事故，同時兼顧經濟性方面的要求，管道風險評價技術在管道完整性管理中得到了重要的應用。管道風險評價技術中，管道風險因素識別和風險控制是兩個重要的環節。

風險因素識別，即對特定系統的危險進行定義，并尋找全部危險事件。根據收集的資料和分析人員的衡量，采用有效的方法對系統進行風險識別，找出風險的影響因素。這不僅是對管道風險的全面認識，也是建立風險評價方法的基礎。根據識別出的管道風險以及風險影響因素之間的關系，就能建立相應的評價模型。

風險控制也稱風險決策，是安全生產保證體系中的一種手段，其目的是消除和控制危險源，是落實“預防為主”方針的具體方法。風險控制針對管道系統中需要解決的特定風險問題，根據風險評價的結果和標準，運用現代科學技術知識和風險管理方面的理論與方法，提出各種風險解決方案，經過分析論證與評價，從中選擇最優(滿意)方案并予以實施的過程。

目前在風險評價技術研究較多，也取得了一定的成果，但還存在以下兩個方面的問題：一是風險因素識別所需的數據量較大，數據的收集需要投入較大的人力物力。另一方面，風險控制措施制定上以主觀判斷為主，缺乏系統性的控制方案確定方法，使得風險控制措施的效果受到影響。本文采用事故樹的分析方法，針對管道失效的風險因素，通過初步的數據收集，首先判斷管道是否存在該風險，這樣可以排除風險較小的風險因素，減少后續風險因素識別和評價的工作量。同時根據事故樹的分析方法，找出該風險的控制方案，結合經濟性和可行性，可以有效指導風險控制方案的制定。

1 事故樹分析方法原理

事故樹分析法(FTA-Fault Tree Analysis)是屬于系統工程中圖論的范疇，由故障樹演化而來[1]。在系統設計過程中，通過對可能造成系統故障的各種因素(硬件、軟件、環境、人為因素等)進行分析，畫出邏輯框圖(事故樹)，從而確定系統故障原因的各種組合方式和發生概率，并采取相應的改進措施，是提高系統可靠性的一種設計分析方法。事故樹分析法是一種圖形演繹法，是事故事件在一定條件下的邏輯推理方法。事故樹分析方法把系統不希望出現的事件作為事故樹的頂事件，用規定的邏輯符號自上而下分析導致頂事件發生的所有可能的直接因素及其相互間的邏輯關系，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因，即事故樹的基本事件為止。事故樹的分析包括定性分析和定量分析兩部分，其最終目的不完全是為了得到頂事件的發生概率，更重要的是通過事故樹分析找出系統的薄弱環節，從而為分析事故原因和制定預防措施提供依據[2]。

事故樹的最小割集是指引起頂事件發生的最低限度的基本事件的集合，表征了系統的失效途徑，可通過布爾代數簡化或行列式法得到。最小徑集是指不引起頂上事件發生的最低限度基本事件的集合，表征了事故的最佳預防措施與途徑。通常將事故樹中的“與門”和“或門”互換后得到“成功樹”，借助“成功樹”的最小割集間接得到事故樹的最小徑集。以下以第三方損傷為例，通過事故樹的最小割集、最小徑集分析和邏輯運算，介紹管道風險因素識別和風險控制方案制定的方法[3,4]。

2 第三方損傷管道風險控制方法的構建

2.1 第三方損傷影響事故樹模型的構建

近年來隨著經濟的發展，各種建設活動導致的管道事故風險有所增加。這與法律的健全和實施力度、人們對管道法規和管道安全的了解、周邊經濟水平、以及政府的干預等因素都有很大關系。在一些偏遠地區，由于線路標志和巡線等因素，發生農耕破壞管道的事故。在管道上方的違章建筑物，在管道上方進行違章施工，以及水流對管溝、管道的長期沖刷，管道附近土層的運移等都可能直接導致管線失效。管道發生第三方損傷事故主要取決于管道沿線挖掘活動情況、管道管理上的預防措施和管道自身保護措施等三個方面，以第三方損傷為頂事件，構建管道第三方損傷事故數模型，如圖1所示[5-11]。

圖1 第三方損傷事故樹

2.2 最小割集

根據圖1的事故樹，計算第三方損傷風險事故樹的最小割集，計算結果見表1。

硫酸根的理論塔板數為8 974，鈉離子與硫酸根的分離度為3.01，后相鄰雜質與鈉離子的分離度為2.55。

表1 第三方損傷事故樹最小割集

根據表1所示的結果，第三方損傷風險最小割集數量為8個。如果每個割集中的基本事件都發生的話，那么管道將發生第三方損傷事故。

2.3 第三方損傷風險因素的定性判定

采用事故樹，可以在粗略的數據收集和了解實際情況的管道管理人員主觀判斷下，分析管道是否存在某一種風險。為了進一步簡化風險因素的判斷，根據上述割集建立如式(1)的關系式，在第三方損傷風險分析中，管道管理人員根據事故樹中的基本事件在管道中是否存在，通過式(1)進行計算。如果存在，則該事件取值為1，如果不存在，則該事件取值為0。

