【文章內(nèi)容簡介】 因是 連續(xù)強降雨影響， 地下 磚砌雨水方溝泄漏，使路面下方土體流失，引起地面塌陷所致。該次事故造成地面交通局部中斷。 2020 年 1 月 9 日凌晨 2 點左右，溫州市區(qū)月湖小區(qū) 燃氣泄漏 發(fā)生爆炸，由于該處店鋪林立，比較繁華，導(dǎo)致 200 多位居民撤離疏散，所幸沒 有人員傷亡。 2020 年 1月 17日早 6 點左右，吉林市 解放北路一 燃氣 管道泄漏，引發(fā)附近一礦區(qū)服務(wù)部食堂發(fā)生燃氣 爆炸，爆炸造成周邊部分樓房門窗震碎，附近的許多車輛被掀翻，公路車站與路燈也都扭曲變形，大面積停電。 事故共造成 3 人死 亡、 28 人 受 傷的慘劇。200 多人被迫全部疏散到安全地帶，事故波及到幾十米外的馬路。 2020 年 2月 22日清晨，重慶市大渡口區(qū)法院食堂 由于天然氣泄漏發(fā)生爆炸事故，部分大樓受損，造成 5 人輕傷，爆炸波及到附近百余戶民用建筑。 2020 年 3月 16日 21點 50 分左右，南京地鐵一號線南延線江寧義烏商 品城附近的高架軌道下，一工人在施工過程中挖斷地下天然氣管道，導(dǎo)致天然氣大量泄漏，噴出的天然氣呈圓柱狀，超過高架軌道數(shù)米。有三趟列車從天然氣噴起的氣 柱中穿過。 所幸消防、安監(jiān)、公安等職能部門很快趕到，經(jīng)過搶修 ，天然氣泄漏被成功止住，雖然造成地鐵停運，但沒有引起天然氣爆炸和人員傷亡。 ?? 這些 燃氣泄漏與爆炸事故，不僅 給國家和人民群眾的生命與財產(chǎn)造成了極大的損失，而且 給社會 公共 安全與穩(wěn)定帶來了極大的負面影響，從一定程度上影響了燃氣事業(yè)的 發(fā)展。如何對 現(xiàn)役 城市 燃氣 管道 進行有效的 風險評價 ，以預(yù)防、 遏制災(zāi)害和事故的發(fā)生，已 成為 急需研究 的重大課題， 為此，本文將對城市燃氣輸配管道的風險評價進行研究，以期為城市燃氣輸配管道建設(shè)、運營管理提供技術(shù)支持和決策依據(jù) 。 城市燃氣輸配管道 風險 評價 技術(shù) 研究 現(xiàn)狀及其存在的問題 國內(nèi)外 研究綜述 人類在遠古時期，就有了風險意識的萌芽，對于無法解釋的自然現(xiàn)象或不能治愈的疾病，人們通過拜祭神靈，祈求平安，這是一種樸素的風險規(guī)避與管理意識。 現(xiàn)代意義上的 風險評價起源于 20 世紀 30 年代 美國的保險業(yè)， 此即為美國保險業(yè)協(xié)會所從事的風險評價。 到 20 世紀 60 年代，開始了全面 、系統(tǒng)的研究企業(yè)設(shè)施和裝置的風險評價， 在這一時期，美國道化學(xué)公司 于 1964 年 開創(chuàng) 地提出 了評價化工生產(chǎn)的火災(zāi)、爆炸指數(shù)法。 1974 年，英國帝國化學(xué)公司蒙德分部在道指數(shù)法的基礎(chǔ)上，提出 了 自己的定量評價化工系統(tǒng)的火災(zāi)、爆炸指數(shù)評價法 [4]。 在上世紀 80 年代， 美國 Battelle Columbus 組織 力量對管道風險評價方法進行了研究，在對其 工作總結(jié) 基礎(chǔ)上， 1992 年， Muhlbauer 編寫了《管道風險管理手冊》[5]，在 該手冊中，作者闡述了如何進行管道風險評價的指數(shù)評分法， 書中提出了可操作西南石油大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 3 性的評價模 型。在第二版中，作者專門討論了基于輸配管道的風險評價的指數(shù)評分法 [6]。嚴格來說，這本書中介紹的方法是一種半定量的風險評價方法。該方法回避了按照概率理論 精確計算的高昂費用，是一種較為實用的評價方法， 現(xiàn)已 成為各國風險評價 理論與方法的指南。 