城镇燃气管道泄漏事故树风险分析

牛伟伟，龙世华，吕仁军，程浩力

（1. 首都经济贸易大学 安全工程与环境学院，北京100070; 2. 中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085）

城镇燃气管道泄漏事故树风险分析

牛伟伟1，龙世华2，吕仁军2，程浩力2

（1. 首都经济贸易大学 安全工程与环境学院，北京100070; 2. 中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085）

城市燃气管道主要分布在人口和建筑物集中的区域，一旦破坏发生泄漏将对周围的人员及财产造成严重威胁。因此，有必要对其威胁进行风险分析。通过应用一种重要而常用的系统安全分析方法—事故树分析法(FTA)对城镇地下燃气管道遭受第三方破坏所致的泄漏事故进行了分析，建立了相应事故树模型。采用布尔代数化简法计算出事故树最小径集并对各基本原因事件的结构重要度进行排序。结合最小径集包含的各事件及结构重要度排序分析，可以确定事故管理的主要对象，并提出减少事故的措施，为确定安全对策提供可靠依据。关 键 词：事故树分析；城镇燃气管道；风险分析；第三方破坏；布尔代数；最小径集；结构重要度

近年来，随着西气东输工程的投产运行及一系列燃气工程的建设，城市燃气供应及管道建设大幅增长。与此同时，城市道路、绿化、水电等市政建设以及建筑项目急剧增加，对地下燃气管道造成破坏的可能性大大增加。造成燃气管道泄漏的原因是多方面的，在城镇之中，建设施工等第三方破坏成为地下燃气管道泄漏事故的主要原因[1,2]。为此，要减少事故的发生，建立综合安全管理体制，采取有效地途径保证在役管道可靠运行就有必要对造成第三方破坏的原因进行分析。本文采用系统工程中的事故树分析（FTA）法，针对第三方影响事故树模型进行分析，确定事故管理的主要对象并提出针对性的解决方法。

1 事故树模型的建立

事故树分析[3](FTA, Fault Tree Analysis)是从结果到原因找出与灾害事故有关的各种因素之间因果关系及逻辑关系的分析法。这种方法以定义好的事故开始，或顶事件，向后将系统故障各种原因(包括硬件、人为、环境因素等)，按树枝状结构自上而下追溯到各种能够引起事故的情形。事故树定量分析主要是根据引起事故发生的各基本事件的发生概率，求出顶上事件发生的概率，同时对各基本事件进行概率重要度和关键重要度分析。建造事故树的目的是查找隐患，找出薄弱环节，查出系统的缺陷，然后加以改进[4]。

根据以往研究资料[1,5,6]，对城镇燃气管道第三方破坏泄漏事故进行事故树分析，各符号所表示的意义如表1所示，其事故树如图1所示。

表1 燃气管网泄漏事故树中各符号代表的事件Table 1 The meaning of various marks in fault tree for gas network leakage

图1 城镇燃气管道第三方破坏泄漏事故树模型Fig. 1 The fault tree model of third-party interference on city gas pipeline

2 事故树分析

(1) 最小径集

由事故树图分析可见，或门（“+”）的个数占了逻辑门总数的绝大多数，所以用最小径集进行分析[7]：

从成功树计算得出16个径集，如下所示：

(2)结构重要度分析[8]

事故树是由众多基本事件构成的，这些基本事件对顶上事件均产生影响，但影响程度是不同的，在制定安全防范措施时必须有个先后次序以便使系统达到经济、有效、安全的目的。结构重要度分析，就是不考虑基本事件发生的概率是多少，仅从事故树结构上分析各基本事件的发生对顶上事件的影响程度。结构重要度分析虽然是一种定性分析方法，但在目前缺乏定量分析数据的情况下，这种分析显得很重要。

结构重要度分析方法归纳起来有两种。第一种是计算出各基本事件的结构重要系数，将系数由大到小排列各基本事件的重要顺序；第二种是用最小割集和最小径集近似判断各基本事件的结构重要系数的大小，并排列次序。前者精确，但比较繁琐；后者虽然精确度比用求结构重要系数法差一些，但操作简便，因此目前应用较多。应用下式计算近似判别值：

