天然气管道风险评价研究

孙祥太

天然气管道风险评价研究

孙祥太

（中原油田分公司油气储运中心，河南 濮阳 457000）

为了保障天然气管道的安全运行，需要对天然气管道的运行状况进行风险评价。对天然气管道风险评价研究现状进行了综述，并针对我国天然气管道风险评价面临的主要问题提出了相应建议。

天然气管道；安全运行；风险评价

管道运输具有占地少、受地形限制少、运输量大、便于管理且经济可靠等特性，是如今原油、成品油及天然气最主要的运输方式。据《中国天然气发展报告（2019）》统计，至2018年底，我国天然气干线管道总里程达7.6万km。根据我国《中长期油气管网规划》，到2025年，天然气管道总规模将达到24万km，在未来5年时间里，新建天然气管道长度要翻一番。

威胁管道安全运行的因素主要包括自然灾害、管道的第三方破坏、腐蚀老化等[1]，随着天然气管道总规模的迅速增长及管道“老龄化”时代的到来，由管道安全事故造成的财产损失、生态环境恶化和社会恶劣影响的问题日益凸显，因此进行科学的管道运行风险评价具有很强的现实意义。对管道风险评价进行研究的主要任务，就是要寻找各管道段的风险因素并基于风险危害程度大小，针对高风险管段优先进行维修更换，定期排查各管段的潜在风险，为企业提供科学的管理依据，降低管道事故发生概率，尽可能减少维护费用，进而保障生命健康和人民财产安全。

1 天然气管道风险评价方法

管道风险评价技术经过多年发展已形成较成熟的体系，其评价方法可划分3大类，包括定性风险评价、半定量风险评价、定量风险评价。

1.1 定性风险评价

定性风险评价是运用比较分类、归纳演绎和综合分析的非数学方法对系统中工艺、设备、人员等进行定性分析，对评价获得的数据进行研究判断，排查潜在风险因素，评价管道风险等级，根据风险评价结果采取相应的预防控制措施。这类评价方法的优点在于评价过程简便、易操作、无须建立系统的评价方法和精准的数学模型、结果直观明了，但是由于定性评价方法主观性比较强，包含较多的经验成分，对评价人员的专业经验和判断能力依赖性较大，系统危险性有时不能充分体现。定性评价方法主要包括安全检查表法、鱼刺骨图分析法、危险及可操作分析法等。

1.2 半定量风险评价

半定量风险评价的思路是对失效因素及事故后果进行分级或打分，建立相应的事故概率指标体系和事故后果指标体系并进行组合，利用数学方法计算相应的风险等级。这类方法的优点在于能够实现复杂单元或难以量化概率的危险性系统的评价，评价指数有两个方面，一是事故概率，二是事故后果。该类方法的弊端是未考虑危险因素和安全保障体系间的交互作用，也无法充分重视系统安全保障体系的功能。常用的评价方法包括蒙德法，火灾、爆炸指数评价法，日本的六阶段安全评价法等。其中管道风险评价工作中最具普适性的是肯特法，国内大多数管道风险评价软件的核心原理就是此方法。

