脆弱性视角下的油气管道事故致因探究*

申文东

西南石油大学经济管理学院

脆弱性视角下的油气管道事故致因探究*

申文东

西南石油大学经济管理学院

立足于脆弱性视角对油气管道进行事故的致因机理分析，了解系统脆弱性的构成和扰动因子间的作用关系，引入脆弱性阈值的概念，合理的描述事故形成的过程性确定系统脆弱性的极限值，提出加强系统稳定性和控制管道事故发生的思路和方法。

油气管道系统；脆弱性；事故致因；阈值

油气管网是国家能源重大的基础设施，是保障我国油气安全供应的重要基础。至2015年末我国油气输送管达15万公里左右，多为灾害性地质，极易引起管道事故的发生[1]。据统计，我国四川地区12条管道每千公里的事故发生率平均为4.3次，东北华北地区每千公里输油管事故发生率为2.0次[2]。油气管道系统一旦发生事故，将会对人员、财产、环境、社会等产生严重后果，因此，研究油气管道事故的致因机理，对科学合理的预防和降低事故的发生具有现实的指导意义。

当前对油气管道事故的研究主要是运用管道风险评价的方法，对油气管道系统进行有效的风险评价，并通过风险控制的方法，对识别出来的不利因素进行控制或改善。完整的管道风险管理伴随着管道服役周期的循环管理过程，其中的核心是风险评价，不仅能够评估风险的程度，而且能够提出降低风险的方法。目前油气管道风险评价有三种方法：定性评价法、半定量评价法和定量评价法[3-4]。这三种评价方法都遵循着明确风险评价的任务；从管道事故分析报告的结果中得到导致管道事故的因素；分析因素诱发事故的可能性和估计事故造后果的基本原理。当前管道事故风险研究侧重于风险评价方法的应用与创新，对油气管道事故的发生机理研究涉及较少，有些研究也仅是在进行事故风险评价时粗略的提及，缺乏对管道事故致因机理的充分研究。对管道事故致因研究，有助于管理者把握事故的规律性，找到事故发生的根本原因，并据此提出针对于事故发生根本原因的对策和措施。管道事故致因研究对揭示事故发生的机理，分析影响事故发生、发展的原因，制定有效的预防措施具有极为重要的指导意义。

本文立足于系统脆弱性视角，构建油气管道事故脆弱性致因模块，分析油气管道事故的致因机理，将有助于奠定油气管道安全管理的理论基础，为事故的预防与控制指明方向，从而对油气管道事故进行有效的预防与控制。

1 油气管道的脆弱性

脆弱性的概念源自于对自然灾害的研究，后逐渐从自然科学拓展到社会科学、医疗科学、工程科学等多学科领域。脆弱性的概念在不同的研究领域有不同的表述，但各领域的研究表述之间可以总结和归纳出对脆弱性刻画的共同点如下：系统存在着内在的不稳定性。施加在客体上的扰动，既有来自于系统内部或系统外环境的单一扰动，也有不同扰动因子间交叉作用的复合性扰动。脆弱性概念内涵敏感性、恢复力和适应性三个概念，刻画出脆弱性客体、扰动因子以及它们共同作用产生的结果，三者间的相互关系。系统的脆弱性由与系统相关联的内外扰动因子引起，并针对不同的因子表现出不同的扰动结果。脆弱性既包含课题的现有状态，又即将面临的风险，呈现出脆弱性的时空格局[5]。

基于上述分析，油气管道的脆弱性可定义为：在扰动因素的作用下，油气管道及沿线区域在安全、经济、社会、自然环境等方面呈现出的高度敏感性并缺乏应对能力，导致管道及周边区域遭受损害的一种状态属性[6]。脆弱性是油气管道系统的固有属性，系统的脆弱性与安全性呈现出反向运动的特征，当系统的安全性提高时，其脆弱性便会反向降低，但不会因为安全性的不断提高使系统脆弱性消亡。油气管道系统受到系统自身敏感性、适应性、恢复力强度的约束，在动态变化地内外扰动因素的共同作用下，系统脆弱性呈现出性质构造及度量评价的复杂性。可以通过强化油气管道系统，降低系统自身的不稳定性，消减内外扰动因素对系统的扰动，降低系统的脆弱性，体现出系统脆弱性的可控特性。

