城市燃气管道风险评估研究

来源:四川燃气 更新时间:2016-06-27 阅读:135

  • 彭山港华燃气有限公司  封建强

          【摘   要】:阐述了我国城市燃气管道风险评估面临的挑战,列举了管道风险评估面临的难题,介绍城市燃气管道主要风险评估方法以及直观法风险评估模型。
          【关键词】:管网  风险评估  定量法  直观法
            一、引言
      燃气管道,无论是初期使用的铸铁管还是目前普遍采用的优质钢管,在使用一段时间后,都可能发生因腐蚀、超压或第三方破坏等造成的燃气泄漏或管道破裂事故。由于燃气具有易燃、易爆的特点,所以燃气事故威胁着人民群众的生命财产安全。尽管燃气公司在设计、施工和运行期间采取各种技术手段防止事故的发生,但由于管道所处环境复杂多变,常规的预防措施仍难以确保燃气管道长期安全地运行。风险评估技术正是在这种需求下被引入的一种新型管理技术。
      由于燃气管道的建设成本高,其成本的回收率除受输送效率的影响外,还在很大程度上受管道事故损失的制约。因此严格地说,燃气管道的风险评估实质上就是管道建设成本风险分析这个经济问题的阶段评估。20世纪70年代,发达国家在二战后兴建的大量燃气管道将进入老龄阶段,这些管道承担着国家的燃气输配任务,所以最大限度地减少燃气管道的事故发生率和尽可能延长这些燃气管道的使用寿命便成为各国关注的焦点。为了解决在一条管道上合理使用维护费用这一技术难题,美国的一些管道公司开始尝试用经济学中的风险分析技术来评估燃气管道的风险性,并在后来的研究与应用实践中逐步建立起了燃气管道风险评估体系和各种行之有效的评估方法。
      我国天然气行业今年来呈现蓬勃发展的趋势,大量城市管道工程的建设极大的促进的城市经济的发展。但是,随之而来的威胁天然气管道输送的一系列客观因素使得我们不得不建立自己的燃气管道评估方法。燃气管道风险评估要解决3 个问题:识别风险的来源,评价各种可能的失效可能性发生的概率,评价失效后果。风险评价方法有定性评价方法、定量评价方法和介于两者之间的半定量方法。前者对评价因素作出定性说明,定量风险评价技术则利用概率断裂力学、有限元方法、可靠性与维修技术和各种强度理论,对管道风险进行定量评价和决策。结余作者的工作环境原因,结合多年燃气行业工作经验,本文详细讨论燃气管道定性风险评估方法与定量风险评估方法。
            二、燃气管道定量风险评估
      定量风险评估是风险评估发展的最高阶段,是一门新型管理技术,只有将风险评估建立在定量分析的水平上,管道的风险评估才真正具有系统性、精确性和预见性,其显著的社会经济效益已在国外一些国家得到证实。燃气管道定量风险评估关键技术问题如下。
      (一)管道分段
      管道风险评价与其它装置的风险评价不同之处在于,整条管道没有相同的危险性倾向。由于管线上各种条件的组合复杂多样,整条管道各段风险程度各异,需要制定一种指标将管道划分为不同管段分别进行评价。管段划分应根据人口密度、土壤条件、地质情况、防腐层状况、管道使用年限等进行(变化条件的重要性依次递减) ,在上述特性发生明显变化时,应插入分段点。
      (二)确定管道的失效模式
      在初步进行风险识别,找到构成管道风险的主要失效因素后,需要确定管道失效的主要模式。按照管道事故的严重程度,管道失效模式可分为3 种,即轻微泄漏、管道穿孔和管道断裂。具体划分标准与管道本身特征(如直径、壁厚) 有关。
      失效模式的确定不仅对失效概率的计算有重要参考价值,且还直接影响失效后果的计算。不同泄漏孔径直接影响管输介质泄漏量,从而决定泄漏后的表现形式(安全泄放、蒸气云爆炸、闪火、喷射火焰、火球等) 的影响面积。API 581 中对失效后果的计算即是基于以上问题进行考虑的,并且对不同管输介质和管道运行环境都提供了经验公式以供计算失效后果。
