【正文】 1993 年達到了創(chuàng)紀錄的利潤水平 [20,21]； 荷蘭國家應用科學研究院（ TNO）開發(fā)的預測危險物質(zhì)泄漏后所引起后果的 DAMAGE 軟件 ；挪威船級社（ DNV）用于計算風險、識別風險、計算事故破壞能力的風險評估軟件 SAFETI；殼牌（ SHELL）公司的用于危害評估和定量風險評估的軟件 SHELL SHEPHERD[22]。在 2020 年，姚安林對達臥線的天然氣管道進行了風險評估且編制了風險管理的軟件 [37]； 在 2020 年，陳利瓊 [38]等 應用 Muhlbauer 評分體系法 對“秦京”埋地長輸管線 進行了風險評價，并取得了較好的評價效果；中石化青島安全工程研究院開發(fā)的集危害辨識、失效頻率評估、后果評估、定量風險評估于一體的定量風險評估軟件 [22]QDRISKQRA。 定性的風險評價方法，其主要優(yōu)點是：評價的過程簡單，比較容易理解和掌握，能低成本、快速地尋找到答案，在應用中易于推廣。 半定量的風險評價 方法允許使用統(tǒng)一且有條理的處理方法對風險等級進行劃分，使注意力集中于更可能發(fā)生的事故后果上，從而較大地提高了該方法的實用性與準確性。最后以這三個值的乘積來評價危險性的大小， 即 D=LEC。 肯特法（ 專家評分指 標法 ） 通過對引起管線失效的各因素進行評分，結(jié)合管線失效后果，形成一個相對風險指標來表示總的風險程度。 但 該方法 按最大隸屬度原則， 有時 得不出應有的結(jié)果。由于城市燃氣 輸配管道 失效的故障類型較為復雜， 因此，在定量評價燃氣管道的風險水平時，需 要利用有關(guān)概率，結(jié)構(gòu)力學，有限元法，斷裂力學，可靠性技術(shù)和各種 強度理論；同時還要根據(jù)大量的設計、施工以及燃氣管道運行的數(shù)據(jù)資料并建立風險評價的數(shù)據(jù)庫；在掌 握燃氣管道裂紋缺陷的擴展規(guī)律和管材腐蝕 速率的基礎上，建立評價的數(shù)學模型，然后對數(shù)學模型求解。但該方法依賴于特定數(shù)據(jù)庫和實驗研究的支持，如沒有建立相應的數(shù)據(jù)庫 和實驗研究，就不能進行評價。 （ 2）評價結(jié)果的靜態(tài)性。 （ 3）沒有考慮研究對象的不確定性。這就要求使用不確定的量 來描述 。 具體思路如下圖 11 所示。 （ 3） 模糊數(shù)學的方法 模糊數(shù)學方法運用于判斷矩陣求解 各 因素的權(quán)重。本文 在城市燃氣輸配管道風險評價時運用該方法，不僅對燃氣輸配管道給出風險的態(tài)勢，而且也可以給出其風險發(fā)展的趨勢。 （ 3）集對分析在 風險評價中的應用 通過分析集對理論，探討如何把集對分析 運 用于 燃氣輸配管道的風險評價，并利用該理論評價出燃氣管道的 風險 態(tài)勢 及其 風險發(fā)展趨勢 。而我國現(xiàn)在 還 沒有一個城市燃氣 輸配 管道風險評價的技術(shù)標準 [20， 44]。 城市燃氣輸配管道風險評價方法及應用研究 10 第 2 章 城市燃氣 輸配 管道 風險評價 概述 城市燃 氣的種類 城市燃氣按其 來源與生產(chǎn)方式可分為三類：天然氣，人工燃氣，液化石 油氣 [45]。 氣田氣 是指通過氣田開采出來的純天然氣。 石油伴生氣是指與石油共生，伴隨石油共同開采出來的天然氣。 干餾煤氣是指當煤燃料在隔絕空氣受熱 （干餾） 時， 分解而產(chǎn)生的可燃性氣體。 氣態(tài)液化石油氣比空氣重，密度約為空氣的 倍。 城市燃氣 輸配 管道 的概念 （ 1） 城市燃氣輸配系統(tǒng)是指從接收長輸管道供氣的門站開始至用戶 用 具 止的整個系統(tǒng)。該站設計了多重的安全措施，確保長期、安全、均衡的城市用氣。 