油氣管道伴行光纜失效統計及對策措施研究

張明星

（中國石油西部管道分公司，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

油氣管道伴行光纜評價的目的在于識別光纜存在的危害因素，分析各個危害因素所占比重，對其進行風險評估排序，提出風險管控措施，進而保證伴行光纜的正常通訊，預警、監控等功能，為油氣管道的安全運輸提供保障。

國內外許多學者對油氣管道定量風險評價開展了大量的研究，但對油氣管道伴行光纜的研究較少。有些學者對伴行光纜的鋪設、安全管理進行了一些研究，如丁楠[2]等分析了油氣管道伴行光纜損傷因素，并對這些危害因素進行了重要度排序，進而提出了光纜損傷的應對措施。吳勇[3]等人研究了油氣管道伴行光纜敷設一次性通過的保障辦法，進而避免光纜損傷概率。徐斌[4]等人對油氣管道伴行光纜安全管理進行分析，對光纜損傷的主要危害因素進行了分類研究，提出了相應的安全管理方法。這些學者對油氣管道伴行光纜的研究主要是在定性評價層面,統計數據不夠全面。基于此，本文將利用新疆某輸油氣公司歷年伴行光纜損傷數據，歸納分析光纜失效的原因，并應用魚刺圖來梳理光纜失效原因類別，應用故障樹分析法對光纜失效進行分析，從最小割（徑）集、結構重要度方面對光纜失效因素分析，并針對不同的危害因素提出合理的風險管控措施。

1 光纜失效統計與分析

1.1 操作過程S-O-R的人因素的綜合模型

系統理論指把人、機械和環境作為一個系統（整體），研究人、機、環境之間的相互作用、反饋和調整，從中發現事故的致因，揭示出預防事故的途徑[5]。

在光纜失效事故分析過程中應用系統理論，將人、機械和環境作為一個系統（整體），按照操作過程S-O-R的人因素的綜合模型一步一步對過程進行分析，尋找事故致因鏈，為后續開展事故調查分析提供基礎信息。

圖1 瑟利模型S-O-R人因素綜合模型Fig.1 Thurley model S-O-R human factor synthesis model

1.2 光纜失效數據分析

管道伴行光纜的主要失效模式為光纖斷裂，進而使光纜失去通訊、監測、預警等作用。根據位于新疆的某輸油氣公司2012～2018年統計數據，從以下4個方面進行分析。

1.2.1 失效數據分析

如圖2歷年光纜失效統計圖所示，從2012～2018年，這7年光纜失效事故整體呈下降趨勢，由數據得出的趨勢線（圖中虛線）可以看出，光纜失效事故在不斷減少。2018年該公司管道里程為16684km，每百公里光纜失效次數為0.0479/a，這與公司不斷提高管理水平，完善規章制度有很大關系。

圖2 歷年光纜失效次數統計圖Fig.2 Fiber optic cable failure statistics from 2012 to 2018 year

1.2.2 光纜失效時間分析

光纜失效事故在時間上有差異，其發生月份趨勢統計如圖3中虛線。4～11月是光纜失效事故發生的高峰期，1、2、3和12月份失效事故較低。新疆冬季氣候嚴寒，冰雪覆蓋，工程作業無法進行，自然災害如洪水、山體滑坡、泥石流等相對較少，光纜失效事故發生率較低；5～9月春耕及施工陸續開展，融雪性洪水、泥石流、山體滑坡等災害，造成光纜失效事故增高；9、10、11月，秋耕及施工周期的日漸縮短，很多施工單位為了追趕工期違章施工，導致光纜失效事故頻繁發生。

圖3 光纜失效時間段Fig.3 Optical cable failure time

1.2.3 光纜失效責任人分析

Drake等人[15]研究證明，低于50%的乳脂含量會導致切達奶酪風味物質損失，造成異味。所以黃油中的高乳脂的含量會對黃油質構、特性和風味有重要影響。同時，黃油蛋白質含量雖少，但卻是重要的滋味成分，對黃油的濃厚感有重要作用[16]。

