城镇燃气管道安全风险防范技术探讨

孙雨婷樊建春刘书杰（.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院， 北京 000； .中海油研究总院， 北京 0007）

城镇燃气管道安全风险防范技术探讨

孙雨婷1樊建春1刘书杰2
（1.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院， 北京 102200； 2.中海油研究总院， 北京 100027）

城镇燃气管道是国家城镇化建设中的生命线工程，其安全性受到国家、地方政府和燃气公司的高度关注。本文从事故统计、风险评估和缺陷检测三个方面探讨了城镇燃气管道安全风险防范技术发展概况。首先，统计国内外城镇燃气管道历史事故案例，分析出四大主要危害因素；其次，对城镇燃气管道的定性和定量风险评估方法进行了综述，探讨了方法优缺点和适用性；最后，对目前城镇燃气管道内、外检测技术进行了回顾和讨论，针对存在问题探讨了燃气管道磁记忆非接触检测技术前景和可行性。

城镇燃气管道；事故统计；风险评估；无损检测；金属磁记忆

0 引言

近年来，我国城镇燃气业务发展迅速，截至2015年，中国使用城镇燃气人口已经突破5.2亿，作为燃气输送生命线工程的城镇燃气管网长度累计超过51万公里，比“十一五”末的36万公里增长了44%。由于我国城镇燃气气源种类繁多，存在设计标准不统一的现实情况，加之我国地区差异、施工水平不一，燃气管道的可靠性和稳定性难以得到充分保证，且在役燃气管道受到内部腐蚀、外部施工等因素的影响，久而久之易于造成不同程度的损伤，从而引发燃气管道泄漏事故，造成人员伤亡和财产损失。如2011年4月11日，北京市朝阳区和平东街一单元楼发生燃气爆炸事故造成楼房部分坍塌，导致6死1伤，社会影响十恶劣。

当前，燃气管道的安全运行受到国内外的广泛关注，如何有效地降低燃气管道安全风险，减少燃气管道运行故障和安全事故值得深入思考和研究。本文基于燃气管道历史事故数据，统计分析了燃气管道的危险有害因素，指出了燃气管道安全管理的薄弱环节，在此基础上进行了燃气管道风险评估方法和检测技术的适用性分析。

1 城镇燃气管道事故统计与分析

相对来说，我国城市燃气业务起步较晚，目前没有系统的管道事故统计数据。但国内机构给出一些不完全统计数据具有重要借鉴作用。王婷等统计了我国2009-2010年城市燃气管道引发事故的主要因素是第三方破坏和腐蚀，其中第三方破坏占67%，腐蚀占10%。此外还存在材料缺陷、自然灾害及误操作等与安全运行突发事件相关的问题。从国内外相关事故案例统计表明，第三方破坏、自然外力破坏、管道本身缺陷（材料、施工和腐蚀）和误操作是引起燃气管道事故的四大主要因素，其中第三方破坏为燃气管道的第一大主要危害因素。因腐蚀引起的事故率国内外差别较大，国内明显高于国外，其主要原因是国内燃气管道材料品质和防腐技术都明显低于国外。

2 城镇燃气管道风险评估方法分析

燃气管道风险评估的目的主要是发现可能存在的事故隐患及其事故后果， 对风险程度进行评估，在此基础上提出改进措施等。目前，国内外燃气管道风险评估方法主要有定性和定量两类。

2.1 定性评估方法

目前国内外提出的定性评估方法可归为两类：一类是主观赋权评价法，主要由经验丰富的专家进行主观判断，得到相应的比较权重，包括层次分析法和模糊综合评判法等；二是客观赋权评价法，主要由安全管理人员根据各指标间相互关系确定权重，包括事故树法、包络分析法等。

层次分析法是一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法，通过量化决策者的经验和知识，将决策对象按照逻辑关系进行分层和剖析，并根据专家的经验性建议确定指标间的权重。其优点是通过对比进行标度， 增加了判断的客观性， 增强科学性和实用性。适用于具有定性的， 或定性、定量兼有的决策分析，但分析因素不易过多，一般要求不超过9个。

模糊综合评判法是一种以模糊数学为基础，将不易定量化描述的因素或事物关系进行模糊定量化描述，并进行综合评价的方法。由于数学模型简单、容易掌握， 适用于多因素、多层次的复杂问题的评价，目前应用范围广泛，涵盖了各个风险评估领域。

事件树分析法通过分析初因事件可能导致的各种事件序列的结果，评估整个系统的可靠性和安全性。事故树法的主要目的是分析燃气管网失效泄漏的因果关系，按照发生的原因及条件进行归类。这种方法可以用于燃气管网失效后果的成因和概率，但难以分析燃气事故后果的大小和影响范围。

数据包络分析法是一种运筹学、管理科学和数理经济学交叉的方法。可以对决策单元进行效率评价，可以分析、比较投入与产出之间的对应关系，得到大量在经济学中具有深刻经济含义和背景的管理信息，有效避免主观因素，简化算法、减少误差，通过分析输入与输出之间的关系判断风险发生的可能性及大小。