對于燃氣管道， 國外 已經(jīng)有了比較成熟的定量研究， 如 Kiefner 和 Vieth 對管道表面缺陷進行了定量評估 [7， 8]，最終被美國 ASME 的 B31G 用來評價管道的表面缺陷 [9]； Duane在考慮了管道周邊 多種因素 共同作用的情況下， 對管道的可靠性預(yù)測進行了研究 [10]；Bernd 通 過直接讓燃氣管道運營專家參與的情況下，在統(tǒng)計專家意見的基礎(chǔ)上，建立風險評估模型，從而解決了失效數(shù)據(jù)缺乏這一難題 [11]； 為了合理地組織不同專家的意見，文獻 [12]運用貝葉斯統(tǒng)計方法來解決這個問題； Damousis 等通過專家運用模糊語言，評判失效因素引起的燃氣管道失效程度，最終評價出了燃氣管道的風險等級 [13]； 由于 燃氣管道中人的可靠性 對系統(tǒng)安全具有重要作用，因此 Rinaldo 定量分析 了 人的可靠性；文獻 [15]通過假設(shè)管道 內(nèi)氣體做 一維穩(wěn)態(tài)絕熱流動，提出了高壓燃氣管道 泄漏率 的 簡化模型，并計算得到了由噴火而導(dǎo)致的 社會風險和個人風險值； 文獻 [16]研究了 管道發(fā)生天然氣泄漏后所產(chǎn)生的各種 危害后果； 文獻 [17]研究了管道斷裂泄漏模型并給出一個簡易的計算泄漏率和泄露速度的公式 ； Jane 和 David 針對事故概率 [18]，研究了最大可接受風險值和事故發(fā)生的最大可接受概率之間的關(guān)系等 。 在二十世紀九十年代初期，美國的眾多的油氣管道已經(jīng)應(yīng)用了風險管理技術(shù)以指導(dǎo) 管道 維護 的運行，在這一時期，出臺了 API PR581[19]等許多的標準和規(guī)程，極大地指導(dǎo)了燃氣管道的風險管理技術(shù)。 目前，國 外的風險評價 技術(shù)正向成熟階段過渡，并且已開發(fā)了 風險評估的軟件。 如1987 年，美國 Amoco 管道公司 在其管理的管道與儲罐上運用了風險評價技術(shù)，從而使公司在 1993 年達到了創(chuàng)紀錄的利潤水平 [20,21]； 荷蘭國家應(yīng)用科學(xué)研究院（ TNO）開發(fā)的預(yù)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]。 我國的風險評價工作起源于 20世紀 80年代，在油氣管道上的應(yīng)用， 最早是由著名的油氣儲運專 家潘家華 [2325]于 1995 年在《油氣儲運》上詳細介紹了肯特的 《管道風險管理手冊》 ，此后，風險分析評價技術(shù)逐漸引起了我國油田企業(yè)的重視。 在借鑒國外研究成果的基礎(chǔ)上，國內(nèi)對燃氣管道的風險評估方法進行了 一定 程度的探索，提出了一些實用的風險評價方法：何淑靜 [26， 27]針對燃氣輸配管道 ，建立了可靠性的故障樹 和失效模糊故障樹 并對其進行了分析 、 計算 和評價；楊林娟 [28]在研究配氣管網(wǎng)時，結(jié)合歷史 數(shù)據(jù)，與專家評價相結(jié)合，對天然氣管道進行了定量的評價；王濤 [29]針對城市燃氣管網(wǎng)的運行，利用模糊評價的方法 進行了研究 ；張鵬 [30]針對長輸管道探討了人的可靠性，這對城市燃氣輸配管道中人的可靠性研究無疑也會有重要的參考價值；廖柯熹 [31]針對引起天然氣管線發(fā)生失效的各個因素，建立了失效故障樹，分析了故障樹的各階最小割集，并提出了相應(yīng)的措施； 王凱 全 [32]根據(jù)我國城市燃氣管道的特點，對肯特法 進行了改進，得出了適 城市燃氣輸配管道風險評價方法及應(yīng)用研究 4 合于我國城市燃氣管道的風險評價法；胡毅亭等 [33]與 徐亞博等 [34]對 燃氣管道泄漏后的事故危害 進行了定量研究 ，分析了預(yù)混云團的爆炸危害，為安全決策提供 了 依據(jù) ；文獻 [35]在假設(shè)管道內(nèi)的天然氣服從理想氣體且一維穩(wěn)態(tài)流動的 基礎(chǔ)上，定量得出了燃氣泄漏 率的 模型；文獻 [36]研究了天然氣管道按小孔泄漏的模型并給出其 泄漏率的 計算公式。 