光纜失效歷年責任人主要有公司、施工單位、村委會和個人。由于施工方在施工中監管不到位造成光纜失效的事故占21%，由于農牧民耕地，村委會溝通不及時造成光纜失效的占25%，由于公司內部施工監管不嚴的占43%，由于個人違章操作、失誤造成光纜失效的占11%，如圖4。從4種責任人分析，公司內部、施工方、村委會監管不嚴、溝通不到位、宣傳走訪不到位、保護意識淡薄，其次是個人技能、培訓、不到位。

圖4 光纜失效責任人比例餅狀圖Fig.4 Pie chart of the proportion of people responsible for the failure of optical cable

1.2.4 光纜失效類型分析

按照安德森提出的S-O-R模型對光纜失效原因類型進行分析，充分考慮了人因素綜合模型，將人的操作問題與機械及其應用環境的運行過程，提出路由環境差、第三方施工、農民耕地和其他原因這4種造成光纜失效的事故類型方面。筆者基于統計數字和以往斷纜原因分析[7]，繪制了光纜失效原因魚刺圖，如圖5，共有4大類原因，每一大類原因又可以分為若干小類。

圖5 光纜失效原因魚刺圖分析Fig.5 Fishbone diagram analysis of fiber optic cable failure

光纜失效的4類原因中，路由環境差占比最高，為46%；第三方施工占34%；農民耕地占10%；其他原因占10%，如圖6。因此，以占比最高的路由環境差為頂事件，運用Free fta軟件對其進行故障樹分析。故障樹分析，如圖7。

圖7 路由環境差故障樹模型Fig.7 Fault tree model with poor routing environment

（1）最小割集分析。

通過Free fta軟件可自動計算出故障樹模型最小割集，該故障樹的最小割集數量為21，即有21種組合方式可能路由環境差，分別為{X1}、{X2，X10}、{X2，X7}、{X2，X8}、{X2，X9}、{X3，X10}、{X3，X7}、{X3，X8}、{X3，X9}、{X4，X10}、{X4，X7}、{X4，X8}、{X4，X9}、{X5，X10}、{X5，X7}、{X5，X8}、{X5，X9}、{X6，X10}、{X6，X7}、{X6，X8}、{X6，X9}。最小割集都是路由環境差發生的一種可能性，最小割集表示系統的危險性，數目越多，危險性越大。如果能夠控制最小割集不發生，即可保證光纜不會失效。一般地說，一個事件的割集比兩個事件的割集容易發生，因此，在本例中，降低事件X1發生頻率，即減少區域人類活動頻率。

（2）最小徑集分析。

由Free fta軟件可知，共有2個最小徑集，分別是{X1X2X3X4X5X6}和{X1X7X8X9X10}。最小徑集表示系統的安全性，即要使事件不發生有2種方案，使1個最小徑集中的基本事件都不發生，那么即可使頂上事件路由環境差不會發生。

（3）結構重要度分析。

結構重要度分析是從故障樹結構上入手分析各基本事件的重要程度，通過最小割集來判斷結構重要度，各基本事件結構重要度為：

通過結構重要度分析，可以看出X1區域人類活動頻繁對路由環境差的影響重要程度最大，因此在進行預防措施時，在線路設計階段就考慮在人類活動少的地方進行管道鋪設。

2 風險管控措施

2.1 自然災害斷纜風險管控措施

結合以上光纜失效的故障樹分析中自然災害的分析，結合新疆地區的自然生態環境，對將要敷設的管道光纜在設計前進行風險識別，建立臺賬，并制定相應的減災措施和應急方案；對已經敷設的光纜進行全面檢查，收集光纜所處的自然環境條件，建立完善的自然條件信息網，對地質災害風險高地段等高后果區重點地段的地面標識補充設置工作，確保光纜線路的通透性和可視性；對光纜敷設經過惡劣環境及易發生自然災害等地段時，對光纜采用鎧裝、加固等措施嚴密保護；公司適當增加對自然災害造成斷纜的考核方式，獎懲并舉，積極調動下屬單位的管理積極性，科學、合理、有效的提升管理水平。