其作用是維持其管道出口壓力在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定。城市燃氣 輸配 管網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 [4]。 1 長輸管線末端； 2地下儲氣庫； 3配氣站； 4郊區(qū)高壓管道； 5儲氣 站； 6高壓管網(wǎng)； 7高中壓調(diào)壓站； 8中壓管網(wǎng)； 9中低壓調(diào)壓站； 10低壓管網(wǎng) 圖 21城市燃氣輸配 三級管網(wǎng)示意圖 城市燃氣輸配管道風險評價方法及應用研究 12 （ 2）二級壓力制系統(tǒng) 二級壓力制系統(tǒng)是指以中 — 低壓或高 — 中壓兩種壓力級別構(gòu)建的燃氣輸配系統(tǒng)，這種壓力制系統(tǒng) 可充分利用燃氣的壓力，降低管道的投資。 風險是 事故發(fā)生的可能性與事故造成的后果的嚴重程度 的綜合度量 [50]。即 人們可以 通過改變事故發(fā)生的概率且一旦出現(xiàn)危險 ，可以采取措施來防范，實施規(guī)避危險策略，達到減少損失的程度。 燃氣管道具有的風險特征 城市燃氣輸配管道具有如下的一些特 征 [32]： （ 1）燃氣管道周邊環(huán)境的變化 較大，由于城市燃氣管道遍布城市的每個角落，其周邊環(huán)境在十幾米或者幾百米都會截然不同； （ 2）城市燃氣管道所經(jīng)過線路的地形地貌波動較小，多為水泥或瀝青路面覆蓋，因此遭受自然力的影響不大；但由于燃氣管道穿跨越橋梁、道路與房屋等各種的構(gòu)筑物，地下其他管 線縱橫交錯，因此受人為破壞的可能性較大； （ 3）城市燃氣輸配管道主要是輸送天然氣等經(jīng)過良好加工處理后的氣體，內(nèi)部介質(zhì)變化不大，由于大氣或內(nèi)部腐蝕不太明顯，主要是管道周圍的土壤腐蝕； （ 4）燃氣輸配管道 一般位于人口密集的地區(qū)，周邊環(huán)境復雜，一旦發(fā)生泄露，容易導致火災、爆炸事故，因此其泄露后果比較嚴重； （ 5）由于輸配管道比長輸管道的年代長，因此輸配管道采用了不同的設計技術(shù)和不同的管道材料； （ 6）城市燃氣輸配管道對大型設備需求較少；雖然燃氣的壓力既有高壓，也有中壓和低壓，但輸送壓力波動較小，大體上是穩(wěn)定的恒壓 運行，基本不需大型的變壓設備。 （ 2）城市燃氣輸配管道 風險評價概念 城市燃氣輸配管道 風險評價就是依 據(jù)現(xiàn)存的專業(yè)經(jīng)驗，評價 標準以及準則，通過對城市輸配管道中的失效可能性與失效后 果分析后，得出城市輸配管道 發(fā)生危險的可能性及其后果嚴重程度的評價。由于危險是由外部因素施加于所評價的系統(tǒng)造成的，因此對影響風險的每個參數(shù)分別單獨考慮，而與其他因素無相關(guān)性，都是獨立地對風險進程產(chǎn)生影響。評價結(jié)果以及各指標的權(quán)重，是建立在專家經(jīng)驗及其判斷的基礎上。可根據(jù)以下等級順序 來進行分段：材料類型 ；壓力變化或管徑變化；人口密度；土壤狀況；包覆層狀況； 管道使用年限等。城市燃氣輸 配管道 的風險存在于各個方面，只有對其各個組成部分與各種情況進行認真、細致的解剖，研究其各個評價指標之間的相關(guān)和約束關(guān)系， 在被評價對象提供真西南石油大學博士研究生學位論文 15 實、合理以及系統(tǒng)化基礎數(shù)據(jù)和資料的基礎上， 才能最終評價出輸配管道 風險的大小 。 城市燃氣輸配管道 風險的 評價 方法，要能夠 滿足風險評價的目的，提供所需的風險評價結(jié)果，計算過程盡量的簡單，所需基礎數(shù)據(jù)少和容易獲取 。 3） 確定評價方法 根據(jù) 城市燃氣輸配管道 的特點選擇科學、合理、適用的定性或定量評價方法 。 （ 2）在分別定義 城市燃氣輸配管道 系統(tǒng)與城市燃氣輸配管道 概念的基礎上， 指出了 城市燃氣輸配管道 只是城市燃氣輸配管 道 系統(tǒng)的 一個組成部分， 界定了本文的研究范圍， 并給出了城市燃氣輸配管網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。 （ 6）闡述了 城市燃氣輸配管道 風險評價時應遵循的原則與步驟。 故障樹是一種倒立的樹狀邏輯因果關(guān)系圖，用規(guī)定的事件符號、邏輯門符號及轉(zhuǎn)移 符號來描述系統(tǒng)內(nèi)各種事件之間的因果關(guān)系。事故是指導致生命、財產(chǎn)和收入等損失的事件。在頂事件下面列出其發(fā)生的直接原因，并按照他們的 邏輯關(guān)系，用邏輯符號將頂事件與其直接原因連接起來。一個不能再進一步簡化的割集，稱為最小割集。 故障樹分析的術(shù)語和符號 文獻 [54， 55， 56]給出了 故障樹 常用的 幾種事件符號和邏輯符號，其符號的圖形表示以及 含義 如表 31所示 。在參考文獻[26， 57， 31， 58]的 基礎上， 最終 建立 了。本文 把管道失效作為頂端事件，而引起該失 效的直接原因是管線泄漏與管線斷裂，其中任何一個原因的發(fā)生都會導致 管道失效。 城市燃氣輸配管道風險評價方法及應用研究 18 4故障樹的定量分析 故障樹定量化的任務是估計或者計算系統(tǒng)基本 事件發(fā)生 的概率， 在此基礎上， 確定底事件及割集的發(fā)生對頂事件發(fā)生的影響程度以分析系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié) 。 3故障樹的定性分析 定性分析的目的是尋找導致頂事件發(fā)生的原因 ， 識別出風險發(fā)生的所有可能的失效模式集合 ， 尋求失效的最小割集 。 城市燃氣 輸配 管道 失效因素的 故障樹分析一般按以下步驟進行 ： 1熟悉燃氣 輸配 管道 根據(jù)城市燃 氣 輸配 管道的工藝和操作內(nèi)容，對管道 的任務、功能、結(jié)構(gòu)和運行條件等各個方面有一個全面、清晰的了解 。該方法不僅能對系統(tǒng)的風險進行識別，而且能對系統(tǒng)的風險進行定性和定量分析，具有適用范圍廣、簡明形象的特點，體現(xiàn)了系統(tǒng)、預測的特點。 我國在1978 年開始這方面的研究，并于 1989 年頒布了故障 樹分析的國家軍用標準（ GJB768）。 （ 4）通過對風險 概念 的分析，給 出 了城市燃氣輸配管道 風險的概念 。 5） 風險評價的結(jié)論 列出 城市燃 氣 輸配 管道 主要風險的評價結(jié)果，確定管理應重點防范的重大危險， 給出消除或減弱風險的技術(shù)、對策和管理措施的建議， 制定預防措施和應急預案，達到消減風險，控制風險的目的。 1） 準備階段 明確 城市燃氣輸配管道 的評價 范圍， 深入 進行現(xiàn)場調(diào)查、 細致 收集 和整理 國內(nèi)外相關(guān)的資料； 了解同類設備或者工藝生產(chǎn)和事故狀態(tài)等方面的情況，為實施評價做好準備。城市燃氣輸配 管道 風險 評價的對象差別較大，涉及到各個方面 ，應考慮動態(tài)與靜態(tài)的情況，以及存在的潛在 事故鏈條，靈活采用各種評價方法，取長補短 。對于城市燃氣 管道 風險評價來說， 要有充分的理論和依據(jù)，以保障評價方法與評價結(jié)果 的科學性 [5]。 為了評價的客觀性與正確性， 需要對管道進行分段，但同時又要考慮到分段可能會造成評價精度的下降和成本的增大 [7]。對于所評價的管段應依據(jù)最糟狀況來決定評價的結(jié)果，即認為該管段全部為最糟的情況。 