運用于工程實踐 方面 。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(yīng)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。所有這些工作，對 我國 燃氣管道 的風險評價起到了重要的 推動 作用。 燃氣管道 風險評價的方法 眾多，主要是借鑒了長輸油氣管道的評價方法，如果按評價方法的特征分類， 包括如下 【 3942】 ： （ 1）定性 的風險評價 方法 定性評價法主要是根據(jù)專家或有豐富工作經(jīng)驗的現(xiàn)場工作人員對有關(guān)系統(tǒng)中的設(shè)備、人員、環(huán)境及管理等方面存在 的 不安全 情況所給予的定性評價。該方法 對所研究對象的失效 因素 按照“發(fā)生”或者“不發(fā)生”來進行評價，在評價時不需建立精確的數(shù)學(xué)模型及計算方法，主要是依據(jù)政府或企業(yè)的有關(guān)法規(guī)、規(guī)范以及標準，依據(jù)評價人員在工作中 的實踐 經(jīng)驗和直觀判斷能力，依靠 分析過程中的邏輯推理關(guān)系 ，最終來確定所有危害事件的關(guān)系及其對安全的影響。 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(yīng)用中易于推廣。但該方法主觀性較強，評價結(jié)果容易受參評人員專業(yè)知識背景、深度和經(jīng)驗的影響。 定性的風險評價方法主要包括安全檢查表 、預(yù)先危險性分析 、 事件樹分析、 故障樹 分析 、 故障類型及影響分析 等 方法 。 （ 2） 半定量的風險評價 方法 半定量的風險評價方法 主要 是 在實際工作 經(jīng)驗 的基礎(chǔ)上，通過給 識別出的風險因素合理打分，然后把分值或 發(fā)生的概率分值 與事故 的嚴重度 相乘 或相除 ， 從而形成了一個相對的風險指標， 最后進行風險的分級評價。 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。 包括概率風險評價方法、 MES 評價法 ，肯特法 ，模糊綜合評價法 ，灰色 評價 法 等。 概率 風險評價方法 （ LEC）是 評價 在 具有潛在危險性環(huán)境中作業(yè)時的危險性的半定量 評價方法。它是用與系統(tǒng) 風險有關(guān)的三個因素指標值的乘積來對系統(tǒng)中人員的傷亡風險進行評價，這三個因素分別為： L 為事故發(fā)生可能性的大小； E 為人體 暴露在這種危險環(huán)境中頻繁程度； C 為一旦發(fā)生事故后造成的損失后果。最后以這三個值的乘積來評價危險性的大小， 即 D=LEC。 該方法簡便實用，但易受分析評價人員主觀因素影響 。 MES 評價法是指將風險程度 R表示為： R=LS，其中 L表示事故發(fā)生的可能性； S 表西南石油大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 5 示事故的后果。該方法適用范圍較廣，不受專業(yè)的限制，可看作 LEC 方法的改進。 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。 該方法是目前最完整且最系統(tǒng)的方法，容易掌握及便 于推廣，能集中操作人員、工程技術(shù)人員和管理人員等多方面的意見。但該方法主觀性強，對有些項目 的權(quán)重取值或 分值不合理。 