式中: I(i) —基本事件Xi结构重要系数的近似判别值；

Xi∈Pj—基本事件Xi属于Pj最小割(径)集；

ni—基本事件Xi所在最小割(径)集中包含基本事件的个数。

上述事故树的结构重要性顺序根据公式求得为：X1=…=X7=X12=…=X16＞X8=X9=X22=X23＞X11＞X10=X19＞X26=X27=X28=X33＞X29=X30=X31=X32＞X17=X18=X24=X25＞X20=X21

对于占压破坏：X8=X9=X22=X23＞X33＞X29=X30=X31=X32＞X20=X21

对于外单位施工破坏：X11＞X10＞X26=X27=X28＞X24=X25

3 结 论

由事故树可知，管道燃气泄漏事故发生的主要原因基本为自然破坏及人员活动破坏两类。自然破坏主要指管道因自然灾害、地质灾害以及绿化植物等破损泄漏；人员活动破坏主要为市政施工所造成的管道硬性破坏和地表负载(如违章建筑、重型车辆占压)引起的变形破裂。

（1）结构重要度系数最大的是自然因素造成的破坏，泄漏事故发生的最重要条件。这就要求燃气公司必须有完善的燃气安全事故应急救援预案，当发生自然意外灾害时能够及时采取有效措施，减少损失。

（2）对于地表负载(如违章建筑、重型车辆占压)引起的破坏，除了建筑占压、管道上方堆放杂物、道路变更、违章通行或停放等直接事故致因外，管理因素中的奖惩不力是最重要的间接因素。奖惩不力会导致巡查人员不认真、巡查人员弄虚作假等基本事件的发生，而处理时遇到具体困难或规章制度不全也是一大诱因。对于无管线巡查制度及无处理制度这两种因素，重要程度很小，说明一般公司都会制定相关制度，但是执行不力。

（3）对与人员活动破坏（诸如市政施工）等造成的破坏，地质爆破、施工造成地质沉降、挖掘打桩等所致的管道破坏泄漏最为主要，而未与燃气公司协调、燃气公司无管线布置资料则相对较少发生。

综上所述，为减少城镇燃气管道破坏泄漏的发生，应该建立完善的燃气事故预案和快速反应机制并且要有针对性地完善各项规章制度，明确安全工作职责。

[1] 孙安娜,安跃红,段常贵,等.地下燃气管道第三方影响事故树模型[J].煤气与热力,2005,25(1):1-5.

[2] 国辉.我国城市天然气管道事故统计及分析[J].安全、健康和环境,2008,8(4):6-8.

[3] U.S. Nuclear Regulatory Commission. Fault Tree Handbook[G]. Washington, D.C., 1981.

[4] 汪元辉.安全系统工程[M].天津:天津大学出版社,1999.

[5] 杨维.事故树在管道燃气泄漏事故分析的应用[J].煤气与热力,2007,27(5):21-24.

[6] 伍良.城镇燃气事故风险评价研究[D]. 福州:福州大学,2001.

[7] 张景林,崔国璋.安全系统工程[M].北京:煤炭工业出版社,2002.

[8] 蒋军成,郭振龙.工业装置安全卫生预评价方法[M].北京:化学工业出版社,2003.

Risk Analysis on Leakage Accidents of City Gas Pipelines Based on Fault Tree Analysis

NIU Wei-wei1， LONG Shi-hua2， LV Ren-jun2， CHENG Hao-li2
（1.School of Safety and Environment Engineering, Capital University of Econmomics and Business,Beijing 100070，China; 2. China Petroleum Engineering Co., Ltd. Beijing Branch, Beijing 100085, China）

City gas pipelines are mainly distributed in population and building concentration region, and once gas releases through damaged pipes, it would become a serious threat to personnel and property. So it is necessary to carry out qualitative or quantitative analysis of the threat. In this paper, fault tree analysis (FTA) method that is a very important and useful analysis method for system safety was applied to analyze city underground gas pipelines leakage accidents caused by the third party damage. Based on the analysis result, the relevant fault tree model was established. The minimal path sets (MPS) were achieved by Boolean algebraic. Structure importance of basic events was sequenced, then dominant objects of the accident management were determined, and measures to decrease faults were put forward, which can provide reliable basis for determination of safety countermeasures.

Fault tree analysis; City gas pipeline; The third party damage; Risk analysis; Boolean algebraic; The minimal path sets; Structure importance

TE 88

A

1671-0460（2012）02-0162-04

2011-12-23

牛伟伟（1986-），女，在读硕士研究生，研究方向：应急救援系统。E-m ail：niuw eihm ily@163.com。