      (三)失效概率的计算方法
      管道失效概率计算方法包括统计法和解析法。统计法是通过收集相应的管道历史失效数据进行分析,得出该危险过去的发生频率,并以此预测现在或将来的发生频率。国外在研究管道的失效风险过程中,建立了相应的管道失效数据库。对某些失效原因(如地表运动等) 由于还没有建立相应的失效模式,不能利用解析法计算其失效概率,只能利用统计法进行分析。当历史数据不能或获取不充分时,则采用故障树法、Monte2Carlo 法、概率断裂机制方法、结构可靠性方法等解析方法来计算失效概率。根据英国健康与安全委员会( HSE) 推荐的数学模型,基于R6 双判据法的通用失效评定曲线,把材料的机械性能、缺陷分布及外加载荷当作随机变量, 采用一阶可靠性方法/ 二阶可靠性方法( FORM/ SORM) 计算了陆地气体输送管道因受外部冲击引起轻微泄漏或断裂的失效概率。
      (四)失效后果计算
      管道失效后果计算主要考虑管道失效所造成的对人身生命安全的影响以及对环境和财产的影响。其中,对人身安全的影响可分为死亡、重伤、轻伤等不同的伤害类型;对环境的影响主要考虑失效事故对空气的污染以及对生态系统的影响;对财产的影响主要考虑对管道沿线财产造成的损失,以及管道公司自身的管输介质损失、管道替换和修补费用等经济损失。
      (五)风险计算及评价燃气管道失效风险值
      当已知管道各段的风险后,就可得到沿整条管道的失效风险分布情况。目前还没有国际统一的风险分级标准,国内这方面的研究也基本属于空白。
      (六)定量风险评估利弊
      根据以上分析可以得出,风险评估定量分析方法的优点是:对风险产生的威胁,易造成安全事故的管理漏洞,及预测后果进行了赋值处理,使之能够用数学计算的方法进行推导,对该风险发生的可能及后果范围进行了严格界定及量化,精确化了风险描述,有利于工作人员进行有效的风险管控,使风险管理有据可查,有量可依。
     但该方法也存在一定的不足:首先,其数学模型的变量赋值需要对大量的数据进行处理,归纳总结数据之间的关系,找出风险变量赋值的依据;其次,数学模型描述的精确性使得风险变量的赋值有一定的时间限制,即只能描述一段时间内已发生的风险变化。该描述的宽度受限,由于模型中的数据均为历史数据的统计,则其对未来风险的发生做出的结论只能做为参考。
      三、燃气管道定性风险评估
      风险评估的定性分析方法是风险评估中另外一种主要的分析方法。其原理是采用直观的初步分析,结合燃气公司的相关管网运行经验,通过直观描述进行风险分类评估。其特点是简便、快速、直观,不必建立精确的数学模型及计算方法,其评价结果的精确性取决于现场人员的经验、对事故划分的细致性。风险评估定性分析法可以根据专家的观点提供高、中、低等风险的相对等级,但是危险性事故发生的频率及事故损失后果均不可量化。
      (一)风险评估定性分析风险等级划分
      由于风险评估定性分析主要依靠作业人员经验及事故统计划分的细致性,因此其等级划分根据各种燃气管网安全隐患发生的频率、事故在一定时期内发生的次数、隐患危害性、危险源的性质、因素诱发事故的可能性等多方面的比较分析比较,统计出一套以经验为主的分级方式。因此,应用直观经验进行的定性分析结果为:
      燃气管道高风险包括:有人居住或聚集的建筑物占压燃气管道;无防护措施穿越密闭空间、其它管道或电缆沟槽内的燃气管道;外露或凸出路面上;经常引起管道不均匀沉降的地段的燃气管道。
      燃气管道较高风险包括:埋深浅于国家规范要求的燃气管道;进入市区建成区的次高压及以上压力的燃气管道;防腐层较差且建设年限超过20年的燃气管道;被构筑物占压的燃气管道;施工工地附近燃气管道;地下燃气管道施工及与其他管道间距不符合国家规范要求的燃气管道。
      燃气管道中等风险包括:燃气管道的阀井设施;防腐层较好且建设年限不超过20年的燃气管道;中低压燃气主管道/分支管道。