模糊綜合評價法是 通過專家使用模糊語言 ， 對失效因素引起管道失效的程度做出評判， 然后 構(gòu)造權(quán)重向量和關(guān)系矩陣，得到模糊評判向量，從而對燃氣管道的風險等級做出評價。 但 該方法 按最大隸屬度原則， 有時 得不出應(yīng)有的結(jié)果。 灰色 評價 法 是指把系統(tǒng)安全或事故看作灰色系統(tǒng)，利用建模和關(guān)聯(lián)分析，使灰色系 統(tǒng)“白化”，從而對系統(tǒng)的安全進行 評價 。 （ 3） 定量的風險評價 方 法 [43] 定量 風險 評價法 （ PRA） 是 一種定量絕對事故 頻率的較為嚴密的統(tǒng)計與數(shù)學(xué)方法，該方法將導(dǎo)致事故發(fā)生的各種因素處理成隨機變量或者隨機過程，在對單個事件概率計算的基礎(chǔ)上，求出最終的事故發(fā)生概率，再通過結(jié)合事故后果的量化值，得出系統(tǒng)的風險值。該方法主要是在定性評價的基礎(chǔ)上，對識別出的較高風險水平的故障類型進行詳細的定量評價。由于城市燃氣 輸配管道 失效的故障類型較為復(fù)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(xué)，有限元法，斷裂力學(xué)，可靠性技術(shù)和各種 強度理論；同時還要根據(jù)大量的設(shè)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(chǔ)上，建立評價的數(shù)學(xué)模型，然后對數(shù)學(xué)模型求解。定量 風險評價 結(jié)果 的精確性取決于收集的原始數(shù)據(jù)是否完整，建立的數(shù)學(xué)模型是否精確，評價方法是否合理。主要有管道的剩余強度評價、管道的剩余壽命預(yù)測評價、概率失效分析、管道失效的故障樹分析、管道的可靠性評價 、 模擬仿真和概率法 、 結(jié)構(gòu)可靠性評估 法 等。 定量 風險評價技術(shù)是建立在數(shù)據(jù)庫和實驗研究的基礎(chǔ)上，不僅促進了量化的風險評價趨勢，而且實現(xiàn)了管道風險評價的自動化。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(yīng)的數(shù)據(jù)庫 和實驗研究，就不能進行評價。 現(xiàn)有風險評價方法存在的缺陷 縱觀上述的文獻綜述，可以得出以下的結(jié)論： （ 1）過強的評價主觀 性 [38]。 燃氣輸配管道的 風險評價具有高度的主觀性，表現(xiàn) 在風險評價時，由于問題研究的前提條件和假設(shè)條件的不同，對同一個問題，不同的 專家可能會得出不同的結(jié)論 ，甚至不同的專家會得出矛盾的結(jié)論，可以說，結(jié)論的正確程度取決于評價人員判斷的正確與否。為了克服這種主觀性，人們把模糊數(shù)學(xué)引進 城市燃氣輸配管道的 風險評價之中，但當涉及到評價矩陣和權(quán)重的確定時，又不可避免地帶有很強的 個人 主觀性。 （ 2）評價結(jié)果的靜態(tài)性。 研究對象每時每刻都在發(fā)生變化，甚至可能發(fā)生突變 ， 城市燃氣輸配管道風險評價方法及應(yīng)用研究 6 城市燃氣輸配管道也不例外 。然而，目前的研究方法都只是對 所 研究 的 系統(tǒng)某一個時點的一個靜態(tài)的風險評價結(jié)果，無論風險大與小，當風險 評價 結(jié)果面對管理 層 時，都 是系統(tǒng)過去的 某個時刻 風險的寫照， 而 現(xiàn)在 風險 可能已經(jīng)發(fā)生了變化。 然而系統(tǒng)現(xiàn)在的風險是比評價的結(jié)果大了還是小了，風險是向好的還是向 壞的方向發(fā)展了，這對有效地采取相應(yīng)對策可能比單純