2 油气管道事故脆弱性的相关构成

鉴于油气管道建设跨越空间大，所经地域地质条件、人口密度、经济密度、社会环境不尽相同，管道投产运营时间差别大，油气管道在时空维度上存在的复杂性，在进行油气管道事故致因研究时，就不能仅将油气管道作为研究的对象，而是需要将地上条件因素与地下管道相结合，形成一个复杂的耦合系统作为研究对象，进行较为完整的致因分析。

脆弱性是油气管道系统所固有的属性，是系统内部的因素导致系统出现不稳定状态，所暴露出来的是油气管道系统的缺陷和薄弱环节，系统的脆弱性在鲁棒控制之下，处于相对稳定和安全的状态，系统在受到内外扰动因素的干扰之下，当扰动程度超过特定的阈值，就会触发系统状态的改变，这种情况下应对能力失效，无法发挥控制作用，则油气管道事故的发生就不可避免。

根据肯特法在长输管道风险评价上的应用，结合脆弱性的理论内涵，可将油气管道事故致因要素分为：管道系统的脆弱性、承灾体的脆弱性、应对能力的脆弱性。

管道系统的脆弱性可以划分为管道固有的脆弱性和外部因素影响所形成的管道脆弱性。管道固有的脆弱性从管道本体及与管道运行直接相关的方面进行解析，由本体缺陷、管理缺陷和操作缺陷三部分构成。本体缺陷是管道的客体系统所存在的不利因素，其中包括：土壤腐蚀性、防腐层状况、阴极保护状况、杂散电流情况、介质腐蚀性、管材缺陷和使用年限等。这些不利因素的存在直接影响到油气管道的运营安全。作为由人参与并发挥作用的操作因素，贯穿了管道系统从前期的设计、施工到后期的运营、维护阶段的全生命周期，在每个阶段所产生的误操作都会成为油气管道系统的缺陷，通过油气管道系统的脆弱性表现出来。通过构建与管道系统设计、施工、运营、维护等相匹配的管理机构，制定相应的规章制度，通过组织和人员保障制度的执行，从而达到安全生产与运营的目的。管道系统的本体、管理和操作，相互影响、相互依存，形成一个完整的运行整体。系统中某一要素的变化或缺陷都会对系统中的其他要素产生影响，并表现出对系统脆弱性整体的影响。

肯特法将第三方因素和外部的腐蚀环境作为重要的风险评价指标，第三方因素包括覆土厚度、地面活动度、占压情况、地质灾害、巡线频率等，这些因素构成了管道系统的外部环境，外部因素的变化造成管道系统存在环境的变化，对管道系统的原有状态产生影响。因此，将第三方因素和外部腐蚀环境作为油气管道脆弱性的扰动因素，对系统脆弱性的变化直接产生影响。

灾害事故的发生是由于致灾环境的危险性和承灾体的脆弱性决定的。承灾体的脆弱性是指灾害事故一旦发生时承灾体可能发生的损失，它反映了区域对于灾害损失的敏感性[7]。管道事故的发生，将会产生包括管道破坏、人员伤亡、财产损失、环境污染、社会反应等不良影响，所波及到的人员、经济、设施、环境等作为灾害事故发生产生损失的承灾实体。在管道事故致因分析中，承灾体是不可或缺的部分。

系统应对能力对灾害事故发生与否起着至关重要的调节作用，从应急系统、政府机构的监测保障救援能力、公众的综合应对能力几个方面，运用脆弱性评价系统面对灾害发生的应对能力，当管道事故即将发生或已然发生时，如系统应对能力的脆弱性降低，系统的应对能力将会阻止事故的发生或减轻事故发生所造成的损害。如系统应对能力脆弱性升高，则将会加速事故的发生，所造成的损害也将扩大。

