天然氣管道風險評價研究

孫祥太

天然氣管道風險評價研究

孫祥太

（中原油田分公司油氣儲運中心，河南 濮陽 457000）

為了保障天然氣管道的安全運行，需要對天然氣管道的運行狀況進行風險評價。對天然氣管道風險評價研究現狀進行了綜述，并針對我國天然氣管道風險評價面臨的主要問題提出了相應建議。

天然氣管道；安全運行；風險評價

管道運輸具有占地少、受地形限制少、運輸量大、便于管理且經濟可靠等特性，是如今原油、成品油及天然氣最主要的運輸方式。據《中國天然氣發展報告（2019）》統計，至2018年底，我國天然氣干線管道總里程達7.6萬km。根據我國《中長期油氣管網規劃》，到2025年，天然氣管道總規模將達到24萬km，在未來5年時間里，新建天然氣管道長度要翻一番。

威脅管道安全運行的因素主要包括自然災害、管道的第三方破壞、腐蝕老化等[1]，隨著天然氣管道總規模的迅速增長及管道“老齡化”時代的到來，由管道安全事故造成的財產損失、生態環境惡化和社會惡劣影響的問題日益凸顯，因此進行科學的管道運行風險評價具有很強的現實意義。對管道風險評價進行研究的主要任務，就是要尋找各管道段的風險因素并基于風險危害程度大小，針對高風險管段優先進行維修更換，定期排查各管段的潛在風險，為企業提供科學的管理依據，降低管道事故發生概率，盡可能減少維護費用，進而保障生命健康和人民財產安全。

1 天然氣管道風險評價方法

管道風險評價技術經過多年發展已形成較成熟的體系，其評價方法可劃分3大類，包括定性風險評價、半定量風險評價、定量風險評價。

1.1 定性風險評價

定性風險評價是運用比較分類、歸納演繹和綜合分析的非數學方法對系統中工藝、設備、人員等進行定性分析，對評價獲得的數據進行研究判斷，排查潛在風險因素，評價管道風險等級，根據風險評價結果采取相應的預防控制措施。這類評價方法的優點在于評價過程簡便、易操作、無須建立系統的評價方法和精準的數學模型、結果直觀明了，但是由于定性評價方法主觀性比較強，包含較多的經驗成分，對評價人員的專業經驗和判斷能力依賴性較大，系統危險性有時不能充分體現。定性評價方法主要包括安全檢查表法、魚刺骨圖分析法、危險及可操作分析法等。

1.2 半定量風險評價

半定量風險評價的思路是對失效因素及事故后果進行分級或打分，建立相應的事故概率指標體系和事故后果指標體系并進行組合，利用數學方法計算相應的風險等級。這類方法的優點在于能夠實現復雜單元或難以量化概率的危險性系統的評價，評價指數有兩個方面，一是事故概率，二是事故后果。該類方法的弊端是未考慮危險因素和安全保障體系間的交互作用，也無法充分重視系統安全保障體系的功能。常用的評價方法包括蒙德法，火災、爆炸指數評價法，日本的六階段安全評價法等。其中管道風險評價工作中最具普適性的是肯特法，國內大多數管道風險評價軟件的核心原理就是此方法。