2.2 定量评估方法

目前，我国城镇燃气管道定量风险评估研究仍处于起步阶段，尚存在许多不足，没有完整的燃气管道定量风险评估方法体系。探究其主要原因是城镇燃气管道事故数据库不完善，能利用的可靠统计数据严重缺乏，加之我国南北差异大，危害因素具有模糊性和不确定性，进行定量风险评估难度非常大。目前定量评估方法，针对不同事故后果的分析模型有很多种，燃气管道定量风险评估包括事故后果分析、可能性分析、失效传播分析等方面。每一种方法计算思路都有不同，目前缺乏普遍认可的统一的定量评估分析和计算模型。另外，现有燃气管道定量风险评估方法未能充分考虑管道局部失效的传播效应，不能定量计算燃气管道破坏以后造成的经济损失和人员伤害等。韩朱旸提出了一种城镇燃气管道定量风险评估方法。首先进行可能性分析，主要通过修正的经验公式定量计算燃气管网管段失效率；其次进行事故后果分析，根据燃气管道运行基础数据和事故案例经验数据，定量计算城镇燃气管道可能造成人员伤亡和财产损失的风险情况。

3 城镇燃气管道缺陷检测技术分析

为加强城市燃气管道的安全生产与管理，保障城镇能源供应与使用安全，对城镇燃气管道进行定期检测尤为必要。目前，天然气管道检测实施方式主要分内检测技术和外检测技术。

3.1 内检测技术

内检测主要用于查找管道内腐蚀、局部变形以及焊缝裂纹等缺陷。目前，应用较多的内检测方法主要有漏磁、超声波、射线、涡流和红外热成像等检测技术。近年来，随着电子和信息技术发展、信号处理器采样速率的提高、检测设备小型化和智能法的进步，管道漏磁内检测技术取得长足发展，特别是与GIS、GPS 技术结合，使得漏磁检测仪的分辨率、定位精度有了大幅度提高，目前国内外长输油气管道的内检测基本都采用漏磁检测技术。

城镇燃气管道多为网、枝状，阀门和三通等构件密布，变径较多，因此，实施燃气管道内检测非常困难，其主要原因是城镇燃气管道的通过性差。城市燃气管道在检测原理和检测方法上与长输天然气管道相同，不同的是搭载检测仪器的智能机器人性能，对于燃气管道，提高智能机器人小型化和通过性至关重要。高慧明等探讨了漏磁检测技术在城市燃气管道中的应用，指出了目前很多城镇燃气管道不具备管道内智能检测的条件，建议应用内检测前对厂站收发球装置及部分管道、管件进行改造。曹建树等综述了国内外城镇燃气管道内检测机器人技术的发展现状，重点分析了基于通信线缆和基于无线通信的两种监控系统。

3.2 外检测技术

一般采用两种方式加强燃气管道防腐性能，一是在管道外加装外防腐层，二是实施阴极保护系统。因此，燃气管道的外检测应包括外防腐层检测以及阴极保护效果检测。普遍的外检测方法包括： 标准管/地电位检测、皮尔逊检测、密间距电位测试、多频电流测试、直流电位梯度测试。由于每一种检测技术都有一定的适用范围和适用性，因此，为了获得外防腐层和阴极保护系统更好的检测结果，通常需要采用两种或两种以上的检测技术进行融合。鉴于国内外有很多文献报告，本文不再详述。

到目前为止，虽然内检测被认为是埋地管道最有效的检测方法，但是局限于燃气管道内空间和角度限制以及管道变径等因素，对在役燃气管道实施内检时非常容易发生卡堵，需要配合大量的开挖工作，影响燃气管道的在役运行，而且对大多数分支燃气管道无能为力，因此检测成本高、费时费力。常规的外检测方法只能确定管道外绝缘保护层的损伤部位，无法评价管道的金属状态。由于目前埋地燃气管道检测领域的现状，造成埋地燃气管道在役运行状态的评定只能是局部选择性的检测，不能开展全面的在役非开挖、非接触检测与评定。非接触磁记忆检测技术的出现，使得埋地燃气管道在役非接触检测与评定走进了一个全新的时代。近年来，西南油气田、胜利油田、中国石油大学（北京）、东北石油大学等单位相继开展了技术研究与现场应用工作。通过多年的研究和对现场实测数据的统计与分析，埋地燃气管道磁记忆非接触检测技术被认为是一种非常具有应用前景的无损检测与诊断技术。

4 结论和展望

近年来，国内城镇燃气业务飞速发展，对国民经济建设起到了重要作用，然而燃气管道事故频发同样给国家和社会造成严重负面影响。目前城镇燃气管道安全风险防范技术需要进一步改进完善。国内迫切需要建立一个全面、系统的燃气管道历史事故案例库，为燃气管道风险评估提供基础。需要统一规范燃气管道定量风险评估体系和方法，改进小口径燃气管道内检测技术，优化管道内检测智能机械人性能，提高通过性。同时也需要加强非接触式管道缺陷外检测技术研究，提高燃气管道缺陷检测的效率和实用性。

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