1.3 定量风险评价

定量风险评价通过量化管道系统及设备的风险发生概率及事故后果，通过数值表明所评价对象的危险等级，从而实现对系统风险的精确描述。定量风险评价方法建立一个数学模型，用于系统评估失效发生的可能性和事故后果严重度，相比半定量与定性风险分析可靠性更强。目前天然气长输管道常采用的定量风险评价模型包括：①事故率模型。根据条件泄漏概率和事故发生概率建立。②人员伤亡风险模型。重点考虑管道沿线一定影响半径（由管道类型和输送量确定）的矩形区域范围内的人员分布情况。③事故后果模型。研究对象为自由蒸气云爆炸、池火、喷射火、有毒气体扩散、火球、毒物泄海等，主要用于评价管道沿线影响区的个人风险和社会风险情况。④风险综合模型。综合考虑管道失效发生概率、管道失效影响的人数以及事故后果影响程度评价天然气管道风险程度。1992年，MUHLBAUER[2]在《管道风险管理手册》中总结了不同种类管道风险评估方法和评价模型，他将设计、操作、第二方破坏和腐烛这4类因素总结为管道失效的主要因素。1996年，在其研究的基础上修正和完善了各种条件下的风险评价方法，在风险管理部分进一步完善了风险与成本管理之间关系的相关内容。AHAMMED[3]开展了受腐蚀情况下承压管道的剩余强度和管道寿命预测工作；KEVER[4]等预测了腐烛环境中管道爆破强度，研究结果与实际基本吻合。针对事故后果评价方面，JO[5]等提出了计算天然气管道爆炸伤亡半径的计算公式。但该公式参数包含人身伤亡、财产损失等数据，适用的地区范围较窄，缺乏通用公式。此后英国、加拿大等国出台管道风险评价规范及规定，要求加入风险评估或进行非强制性管道风险评估进入管道建设标准，并要求对具有危险性的管道进行风险评估。

与国外已经形成较为完备的风险评估体系相比，我国管道风险评估面临着诸多问题。一般而言，在管道建成后与管道制作、设备以及装备等有关的失效因素就已经稳定存在，使用仪器的检出率是保证检测准确程度的重要依据，而与第三方破坏、自然外力、误操作等相关的失效因素出现概率比较随机，须通过大量调查事故资料和定时检修才能确定。欧美等国家管道经过长时间运行积累了大量管道运行历史参数和事故发生概率的相关数据，并建立失效概率模型，具有较高的可信度。而我国虽然逐步开始了数据的积累和评估方法的研讨工作，但是数据资料较少，未形成完备的失效数据库，建模方面难度较大，因此国内的研究方法多基于文献综述及定性研究。1995年，潘家华[6]详细介绍了《管道风险管理手册》（Kent，1992）引起国内众多学者开始关注风险评估并进行深入探究，提出了一系列适合我国管道实际情况的风险评价方法，在管道的腐烛、剩余寿命、多因素共同影响下的管道可靠性等方面取得了积极的研究成果。

姚安林[7]针对我国天然气管道失效数据较少且可靠性较低的问题，建议从天然气管道数据库建立、标准体系应用、管道风险评价体系完善方面探究风险评估方法。黄维和[8]分析了天然气开发、运输过程中的风险因素及产生原因。田娜[9]分别将解析分层过程和灰色关联法分析与肯特法结合，优化了长输管道系统风险指标体系。王凯全[10]等根据国内管道特点，改进了肯特法的评分项和事故因素权重。陈航[11]等分析了不同国家的管道失效事故，研究风险事故的失效频率，提出区别划分油气输送管道。徐慧[12]等结合灰色理论及层次分析法，提出管道定量风险评价法，并应用于海底管道失效风险评估。随着城市埋地燃气管道列入影响城市安全的重大危险源，并在国家“十五”科技攻关中列入专项研究，管道风险评价体系扩充了如数值模拟、模糊数学、概率统计众多方法，对我国天然气管道风险评价体系的完善具有重要意义。

2 风险评价方法的优缺点

定性评价方法的优点主要是该方法综合了历史失效资料但不借助复杂的数学模型，评价方法直观且简单。缺点是评价过多依赖于评价人的经验及主观判断，缺乏系统全面的认识，具有局限性，只适用于初级阶段的风险评价或为定量评价提供参考。

定量评价方法优点是能够全面综合的分析管道运行系统，量化评价指标，评价结果客观且可信度高。其缺点是需要大量的历史运行数据及失效资料，只适用于历史资料完备、基础数据充足的系统评价。