1.3 定量風險評價

定量風險評價通過量化管道系統及設備的風險發生概率及事故后果，通過數值表明所評價對象的危險等級，從而實現對系統風險的精確描述。定量風險評價方法建立一個數學模型，用于系統評估失效發生的可能性和事故后果嚴重度，相比半定量與定性風險分析可靠性更強。目前天然氣長輸管道常采用的定量風險評價模型包括：①事故率模型。根據條件泄漏概率和事故發生概率建立。②人員傷亡風險模型。重點考慮管道沿線一定影響半徑（由管道類型和輸送量確定）的矩形區域范圍內的人員分布情況。③事故后果模型。研究對象為自由蒸氣云爆炸、池火、噴射火、有毒氣體擴散、火球、毒物泄海等，主要用于評價管道沿線影響區的個人風險和社會風險情況。④風險綜合模型。綜合考慮管道失效發生概率、管道失效影響的人數以及事故后果影響程度評價天然氣管道風險程度。1992年，MUHLBAUER[2]在《管道風險管理手冊》中總結了不同種類管道風險評估方法和評價模型，他將設計、操作、第二方破壞和腐燭這4類因素總結為管道失效的主要因素。1996年，在其研究的基礎上修正和完善了各種條件下的風險評價方法，在風險管理部分進一步完善了風險與成本管理之間關系的相關內容。AHAMMED[3]開展了受腐蝕情況下承壓管道的剩余強度和管道壽命預測工作；KEVER[4]等預測了腐燭環境中管道爆破強度，研究結果與實際基本吻合。針對事故后果評價方面，JO[5]等提出了計算天然氣管道爆炸傷亡半徑的計算公式。但該公式參數包含人身傷亡、財產損失等數據，適用的地區范圍較窄，缺乏通用公式。此后英國、加拿大等國出臺管道風險評價規范及規定，要求加入風險評估或進行非強制性管道風險評估進入管道建設標準，并要求對具有危險性的管道進行風險評估。

與國外已經形成較為完備的風險評估體系相比，我國管道風險評估面臨著諸多問題。一般而言，在管道建成后與管道制作、設備以及裝備等有關的失效因素就已經穩定存在，使用儀器的檢出率是保證檢測準確程度的重要依據，而與第三方破壞、自然外力、誤操作等相關的失效因素出現概率比較隨機，須通過大量調查事故資料和定時檢修才能確定。歐美等國家管道經過長時間運行積累了大量管道運行歷史參數和事故發生概率的相關數據，并建立失效概率模型，具有較高的可信度。而我國雖然逐步開始了數據的積累和評估方法的研討工作，但是數據資料較少，未形成完備的失效數據庫，建模方面難度較大，因此國內的研究方法多基于文獻綜述及定性研究。1995年，潘家華[6]詳細介紹了《管道風險管理手冊》（Kent，1992）引起國內眾多學者開始關注風險評估并進行深入探究，提出了一系列適合我國管道實際情況的風險評價方法，在管道的腐燭、剩余壽命、多因素共同影響下的管道可靠性等方面取得了積極的研究成果。

姚安林[7]針對我國天然氣管道失效數據較少且可靠性較低的問題，建議從天然氣管道數據庫建立、標準體系應用、管道風險評價體系完善方面探究風險評估方法。黃維和[8]分析了天然氣開發、運輸過程中的風險因素及產生原因。田娜[9]分別將解析分層過程和灰色關聯法分析與肯特法結合，優化了長輸管道系統風險指標體系。王凱全[10]等根據國內管道特點，改進了肯特法的評分項和事故因素權重。陳航[11]等分析了不同國家的管道失效事故，研究風險事故的失效頻率，提出區別劃分油氣輸送管道。徐慧[12]等結合灰色理論及層次分析法，提出管道定量風險評價法，并應用于海底管道失效風險評估。隨著城市埋地燃氣管道列入影響城市安全的重大危險源，并在國家“十五”科技攻關中列入專項研究，管道風險評價體系擴充了如數值模擬、模糊數學、概率統計眾多方法，對我國天然氣管道風險評價體系的完善具有重要意義。

2 風險評價方法的優缺點

定性評價方法的優點主要是該方法綜合了歷史失效資料但不借助復雜的數學模型，評價方法直觀且簡單。缺點是評價過多依賴于評價人的經驗及主觀判斷，缺乏系統全面的認識，具有局限性，只適用于初級階段的風險評價或為定量評價提供參考。

定量評價方法優點是能夠全面綜合的分析管道運行系統，量化評價指標，評價結果客觀且可信度高。其缺點是需要大量的歷史運行數據及失效資料，只適用于歷史資料完備、基礎數據充足的系統評價。

