长输管道燃气泄漏事故树分析探讨

宫霁晖 张 宇湖南省天然气有限公司



长输管道燃气泄漏事故树分析探讨

宫霁晖 张 宇
湖南省天然气有限公司

【摘 要】长输管道输送距离长、压力高、地形复杂，一旦出现泄漏，影响极大。本文通过分析国内外长输管道典型泄漏事故，结合当前油气管道安全管理情况，分析得出长输管道泄漏的主要原因。利用事故树分析法，建立长输管道泄漏失效事故树，分析结果表明，管道泄漏多由第三方事件、腐蚀泄漏和存在缺陷所导致。提出了人防、技防的安全措施，增加长输管道运行的安全性和可靠性，对长输管道企业安全管理工作或有一定借鉴意义。

【关键词】长输管道；燃气泄漏；第三方施工；腐蚀；事故树

1963年，我国建成第一条长输管线——巴渝线，如今，天然气管线几乎遍布全国[1]。由于天然气具有易燃易爆等特性，长距离输送存在输送压力高、沿途地理环境复杂、气候多变等特点，一旦管道本身或受到外力破坏等，发生泄漏或破裂，极易引起火灾或爆炸，后果极为严重。因此，通过科学的方法分析和防控泄漏风险，显得极其重要。

1 长输天然气管道泄漏统计分析

1.1 典型压力管道失效事件

随着管道的大量铺设和长期运行，管道事故不断发生。例如：1989年6月，前苏联乌拉尔山脉隧道附近由于对天然气输送管线维护不当，造成天然气爆炸，死亡800多人，烧毁两列铁路列车。美国从1985~1992年，共发生天然气管道失效事故1906起，包括146起灾害事故和721起伤害事故。加拿大每年发生压力管道事故30-40起。欧洲输油管线在1971~1994年间，平均每年发生管道事故13.8起。

我国油气输送管道事故也曾多次发生。1974年，大铁复线漱江穿越段，用气体试压时发生爆炸，爆炸长度达2km。四川石油管理局南干线在1971~1990年，共发生108起失效事故，每次事故停输时间超过24小时，经济损失达1亿人民币。

1.2 管道泄漏原因分析

油气储运行业对于管道泄漏事故原因分析，通常分为以下几种：第三方破坏、腐蚀、构造缺陷、自然灾害、误操作和其他因素。其中，燃气管道泄漏事故多由外力破坏（即第三方破坏）和腐蚀所致。根据美国与危险材料安全管理局（PHMSA），在1992~2011年的数据显示：在所有的管道系统事故中，有1726起，属于第三方事故开挖导致，占所有管道事故的16.8%，143人死亡，468人受伤。受我国管道管理体制原因，我国管道事故统计不全面、不完整，缺少系统化。从20世纪90年代的局部统计来看，四川地区的输气管道事故发生率在4.3次/（103km·a），东北、华北输油管道粗略统计的事故率为2.0次/（103km·a），均明显高于发达国家。2007年3月~2012年1月，中国天然气管道事故原因情况，如图1[2-3]。

图1 国内天然气管道事故原因情况

通过以上数据，可以看出，管道泄漏多由外力损坏、违章施工导致。所以有针对性的进行预防控制，是有效降低管道泄漏的重要措施。

2 事故树的建立与分析

2.1 事故树分析原理

事故树分析（FTA）又称故障树分析，是安全系统工程的重要分析方法。1962年，美国贝尔电话实验室开发了事故树分析方法，是从一个可能的事故开始，层层分析，逐步寻找引起事故的危害因素，并建立逻辑关系判断，画出逻辑框图（即事故树），将事故与各类触发事件的逻辑关系表示出来，即从结果分析原因的方法。

FTA是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”，逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。在FTA中，特定的事故或故障称为顶上事件，系统或作业中可能出现的各种事故基本原因称为底事件。

2.2 事故树的建立与计算[4-6]

选取“长输管道燃气泄漏失效”为顶事件，经过分析建立，如图2，长输管道泄漏失效事故树，图中标识符号说明，见表1。

最小割集是指有任何一个事件不发生，则顶上事件就不会发生。我们首先转化事故树为结构函数式，再运用布尔代数化简法，求出若干事件逻辑积的逻辑和，其中，每个逻辑积就是最小割集。

经过计算，事故树的结构函数式为：T=A1+A2+A3=B1+B2+X25+B3B4X17+B5B6X24=C1C2X5+C3X10+X25+ （X11+X12+X13）（X14+X15+X16）X17+（X18+X19+X20）（X21+X22+X23）X24

经布尔代数化简，得到：

图2 长输管道燃气泄漏失效事故树

表1 符号说明

T=X1X5+X2X5X6+X3X5X6+X4X5+X7X10+X8X10+X9X10+ X25+X11X14X17+X11X15X17+X11X16X17+X12X14X17+X12X15X17+ X12X16X17+X13X14X17+X13X15X17+X13X16X17+X18X21X24+X18X22X24+X18X23X24+X19X21X24+X19X22X24+X19X23X24+X20X21X24+X20X22X24+X20X23X24

通过上式计算，得到26个最小割集，即K1-K26，见表2。

表2 K1-K26的最小割集

通过最小割集法求出结构重要度，经分析计算，结构重要度顺序为：

I17=I24＞I5＞I10=I11=I12=I13=I14=I15=I16=I18=I19=I20= I21=I22=I23＞I6＞I1=I2=I3=I4=I7=I8=I9=I25

由事故树分析法可知，防腐检查验收不合格、承包商管理失误、巡线不到位、阴保失效、防腐失效、材料及施工缺陷等为长输管道泄漏失效的主要影响事件。

3 安全防控措施

通过统计分析，及事故树的基本事件结构重要度顺序可以得知，长输管道泄漏失效，防控的主要问题是第三方事件，腐蚀泄漏和存在缺陷。为此，要加强承包商管理，确保施工质量，在管道运行过程中，做好安全告知，及时避免导致第三方伤管等情况发生。

可从“人防管理”和“技防措施”两方面，做好防控治理。对人防管理方面：一加强项目承包商监管，严格按图施工，严把检查验收关；二做好施工监护，避免出现第三方事件；三做好管道安全保护宣传告知工作；四建立健全各项管道安全生产规章制度，严格执行。对技防措施方面：一设计、选材必须符合相关标准规范；二加强管材、管件质量的检查验收，确保材料质量合格；三是设备设施定期维护保养，防止腐蚀、老化、磨损等情况，确保处于良好状态；四是定期检查，发现影响管道安全运行的不安全因素，及时消除隐患。

参考文献

[1] 刘红芳,刘成敏,王海宁.我国天然气风险及评价方法分析[J].中国安全生产科学技术,2014, 10(2):86-92

[2] 叶冲,蒋宏业,姚安林,等.油气管道第三方施工损伤风险控制方法研究[J].中国安全生产科学技术,2013,9(8):140-145 [3] 朱汉生.燃气管道第三方施工安全管理体系的研究[D].广东:华南理工大学,2013

[4] 魏春荣,李艳霞,孙建华,等.事故树结构重要度的求解方法[J].黑龙江科技学院学报,2012,22(1):84-88

[5] 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):2-5

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