2.2 第三方破壞斷纜風險管控措施

通過光纜失效魚刺圖分析看出，違章占壓、管道標識和公眾教育是第三方破壞斷纜的主要因素，因此在進行第三方施工斷纜風險管控措施時，應從以下方面著重考慮：

（1）注意提高第三方施工現場評估的時效性和宣傳聯系的具體性。要避免在光纜線路附近有施工跡象時，沒有及時與施工方聯系，未設立相關標識或派人現場看護的問題；對外宣傳聯系中，要講清楚在光纜線路附近施工需要通過哪些程序、各種建筑物的安全間隔距離、限制使用機械和施工方法宣傳不夠的問題；要堅持外力影響無小事的原則，對小工程也必須做好標識臨時設置、派人看護等工作。

（2）注意防止各類施工中協調配合不當的問題。當用探測儀不能準確測定光纜位置和深度時，要進行人工開挖確認，杜絕將光纜線路的位置和深度錯誤地提供給施工方；要杜絕發生在光纜安全操作中指揮不當造成光纜線路損壞的問題；要嚴防對限制使用的機械和施工方法，以及限定施工范圍放寬控制的問題。

2.3 農耕斷纜風險管控措施

由魚刺圖分析可知，農民耕地是光纜失效的一個因素，其中違規取土、農業灌溉和車輛碾壓等都會影響光纜的可靠性，因此要加強對沿線農民保護光纜線路的宣傳工作。通信光纜運維單位、各下屬單位要大力宣傳有關保護管道設施的法律、法規，對項目建設施工單位和線路沿途各鄉鎮、村組、農戶要進行重點宣傳，增強管道沿線有關部門、單位和群眾保護通信線路和設施的法律意識，形成保護管道設施的良好環境，尤其針對春、秋兩季的農業耕作，要堅持在每年的3～5月份和9～10月份開展光纜保護的宣傳工作，對農田穿越段要重點排查，宣傳到戶，在農忙和春汛期間，加強管道巡護頻次，提高管道巡護質量，做到早發現，早處置。同時要加強對光纜線路的巡視和看護，及時了解、發現、掌握光纜線路上出現的各類隱患，將光纜線路隱患消滅在萌芽狀態，確保光纜線路的安全和通信暢通。

2.4 公司斷纜總體風險管控措施

公司要建立完善的斷纜事故上報系統，對歷年發生的斷纜事故進行詳細的存檔，包括事故的原因、類型、采取的措施以及造成的后果。同時要保證公司下屬單位上報斷纜事故的及時性并加大對事故報告的分析力度，避免對問題的淺嘗輒止，要深入分析，吸取教訓，為日后的管理工作提供充足的依據。

2.5 構建斷纜風險保護層

通過對斷纜事故風險辨識、原因分析，識別出來光纜運行過程中的各種風險，從“人-機-環-管”4個方面對斷纜事故進行風險管控，同時從光纜設計階段進行優化，系統的制定相應管控措施，構建斷纜風險保護層。

3 結論

本文對某公司7年來的斷纜事故進行統計，從時間、空間、類別等方面不同層次的分析了斷纜事故的原因，并應用魚刺圖來梳理光纜失效的4大原因類別，應用故障樹分析法對光纜失效進行分析，從最小割（徑）集、結構重要度方面對光纜失效因素進行分析，并針對不同的危害因素提出合理的風險管控措施，對油氣管道伴行光纜的防護，得到以下結論：

圖8 光纜保護層Fig.8 Optical cable protection layer

（1）造成光纜失效主要原因為路由環境差、第三方施工、農民耕地和其他原因。

（2）9、10、11月，秋耕及施工周期的日漸縮短，很多施工單位為了追趕工期違章施工，導致光纜失效事故頻繁發生。

（3）構建光纜失效保護層，從自然災害斷纜風險管控措施、農耕斷纜風險管控措施、第三方施工斷纜風險管控措施、公司斷纜總體風險管控措施。