3 我國天然氣管道風險評價存在的問題與建議

基于前文分析，我國天然氣管道風險評價發展所要面臨的主要問題包括以下3個：我國的天然氣管道風險評價多處于定性分析階段，未建成有效的定量分析方法；天然氣管道失效數據庫建設尚未完備；如何做好從定性風險評價過渡到定量風險評價期間的風險管理工作。

針對以上問題提出了相應的解決建議：一是暫時參考歐美等國天然氣管道失效數據庫，建立我國統一的管道風險定量評價方法，逐步取代現行的定性風險管理。二是要基于大數據技術建立和完善管道完整性管理數據庫，尤其是管道失效數據庫。由于缺乏通用標準，過去失效數據僅通過媒體及報道記錄管道失效事件以定性記錄，缺少詳盡的數據統計及理論分析。因此完整性管理部門當務之急是建立合理、量化的標準，基于統一標準要求管道企業采集管道失效數據，建立符合我國石油與天然氣管道特點的失效數據庫。三要基于國內外完整性管理的數據統計及風險分析，建立管道風險預防機制，從源頭管控管道安全，提高油氣管道安全管理水平，以“治標”措施為“治本”創造機會。建立風險分級管控和隱患排查治理的雙重預防性機制，堅持安全風險管控常態化，以半年為周期多次評估管道安全性。推行安全風險三級研判、承諾、公告制度，按照“逐級負責、逐級報告、逐級放心”的理念，建立安全風險承諾公示機制。對輸油站內外特殊作業情況、油氣管道系統運行情況、一級重大危險源狀態進行公示，確保工作人員時刻掌握管道日常運行、特殊作業狀態，確保管道風險可控，為管道完整性管理數據庫建立與管道定量分析爭取時間。

[1] 肖軍.城市燃氣輸配管道完整性管理分析[J]. 石化技術，2019，26（7）268.

[2] MUHLBAUER K. Pipeline risk management manual[M]. New York: Gulf Publishing Company,1996.

[3] AHAMMED M. Prediction of remaining strength of corrode pressurized pipelines[J].,1997, 71:213-217.

[4] KLEVER F J, STEWART C. New developments in burst strength predictions for locally corroded pipes[R].Shell Int Res,1995.

[5] JO Y D, AHN B J. Analysis of hazard areas associated with high-pressure natural-gas pipelines[J].,2002, 15(3):179-188.

[6] 潘家華.油氣管道的風險分析[J].油氣儲運，1995，14（3）：11-15.

[7] 姚安林.論我國管道風險評價技術的發展戰略[J].天然氣工業，1999（4）：79-82.

[8] 黃維和.油氣管道風險管理技術的研究及應用[J].油氣儲運，2001（10）：8-17.

[9] 田娜，陳保東，陳其勝.灰色關聯分析在長輸管道肯特風險評價中的應用[J].油氣儲運，2006（4）：7-10.

[10] 王凱全，王寧，張弛，等.城市天然氣管道風險特征與肯特法的改進[J].中國安全科學學報，2008（9）：152-157.

[11] 陳航，蘇定雄，楊莉.管道主要風險的失效頻率數據分析[J].管道技術與設備，2007（5）：24-25.

[12] 徐慧，肖楠，郭振邦，等.基于AHP法和灰色模式識別理淪的海底管道系統路山定量風險評估[J].海洋工程，2005，23（4）：105-110.

Study on Risk Assessment of Natural Gas Pipeline

（Oil and Gas Storage and Transportation Center of Zhongyuan Oilfield Company, Puyang Henan 457000, China）

In order to ensure the safe operation of natural gas pipeline, it is necessary to carry out risk assessment on the operation of natural gas pipeline. In this paper, the research status of risk assessment of natural gas pipeline was summarized, and corresponding suggestions for the main problems faced by the risk assessment of natural gas pipeline in China were put forward.

Natural gas pipeline; Safe operation; Risk assessment

2020-06-16

孫祥太(1989-)，男，工程師，山東省濟寧市人，2010年畢業于中國石油大學(華東)，研究方向:長輸天然氣管道運行及管理。

TE832.1

A

1004-0935（2020）11-1421-03