只有把以上的 4 個問題給與清晰地回答，才能夠給出有關(guān)管道風險的評價。 風險評價可以充分揭示危險的存在以及發(fā)生的可能性。也 可用 管道發(fā)生特定危害事件的概率 與事故造成損失的函數(shù)來表示 。 危險（可能產(chǎn)生潛在損失的征兆）是風險的前提，沒有危險就無所謂風險。 表 21 城市燃氣輸配管網(wǎng)設計壓力分級 名稱 壓力 （ Mpa） 低壓燃氣管道 p 中壓燃氣管道 B ≤ p≤ A p≤ 次高壓燃氣管道 B p≤ A p≤ 高壓燃氣管道 B p≤ A p≤ 城市燃氣 輸配 管道 風險的概念 （ 1）風險的概念 風險英文為 Risk，源于法文“ Risque”，其意思為 航行于危險懸崖間。 根據(jù)表 21中壓力的分級，城市燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力級 制一般有三種： （ 1） 一級壓力制系統(tǒng) 一級壓力制系統(tǒng)是指只有中壓或低壓一種壓力級別構(gòu)成的燃氣輸配系統(tǒng)。 本文 研究 的 城市燃氣 輸配管道 特指從接收長輸管道輸送燃氣的城市門站開始，到用戶庭院結(jié)束的輸配管道 及其附屬設備 。 該站內(nèi)的主要設備是調(diào)壓器， 通過 調(diào)節(jié)壓力使其滿足用戶對壓力的不同要求。 城市天 然氣門站是輸配系統(tǒng)的氣源點，是長輸天然氣管線進入城市燃氣輸配管道 的配氣站， 主要任務是燃氣接 收、在站內(nèi)過濾、調(diào)壓、計量、加臭以及分配后、送入城市燃氣輸配管道 或者直接送入大宗用戶。 天 然石油氣一種是從石油伴生氣中通過分離器，從中提取的液化石油氣； 另一種是從凝析氣田氣中提取的液化石油氣。 油制氣是指石油以及其副產(chǎn)品為原料，通過高溫的作用而裂解制成的可燃性氣體。 （ 2）人工燃氣 人工燃氣是指以液體或者固體可燃物作為原料，通過加工生產(chǎn)的氣體燃料。 凝析氣田氣是指含有少量汽油、煤油等輕質(zhì)成分的天然氣。 其主要成分是低分子量的烷烴 （甲烷占多數(shù)，少數(shù)是乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，庚烷以上極少） ，同時還含有 少量的 二氧化碳，硫化氫和氮氣 。如果把所有可能的影響因素都納入風險評價指標之中，固然可以提高風險評價的準確程度，但無疑將大大增加風險評價成本，因此篩選和界定風險的敏感因素是風 險評價中的重 要工作 [38]。 （ 2） 缺乏技術(shù)標 準 西南石油大學博士研究生學位論文 9 燃氣管道的風險評價，其本質(zhì)是技術(shù)評價，同時又是國家政策和法規(guī)的體現(xiàn)。 研究的重點、難點與 創(chuàng)新點 研究 的 重點 （ 1）燃氣輸配管道失效因素的故障樹分析 建立燃氣輸配管道失效 因素的故障樹 模型，并利用該模型求解管道 的最小割集，尋找薄弱環(huán)節(jié)或最關(guān)鍵的基本事件 ，以便針對該 基本事件 ，最大可能的消除 城市燃氣輸配管道中存在的事故 隱患。 （ 1） 集對分析的方法 運用集對分析來評價城 市燃氣輸配管道的風險水平。 （ 1） 演繹法與歸納法 運用演繹法研究分析了城市燃氣輸配管道的失效因素，該方法從要分析的頂事件開 始，層層分析故障的發(fā)生原因，一直分析到基本 事件為止；運用歸納法研究了城市燃氣輸配管道的多因素風險評價，對所評價的管線，根據(jù)其特點劃分成幾段，分別評價，然后采用歸納的方法，最后匯總得出整條管道的風險水平。 本文 在一定程度上豐富了城市燃氣輸配管道風險評價的理論、方法和技術(shù)，對城市燃氣輸 配管道的建設、 運營過程中的風險監(jiān)測、評價和控制具有一定的 指導意義。一個系統(tǒng)諸因素