PRisk=X1+X9+X2+X8+X3+(X4+X5)*(X6+X7)+X10*X11

(1)

該公式代表了事故樹的邏輯關系，如果計算結果為1，表明管道存在第三方損傷的風險，那就應按照風險評價方法的要求進一步收集數據，對風險進行評估。如果計算結果為0，則表示管道基本不存在該風險，可不用進一步評估。

在判斷第三方損傷風險是否存在時，需要對管道沿線標記情況、管道巡線情況、運營公司對挖掘活動的響應情況進行調查分析。第三方損傷風險因素識別方法、數據需求及來源見表2。

表2 第三方損傷因素識別數據需求及來源

3 第三方損傷管道風險控制

3.1 最小徑集分析

表3 第三方損傷事故樹最小徑集

3.2 第三方損傷控制對策

根據最小徑集的分析，第三方損傷風險的控制可分為兩個對策，二者的區別在于按照對策一，是要在巡線過程中發現挖掘活動，且保證挖掘活動全部被發現。按照對策二，則是要增加管道標識，保證第三方在施工過程中能夠發現標識，明確地表下方的管道位置并知道施工所帶來的風險。

管道運營方應根據實際情況，按照上述的管道第三方損傷控制對策，選擇合適的某一對策或者多種對策的組合，從而更有效的控制第三方損傷風險。根據最小割集的分析，第三方損傷風險的控制可分為管道沿線標識、巡線管理、公眾教育等。此外，為保護管道免受地面作業(如農業生產、交通)的影響，還可以通過增加埋深來降低第三方損傷的風險。在管道穿越地段或其它特殊地段，可以采取在鋼管外加設鋼筋混凝土涂層或加鋼套，均對減少第三方損傷有利，可視同增加埋深，對管道沿線經常發生意外活動的區段，也可以增加套管保護措施。

4 結 論

通過事故樹分析方法開展管道風險因素識別與控制研究，依據研究成果，得出如下結論：

1)建立了管道第三方損傷事故樹模型，針對該模型進行管道第三方損傷風險因素識別并制定風險控制方案。

2)通過第三方損傷事故樹的定性分析，求出最小割集，識別出管道第三方損傷的主要影響因素，形成管道風險因素識別方法。

3)依據事故樹的最小徑集分析，提出風險控制選擇方案，并針對各失效因素制定出相應的風險預防措施。

4)本文的研究成果有利于管道管理者在有限風險控制投入的情況下，取得更好的風險控制效果。

[1] 黃樣瑞. 可靠性工程[M]，北京：清華大學出版社，1990.

[2] 張景林，崔國璋. 安全系統工程[M]，北京：煤炭工業出版社，2009.

[3] 錢新明，陳寶智.事故致因的突變模型[J].中國安全科學學報，1995，5(2)：1-4.

[4] 羅春紅，謝賢平.事故致因理論的比較分析[J].中國安全生產科學學報，2007，3(5)：111-115.

[5] 董玉華. 長輸管線失效狀況模糊故障樹分析方法[J]. 石油學報，2002，23(4)：85-89.

[6] 馬志祥. 油氣長輸管道的風險管理[J]. 油氣儲運.2005，24(2)：1-7.

[7] 陳利瓊. 在役油氣長輸管線定量風險技術研究[D]. 西南石油大學，成都，2004.

[8] 王心敏，任彥兵. 天然氣管道穿孔和開裂典型事故樹分析評價[J]. 石油化工應用，2006，5：35-39.

[9] 廖柯熹，姚安林，張淮鑫. 天然氣管線失效的故障樹分析[J]. 天然氣工業，2001，21(2)：94-96.

[10] 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)：51-54.

[11] 尤秋菊. 北京市燃氣管網危險因素的事故樹分析[J]. 油氣儲運，2009，28(9)：27-30.

Identification and Control of Pipeline Risk Factor Based on Fault Tree Analysis

HAN Jun, WANG Rui, ZHANG Yiming,WANG Yalong

(CNPCTubularGoodsResearchInstitute,Xi′an,Shaanxi710077,China)

The risk factor identification and its control are two important points during the risk assessment for pipeline. In order to find an economical-efficient risk control way for the pipeline, the third-party damage risk model is founded based on the fault tree analysis method. Through the fault tree analysis, the third-party damage risk is determined, and an economical-efficient risk control program is provided. The results show that the risk assessment process is simplified by using the fault tree analysis method for the pipeline, and the control program is more scientific and systematic.

third-party damage; pipeline; fault tree analysis; risk factor identification; risk control

韓 軍，男，1980年生，工程師，2011年畢業于西安石油大學材料工程專業，獲碩士學位，現主要從事石油管全尺寸實物實驗評價工作。E-mail：hanjun005@cnpc.com.cn

TE973

A

2096-0077(2017)03-0078-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.017

2016-12-02 編輯：葛明君)