3 油气管道事故脆弱性致因机理分析

由于本体缺陷、管理缺陷和操作缺陷所构成的油气管道系统固有脆弱性的存在，造成系统对外界扰动因子扰动呈现出敏感性和不稳定性，基于结构鲁棒性在油气管道脆弱性上的应用，对油气管道固有脆弱性进行定量评价，系统结构在脆弱性评价的一个阈值之下能够保持系统的安全稳定。油气管道系统暴露在系统所涉及到的第三方因素和外部腐蚀环境等外部因素构成的扰动因子影响范围之中，这种暴露程度取决于扰动因素的强度，当扰动因子作用于系统脆弱性达到一定的强度时，系统的脆弱性评价值就会突破安全的阈值，系统的稳定结构遭到破坏，油气管道系统整体或局部功能遭到破坏，管道系统内所承载传输的介质开始发生泄漏，并逐渐向承灾体运动，当与承灾体出现轨迹上的交叉，或是承灾体暴露在泄漏介质的影响之下，突破承灾体所能承受的界限时，就会导致事故灾难的发生。

此时，由应急系统、政府和公众所形成的油气管道系统应对能力，对突破脆弱性安全阈值的管道系统进行干预，呈现出两种控制状态，一方面是针对于管道系统脆弱性，弥补由于脆弱性突破阈值导致的介质泄漏，截断承灾体与泄漏介质的接触途径，避免承灾体过多的暴露，尽量的避免或降低损失。另一方面通过管理的方式，应用系统应对能力降低承灾体的脆弱性，这样就增强了承灾体抵抗灾变的能力，提高了油气管道系统整体的安全性。

油气管道应对能力失效的状况出现，油气管道系统出现瘫痪和崩溃的状况将不可避免，对于油气管道系统的探讨将转入到事故应急管理的范畴。

4 结论

（1）脆弱性是油气管道系统所固有的属性，从系统的脆弱性解析本身的敏感性和不稳定性，分析油气管道系统事故的致因机理，为能够更好地认识事故发生，有助于奠定油气管道安全管理的理论基础。

（2）构建由管道系统的脆弱性、承灾体的脆弱性、应对能力的脆弱性组成的事故致因主体，通过解析三者之间的作用关系，有助于辨识系统存在的缺陷和薄弱环节，为制定科学合理的事故风险消减措施提供依据，保障了油气管道系统的运营安全。

（3）在油气管道系统脆弱性研究中引入脆弱性阈值的概念，合理的描述出事故形成的过程性，并没有对脆弱性阈值进行深入的研究。对油气管道系统脆弱性阈值的研究将成为有效控制事故发生，降低系统脆弱性，增强系统安全性有着现实的指导意义。

[1] 郎需庆,等.油气管道事故统计分析与安全运行对策[J].安全、健康、环境,2006,2(10)：15-17

[2] 杨筱蓄,严大凡.逐步实施我国油气管道的完整性管理[J].天然气工业,2004,24(11)：120-123

[3] 陈利琼.油气长输管线的模糊风险技术研究方法[D].南充：西南石油学院,2002

[4] 姚安林.油气管道风险评价[R].南充：西南石油学院油建工程系,1999

[5] 黄匡时.脆弱性分析与脆弱人口的社会保护[J].中国人口资源与环境,2009,19(1)：222-231

[6] 黄亮亮,姚安林,鲜涛,等.考虑脆弱性的油气管道风险评估方法研究[J].中国安全科学学报,2014,24(7)：93-99

[7] 樊运晓,罗云,陈庆寿.承灾体脆弱性评价指标中的量化方法探讨[J].灾害学,2000,15(2)：78-81

四川石油天然气发展研究中心2016年度资助项目（111油气科SKY/6-03）