3 我国天然气管道风险评价存在的问题与建议

基于前文分析，我国天然气管道风险评价发展所要面临的主要问题包括以下3个：我国的天然气管道风险评价多处于定性分析阶段，未建成有效的定量分析方法；天然气管道失效数据库建设尚未完备；如何做好从定性风险评价过渡到定量风险评价期间的风险管理工作。

针对以上问题提出了相应的解决建议：一是暂时参考欧美等国天然气管道失效数据库，建立我国统一的管道风险定量评价方法，逐步取代现行的定性风险管理。二是要基于大数据技术建立和完善管道完整性管理数据库，尤其是管道失效数据库。由于缺乏通用标准，过去失效数据仅通过媒体及报道记录管道失效事件以定性记录，缺少详尽的数据统计及理论分析。因此完整性管理部门当务之急是建立合理、量化的标准，基于统一标准要求管道企业采集管道失效数据，建立符合我国石油与天然气管道特点的失效数据库。三要基于国内外完整性管理的数据统计及风险分析，建立管道风险预防机制，从源头管控管道安全，提高油气管道安全管理水平，以“治标”措施为“治本”创造机会。建立风险分级管控和隐患排查治理的双重预防性机制，坚持安全风险管控常态化，以半年为周期多次评估管道安全性。推行安全风险三级研判、承诺、公告制度，按照“逐级负责、逐级报告、逐级放心”的理念，建立安全风险承诺公示机制。对输油站内外特殊作业情况、油气管道系统运行情况、一级重大危险源状态进行公示，确保工作人员时刻掌握管道日常运行、特殊作业状态，确保管道风险可控，为管道完整性管理数据库建立与管道定量分析争取时间。

[1] 肖军.城市燃气输配管道完整性管理分析[J]. 石化技术，2019，26（7）268.

[2] MUHLBAUER K. Pipeline risk management manual[M]. New York: Gulf Publishing Company,1996.

[3] AHAMMED M. Prediction of remaining strength of corrode pressurized pipelines[J].,1997, 71:213-217.

[4] KLEVER F J, STEWART C. New developments in burst strength predictions for locally corroded pipes[R].Shell Int Res,1995.

[5] JO Y D, AHN B J. Analysis of hazard areas associated with high-pressure natural-gas pipelines[J].,2002, 15(3):179-188.

[6] 潘家华.油气管道的风险分析[J].油气储运，1995，14（3）：11-15.

[7] 姚安林.论我国管道风险评价技术的发展战略[J].天然气工业，1999（4）：79-82.

[8] 黄维和.油气管道风险管理技术的研究及应用[J].油气储运，2001（10）：8-17.

[9] 田娜，陈保东，陈其胜.灰色关联分析在长输管道肯特风险评价中的应用[J].油气储运，2006（4）：7-10.

[10] 王凯全，王宁，张弛，等.城市天然气管道风险特征与肯特法的改进[J].中国安全科学学报，2008（9）：152-157.

[11] 陈航，苏定雄，杨莉.管道主要风险的失效频率数据分析[J].管道技术与设备，2007（5）：24-25.

[12] 徐慧，肖楠，郭振邦，等.基于AHP法和灰色模式识别理沦的海底管道系统路山定量风险评估[J].海洋工程，2005，23（4）：105-110.

Study on Risk Assessment of Natural Gas Pipeline

（Oil and Gas Storage and Transportation Center of Zhongyuan Oilfield Company, Puyang Henan 457000, China）

In order to ensure the safe operation of natural gas pipeline, it is necessary to carry out risk assessment on the operation of natural gas pipeline. In this paper, the research status of risk assessment of natural gas pipeline was summarized, and corresponding suggestions for the main problems faced by the risk assessment of natural gas pipeline in China were put forward.

Natural gas pipeline; Safe operation; Risk assessment

2020-06-16

孙祥太(1989-)，男，工程师，山东省济宁市人，2010年毕业于中国石油大学(华东)，研究方向:长输天然气管道运行及管理。

TE832.1

A

1004-0935（2020）11-1421-03