油气管道运输泄漏及其应急管理机制

欧 勇

（四川蜀兴宝石花石油工程设计有限公司，四川成都 610045）

1 研究背景

油气管道运输作为一种具有较强可靠性的方式，在油气运输领域中得到了应用，这为油气运输提供了良好的条件。同时，随着经济的发展以及能源需求水平的提升，石油及天然气等能源的需求量大幅提升。在油气管道分布面积逐渐扩大的情况下，油气管道的使用中存在着一定的隐患，由于使用环境、运行时间、人为因素等影响，导致管道的损坏问题。在这种情况下，管道的使用会产生泄漏问题，造成严重的影响。如果没有对管道进行及时的处理，会引起安全事故，带来巨大的损失。因此，应在油气管道运输中采用应急管理机制，构建相应的模型，为管道的安全提供保障。

2 建立研究模型

2.1 管道运输泄漏Petri网模型

Petri网模型一开始使用范围较小，在研究推进过程中，这种模型被引入到了多种领域中，通过实践参数反映变迁的可实施状态与不可实施状态之间的延迟效果，该模型也可称为随机Petri网。在油气管道运输中时间参数具有重要的研究价值，因此可采用该模型进行分析。

油气管道运输应急管理中包括预警、响应及终止，应急单元主体为国家的建设行政总机构，预警中通过中央宏观调控来监测泄漏情况。在应急相应过程中，中央进行综合调度，协商问题，接受地方反馈，进行工作指导。地方根据调度内容进行反馈，组织小组开展应急救援。在终止过程中，中央与地方开展会议，对应急工作进行分析和总结，联合相关部门等开展工作。因此，应急管理效果中，时效性为重要的衡量标准，应对这三个过程占据的时间情况进行研究。

2.2 模型建立过程

建构模型的时候，Petri网为一个六元组，表示为SPN=（P，T，F，W，M0，λ），其中P指的是库所的有限集，其中包括p0，p1，…，pn等，t指的是变迁的有限集，包括t0，t1，…，tm等。一个在库所与变迁之间具有联系作用的弧集可用F=（P×T）∪（T×P）来表示，W：F→｛1，2，…｝表示一类弧权函数；M0：P→｛1，2，…｝表示初始标识；λ=｛λ1，λ2，…，λm｝表示变迁平均实施速率集合。将应急管理中的决策进行整合，建立管道运输应急管理流程的SPN模型。核心阶段为响应过程，要求管道运输泄漏系统的协调处理以及保护受灾地区。通过对模型进行简化处理，形成模型。构建的管道运输应急仿真模型简单，通过简化可减少其中的流程，结合某地输油管道泄漏事故为例进行分析，结合情况进行λ赋值，将系统的响应延迟时间计算出来，并且得到其他相关的变量结果，分析该模型是否符合管道泄漏应急管理的需求。

3 建立管道泄漏应急管理流程模型

首先，先将简化的模型对应到相应的马尔可夫链中，建立随机Petri网模型，将时间函数与所在的变迁进行对应，之后绘制出可达图，将激发的概念引入，激发表示的为弧与弧之间变迁的关系。建立马尔可夫链，使用高等函数的有界性来进行限制，将库所状态标明，分别用M0，M1，M2，…，Mn表示。在分析中，这种系统为反馈模型，产生作用的变迁会作用于未产生作用的变迁，引起系统内部的循环，可采用不变量的方式来进行分析，在模型中引入不变量部分公式。在SPN中定义不变量，设置W=（P，T，F），其中A为W的相关矩阵，若有非负向量XT·A=0，那么XT为W的一个解。通过对模型的分析研究，得到以下两组解：XT1=（1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1）XT2=（1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1）。该模型具有稳定性，在存在正向量XT，同时A·XT＜0的时候，才能满足稳定性的条件。不变量逻辑关系为正逻辑，当值为0的时候，变迁关闭；当值为1的时候，变迁开启。因此，XT1和XT2反映两种不同的实际状态，变迁只有开和关闭两种状态。

4 建立管道运输泄漏应急流程仿真模型

结合管道工程案例分析，在应急管理机制中，应计算相关指标，同时进行时效性分析，结合变迁的触发点来进行估算。结合延时指标t0～t20和平均触发速率λ0～λ20参数开展分析。

4.1 变迁利用率

变迁利用率在其中表示的是具体活动时间占据整个流程的比重，结合分析来看变迁利用率呈现梯度分布，在一个阶段中为群众转移、事故排查、应急救助、管道完整性评估等内容，第二个阶段是应急相应到结束阶段之前的一部分，第三阶段为应急开始和结束阶段。应通过建立完善的应急管理体系来实现对变迁利用率的调整，结合实际情况进行转换，应分为

常规操作系统以及应急操作系统，在泄漏处理中优先采用应急操作系统，保证该系统能够实时启动。

4.2 总迟延时间

在应急管理流程中，包括了预警、相应、终止三部分，应通过计算各个阶段的延迟时间来获得总延迟时间结果，将各个延迟时间相加，结合管道应急管理的实际情况和经验分析，延迟指标估计值换算成实际的应急时间需要乘以系数0.542 1：

经过分析可得到最终的总延迟时间，通过比较，该系统的延迟时间大于案例应急处理中所需的时间，由于在该研究中采用的是Petri网模型，安全区使用后存在缓冲阶段，应结合实际的情况来选择相应的执行方式，而不是所有的路径都经过。但是通过对系统的延迟时间的分析，在计算中应将所有行动都考虑在内，因此才会得出实际行动时间小于延迟时间的结果。分阶段来计算延迟时间可以体现出各个阶段延迟时间占据的比重，因此，在分析中可得出结论，应急管理机制实施中，响应阶段消耗的时间最多。

5 研究结论

油气管道运输应急管理有着阶段性的特点，其中包含了综合调度以及应急救助的内容，分析的过程中按照管道泄漏应急管理流程进行推算，借助SPN模型来进行分析，得到结果在响应阶段消耗的时间最多，这表明管道泄漏系统的协调处理以及受灾地区的保护工作占据时间比较多，因此，应根据研究的结果来改善应急管理处置的流程，重视与群众的沟通工作，实现高效的沟通，能够使处置效率提升，同时快速执行相应的命令，加强应急管理的效果，减少管道泄漏造成的影响。另外，油气管道事故容易造成严重的后果，导致人员伤亡以及经济财产损失问题，对国家的经济发展及社会的和谐产生了不利影响，还会造成环境的污染，例如原油污染等问题，难以进行清理，整治的过程需要花费较多的时间，因此，应对油气管道运输开展预先危险性分析，包括了解管道运输的流程，分辨其中的危险因素，分析整个过程中存在的安全隐患，针对隐患采取措施进行处理，达到预防的效果，能够避免油气管道泄漏问题的产生，减少安全隐患，使人员伤亡与经济损失问题得到缓解。还可采用一些管道泄漏监测技术来进行管理，例如监测技术及定位技术、数值模拟技术等，借助有效的技术开展预防工作，使管道问题得到避免，结合实际情况制定抢修措施。

6 结束语

随着油气管道运输量的快速增加，管道安全是其中的首要要求。在管理中应加强对风险的控制，提升管理的水平，建立完善的应急处理机制，针对安全问题进行有效解决，使管道的使用能够更加安全可靠，进而使油气管道的运行得到安全保障。