油气长输管道风险管理技术探讨

王翔宇 董兰凤 王生新

(1.兰州大学土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000; 2.甘肃省科学院地质自然灾害研究所，甘肃 兰州 730000)

我国经济的快速增长促进了油气长输管道的建设与发展，管道的安全问题也随之成为社会关注的焦点。油气管道一旦因腐蚀穿孔、第三方破坏、设计操作失误等因素引起泄露、爆炸事故[1]，将会造成严重的环境污染、财产损失，并有可能造成人员伤亡，因此如何采取有效的措施确保管道的安全运行变得尤为重要。我国管道事业起步较晚，早期的管道管理多采用安全管理，管道事故率较欧美发达国家要高，据统计，1969年～2003年我国四川地区12条输气管每103km的年事故率平均为4.3次，东北和华北地区输油管道每103km的年事故率超过2.0次，而欧美等国家输气管道每103km的年事故率仅为0.5次[2]。近年来，我国借鉴国外的优秀成果和经验，在管道的科学管理上引入风险这一概念，并不断尝试将新技术应用于风险管理之中，以期能尽快实现长输管道管理由安全管理向风险管理的过渡。

1 风险管理的必要性

油气长输管道因其跨度大、沿线环境复杂的特点，必然面临更多的风险，如果不能充分的了解这些风险并加以管理，将对管道的安全运行造成严重的影响。风险管理技术作为衡量管道管理水平的重要指标，受到了各国的普遍重视。

美国从20世纪70年代开始研究油气管道的风险评价技术，1985年Battelle Columbus研究院发表了“Guidelines for Hazard E－valuation Procedures”一文，在管道的风险分析中运用了评分法;1992年W.Kent.Muhlbauer编写了《管道风险管理手册》，介绍了管道风险评估模型及各种风险评估方法。20世纪90年代，美国开始将风险管理技术广泛应用于油气管道维护工作，并出台了AMSE B31.8S，API PR581 等风险评估规程[3]。英国健康与风险委员会在风险管理研究方面研制出MISHIP软件包，应用于实际项目中管道失效风险的计算[4]。

国内对于管道风险管理技术的研究始于1995年，潘家华在《油气储运》中发表了“油气管道的风险分析”一文，详细介绍了美国的管道风险管理手册。2000年建设的涩北—西宁—兰州石油长输管道在设计、选线、施工中运用了风险评价技术，并开发出了PGRAS1.0地质灾害风险评价软件，用于管道运行过程中的风险管理，取得了显著的效果。

2 风险管理方法

油气长输管道风险管理是指对管道风险进行识别、评价、控制和再评价的过程，具体流程见图1。

在油气长输管道的风险管理中，风险识别是找出管道的各种明显和潜在风险并收集用于风险评价的资料的过程;风险评价是对一定时间周期内风险的发生概率及对管道系统产生危害的性质和程度进行定性或定量描述的过程;风险控制是对风险接受或规避的执行过程;风险再评价是在风险识别、评价和控制之后，对管道风险进行重新评价，以了解管道风险现状的过程;风险管理效能评价是对管道风险管理的过程或部分过程的效能进行评价，以发现管道风险管理中的优点和不足，并加以改进，以不断提高管道风险管理水平。

图1 风险管理流程

风险识别是风险管理的前提，可以为其他过程提供所需要的资料。

风险评价是风险管理的核心，可以量化风险并对风险进行排序，为风险控制提供依据[5]。当前的长输管道风险评价多采用指标评分法。该方法建立在风险识别的基础上，通过给风险评价指标体系赋分，根据赋分结果计算相对风险数[6]。

指标评分法采用如下数学模型:

其中，R为管道风险;P(H)为风险发生概率，即风险易发性;P(S)为风险影响到管道的概率;V为风险影响到管道后对管道的损伤程度;E为管道失效的后果。

3 现行风险管理方法存在的问题及解决方法

我国在油气长输管道风险管理这一领域尚处于起步阶段，鉴于设备和管理水平上同国外的差距，现行的风险管理方法还存在以下几方面的问题。

3.1 风险识别方面存在的问题及解决方法

我国现阶段在风险识别方面主要由工作人员通过现场调查完成，在辨识隐患方面主观性较强;而数据的管理方面则偏重于管道信息、风险点信息、风险应急预案、风险防治案例、专家信息等的存储，从数据库中提取有用的信息并用于管道安全状况的分析及预测的难度较大;而对于一些服役时间较长的管道系统，很难找到完整的原始数据[7]。

解决这些问题的有效方法是建立全国性的管道数据库，在此过程中的有效工具便是GIS。

GIS即地理信息系统(Geographic Information System)，是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用信息科学和系统工程的理论，管理和分析具有空间属性的地理数据，以提供管理、决策等信息的技术系统。在长输油气管道的风险管理中运用GIS技术具有以下优势:

首先，GIS具有大量地理空间数据的存储和管理的功能，应用GIS软件构建的三维数字模型比较适合长输管道这种覆盖面广、地形复杂、信息量大的线性工程。

其次，管理人员可通过GIS数据库对管道信息进行动态更新，以实现对管道运营状况的动态观测。当管道运行中出现异常时，可快速的调用相关信息进行分析，及时的为决策者提供准确的数据。