      燃气管道低风险是除了以上三种风险分级的管道以外的管网。
      (二)风险评估定性分析利弊
      该种定性分析方法直观、简洁的描述了燃气管网的风险类型,具有很强的可操作性。其优点是:首先,分类级别通俗易懂,作业人员能迅速的根据隐患描述对号入座做出处理;其次,分析方式较易理解,可操作性强;第三,具有衍生性,在对后续隐患的预防上具有很高的参考价值及隐患查找方向引导性。
      但是,由于该种定性分析方法大多采用直观描述,具有先天性的不足:首先,该种风险定性分析对风险的分类界限定性很模糊,各种风险的交叉性较多,干涉风险管理人员的判断;其次,该种分析方法受制于作业人员的现场作业经验以及对事故隐患划分的细致性,主观影响因素较多;第三,由于对风险界定的模糊,容易导致管理人员在对风险隐患分类的时候出现误差,将高一级别的风险主观降级,造成额外的安全隐患或管理盲区。
      四、两种评估方法的适用性分析
      风险评估定量分析通过建立数学模型,对风险变量进行赋值处理,结合统计分析历史资料,准确的对燃气管网风险进行界定。但是,风险评估定量分析也存在以下特征:
          1、风险评估定量分析要保证风险评估的深度,就需要大量具有专业知识技能的安全顾问或风险工程师的参与;
      2、定量分析流程较复杂,大范围的评估需要相关运作经验;
      3、评估中所取得的相关资料需要做周期性的更新;
      4、存在大量需要高效率解决的现场资料采集及后期数据处理工作,对参与人员的素质要求较高;
      5、多次的定量分析评估结果只能作为参考标准,不具有衍生判断特性,无法对新增风险进行及时比较。
      因此可以看出,风险评估定量分析适用于年度级别的大型燃气管网评价体系的建立及更新。该方法需要较长的作业时间,大量具有专业水平且长期从事该方面工作,拥有丰富相关经验的作业人员参与。评估结果能够较全面的反应整个管网架构的运行状况,其结果可以作为制定相关执行制度及工程作业目标修正的参考依据。
      风险评估定性分析通过大量经验的累积,作业人员事故统计划分等相关操作,直观的反应出风险分类等级,其具有特征如下:
      1、采用主观语言进行风险性质的阐述,风险分析较浅,易于把握;
      2、定性分析较简单,无需进行大量的计算及后期的技术处理,短时间内就能得出评估结果;
      3、该方法对人员素质要求不高,其普及型较强;
      4、评估结果不需频繁更新,描述结果具有衍生性,能够较宽范围的覆盖风险点,但其界定的模糊也可能造成评估工作的重复。
      因此,风险评估定性分析适用于专业素质较薄弱,且需要及时掌握风险情况,并对局部风险进行初步预判的安全管理人员及一线作业人员,在燃气公司可以作为短期内管网分级巡查及泄漏测量工作安排的依据。同时,也为风险评估定量分析数据的采集指引主要的方向。
      五、结论
      随着天然气这一清洁能源在我国得到越来越广泛的使用,燃气的易燃、易爆、有毒等危险特性使得燃气安全管理越来越收到国家及行业相关部门的重视。本文通过对燃气管网风险管理中风险评估方法的分析论证,得到成果如下:
      确定了燃气管网风险评估方法类型即:风险评估定量分析法与风险评估定性分析法;
      对风险评估定量分析法建立了数学模型,阐述了模型建立的原理,建立了“风险”、“威胁发生概率”、“威胁发生结果”等因素的函数关系,并通过计算的到来风险评估定量分析的风险分级;
      对风险评估定性分析法进行了阐述,说明了其形成的理论依据,并详细说明了风险分级内容;
      通过对风险评估定量及定性分析的理论研究,得出了其各自运用的特征,优缺点及实际应用范围。
       
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