另外，利用GIS可实现异构系统之间数据的共享。利用GIS软件二次开发的风险分析与决策系统可通过与空间信息数据库及模型数据库的链接，实现管道数据的实时分析[8]。

目前，我国的部分管道工程开始将GIS技术应用于管道的风险管理之中;与此同时，GIS技术在 Web/Internet GIS，无线 Web GIS，3S(GIS，GPS－全球定位系统、RS－遥感技术)，3D/4D GIS，OpenGIS(GIS数据共享)，CyberGIS(虚拟空间GIS)，GIS组件库社会化生产等方面得到不断的发展，GIS技术的应用将对管道风险管理水平的提高起到巨大的推动作用。

3.2 风险评价方面存在的问题及解决方法

现行的指标评分法是由研究人员根据以往经验，列出风险发生的各种影响因素，并确定它在整个风险中所占的比重，最终通过对各个独立因素的评分确定风险的概率及后果。指标评分法的前提是风险的各种影响因素是相互独立的，而管道的风险是由众多相互关联的因素组成的，依据多方面的因素对风险进行评价，难免带有模糊性和主观性[9]。

模糊综合评判是对受到多个因素制约的事物或对象做出一个总的评价的过程。针对指标评分法中存在的问题，可采用模糊数学的方法进行综合评判以使评价结果更为精确。

模糊综合评判法采用如下数学模型:

1)建立评判对象因素集 U={u1，u2，Λ，un}。因素即对象的各种属性，它能综合的反映出对象的质量，因而可由这些因素来评价对象。

2)建立评判集 V={v1，v2，Λ，vn}。对于长输管道的风险评价，评判集为风险等级的集合。

3)建立单因素评判，即建立一个从U到F(V)的模糊映射。

由f可诱导出模糊关系，得到模糊矩阵:

称R为单因素评判矩阵，于是(U，V，R)构成了一个综合评判模型。

4)综合评判。U中各因素侧重不同，需对各因素赋予相应的权重，它可表示为 U 上的一个模糊子集 A=(a1，a2，Λ，an)，且

在R与A确定之后，可求出综合评判指标B=A◦R。记B=(b1，b2，Λ，bn)，它是 V 上的一个模糊子集，其中

5)评判指标的处理。目前利用评判指标确定评判结果的方法主要是最大隶属度法和加权平均法。最大隶属度法是取与最大评判指标bmax对应的评判集vj作为评判结果，即:

最大隶属度法只考虑了最大的评判指标，会丢失许多信息，而加权平均法可解决这一问题[10]。加权平均法是取bj为权数，对评判集元素进行加权平均，以该值作为评判结果，即:

模糊综合评判法可以将各个评价指标在整个评价过程中的重要性详细地表达出来，减少了评价过程中的主观性[11]，并通过建立模糊矩阵将各个评价指标综合考虑，充分体现了评价因素与评价过程的模糊性，能更客观地反映评判项目的真实情况，使得评价和决策结果更加详细精确。模糊综合评判法在处理因素模糊性和不确定性上具有一定优势，但也有一定的缺陷，即权重的分配上主观性较强。因此，对于如何将模糊综合评判法用于长输管道的风险评价这一问题还需进行深入的研究。

4 结语

1)油气长输管道工程的风险管理是一种有效的管理方法，在一些国家已经取得显著成效。我国在这一方面尚处于探索阶段，应结合我国现状，逐步提高管道的风险管理水平，健全我国的风险管理体系。2)风险识别是风险管理的基础，在提高研究人员风险识别能力的同时，应加强GIS等新方法、新技术的应用，为风险管理中的其他步骤提供可靠的原始数据。3)风险评价是风险管理的核心，本文介绍的指标评分法操作简单，实用性强，应加以推广;在此基础上，需研究如何将评价结果更为精确的模糊综合评判法等风险评价方法应用到长输管道的风险管理之中。

[1] 潘家华.油气管道的风险分析[J].油气储运，1995(14):3－5.

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[3] 蔡良君，姚安林.城市燃气管道风险评价技术现状分析与思考[J].城市燃气，2008(8):25－28.

[4] 孙永庆.我国燃气管道风险评估现状、差距及对策[J].天然气工业，2004，24(5):10－12.

[5] 向喜琼，黄润秋.地质灾害风险评价与风险管理[J].地质灾害与环境保护，2003(3):32－35.

[6] 赵俊茹，戴 光.管道风险评分法及在输油管道中的应用[J].压力容器，2007(9):50－52.

[7] 陈利琼.油气管道风险的模糊综合评价方法探讨[J].天然气工业，2003，23(2):15－16.

[8] 刘瑞凯，吴 明.GIS技术在长输油气管道风险分析与决策中的应用[J].当代化工，2011，40(9):3－4.

[9] 杨纶标，高英仪.模糊数学原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社，2001.

[10] 于建星，程士全.基于模糊综合评判的输油管道系统安全风险评估方法[J].中国海上油气，1998，4(10):70－71.

[11] 赵忠刚，姚安林.油气管道风险因素的权重赋值方法研究 [J].天然气工业，2007(7):58－60.