牛偉偉，龍世華，呂仁軍，程浩力

（1. 首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 安全工程與環(huán)境學(xué)院，北京100070; 2. 中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085）

城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿佬孤┦鹿蕵滹L(fēng)險(xiǎn)分析

牛偉偉1，龍世華2，呂仁軍2，程浩力2

（1. 首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 安全工程與環(huán)境學(xué)院，北京100070; 2. 中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100085）

城市燃?xì)夤艿乐饕植荚谌丝诤徒ㄖ锛械膮^(qū)域，一旦破壞發(fā)生泄漏將對(duì)周圍的人員及財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。因此，有必要對(duì)其威脅進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。通過應(yīng)用一種重要而常用的系統(tǒng)安全分析方法—事故樹分析法(FTA)對(duì)城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿涝馐艿谌狡茐乃碌男孤┦鹿蔬M(jìn)行了分析，建立了相應(yīng)事故樹模型。采用布爾代數(shù)化簡法計(jì)算出事故樹最小徑集并對(duì)各基本原因事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行排序。結(jié)合最小徑集包含的各事件及結(jié)構(gòu)重要度排序分析，可以確定事故管理的主要對(duì)象，并提出減少事故的措施，為確定安全對(duì)策提供可靠依據(jù)。關(guān) 鍵 詞：事故樹分析；城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿?；風(fēng)險(xiǎn)分析；第三方破壞；布爾代數(shù)；最小徑集；結(jié)構(gòu)重要度

近年來，隨著西氣東輸工程的投產(chǎn)運(yùn)行及一系列燃?xì)夤こ痰慕ㄔO(shè)，城市燃?xì)夤?yīng)及管道建設(shè)大幅增長。與此同時(shí)，城市道路、綠化、水電等市政建設(shè)以及建筑項(xiàng)目急劇增加，對(duì)地下燃?xì)夤艿涝斐善茐牡目赡苄源蟠笤黾?。造成燃?xì)夤艿佬孤┑脑蚴嵌喾矫娴模诔擎?zhèn)之中，建設(shè)施工等第三方破壞成為地下燃?xì)夤艿佬孤┦鹿实闹饕騕1,2]。為此，要減少事故的發(fā)生，建立綜合安全管理體制，采取有效地途徑保證在役管道可靠運(yùn)行就有必要對(duì)造成第三方破壞的原因進(jìn)行分析。本文采用系統(tǒng)工程中的事故樹分析（FTA）法，針對(duì)第三方影響事故樹模型進(jìn)行分析，確定事故管理的主要對(duì)象并提出針對(duì)性的解決方法。

1 事故樹模型的建立

事故樹分析[3](FTA, Fault Tree Analysis)是從結(jié)果到原因找出與災(zāi)害事故有關(guān)的各種因素之間因果關(guān)系及邏輯關(guān)系的分析法。這種方法以定義好的事故開始，或頂事件，向后將系統(tǒng)故障各種原因(包括硬件、人為、環(huán)境因素等)，按樹枝狀結(jié)構(gòu)自上而下追溯到各種能夠引起事故的情形。事故樹定量分析主要是根據(jù)引起事故發(fā)生的各基本事件的發(fā)生概率，求出頂上事件發(fā)生的概率，同時(shí)對(duì)各基本事件進(jìn)行概率重要度和關(guān)鍵重要度分析。建造事故樹的目的是查找隱患，找出薄弱環(huán)節(jié)，查出系統(tǒng)的缺陷，然后加以改進(jìn)[4]。

根據(jù)以往研究資料[1,5,6]，對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖谌狡茐男孤┦鹿蔬M(jìn)行事故樹分析，各符號(hào)所表示的意義如表1所示，其事故樹如圖1所示。

表1 燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏事故樹中各符號(hào)代表的事件Table 1 The meaning of various marks in fault tree for gas network leakage

圖1 城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖谌狡茐男孤┦鹿蕵淠Ｐ虵ig. 1 The fault tree model of third-party interference on city gas pipeline

2 事故樹分析

(1) 最小徑集

由事故樹圖分析可見，或門（“+”）的個(gè)數(shù)占了邏輯門總數(shù)的絕大多數(shù)，所以用最小徑集進(jìn)行分析[7]：

從成功樹計(jì)算得出16個(gè)徑集，如下所示：

(2)結(jié)構(gòu)重要度分析[8]

事故樹是由眾多基本事件構(gòu)成的，這些基本事件對(duì)頂上事件均產(chǎn)生影響，但影響程度是不同的，在制定安全防范措施時(shí)必須有個(gè)先后次序以便使系統(tǒng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效、安全的目的。結(jié)構(gòu)重要度分析，就是不考慮基本事件發(fā)生的概率是多少，僅從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件的影響程度。結(jié)構(gòu)重要度分析雖然是一種定性分析方法，但在目前缺乏定量分析數(shù)據(jù)的情況下，這種分析顯得很重要。

結(jié)構(gòu)重要度分析方法歸納起來有兩種。第一種是計(jì)算出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，將系數(shù)由大到小排列各基本事件的重要順序；第二種是用最小割集和最小徑集近似判斷各基本事件的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)的大小，并排列次序。前者精確，但比較繁瑣；后者雖然精確度比用求結(jié)構(gòu)重要系數(shù)法差一些，但操作簡便，因此目前應(yīng)用較多。應(yīng)用下式計(jì)算近似判別值：

式中: I(i) —基本事件Xi結(jié)構(gòu)重要系數(shù)的近似判別值；

Xi∈Pj—基本事件Xi屬于Pj最小割(徑)集；

ni—基本事件Xi所在最小割(徑)集中包含基本事件的個(gè)數(shù)。

上述事故樹的結(jié)構(gòu)重要性順序根據(jù)公式求得為：X1=…=X7=X12=…=X16＞X8=X9=X22=X23＞X11＞X10=X19＞X26=X27=X28=X33＞X29=X30=X31=X32＞X17=X18=X24=X25＞X20=X21

對(duì)于占?jí)浩茐模篨8=X9=X22=X23＞X33＞X29=X30=X31=X32＞X20=X21

對(duì)于外單位施工破壞：X11＞X10＞X26=X27=X28＞X24=X25

3 結(jié) 論

由事故樹可知，管道燃?xì)庑孤┦鹿拾l(fā)生的主要原因基本為自然破壞及人員活動(dòng)破壞兩類。自然破壞主要指管道因自然災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害以及綠化植物等破損泄漏；人員活動(dòng)破壞主要為市政施工所造成的管道硬性破壞和地表負(fù)載(如違章建筑、重型車輛占?jí)?引起的變形破裂。

（1）結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)最大的是自然因素造成的破壞，泄漏事故發(fā)生的最重要條件。這就要求燃?xì)夤颈仨氂型晟频娜細(xì)獍踩鹿蕬?yīng)急救援預(yù)案，當(dāng)發(fā)生自然意外災(zāi)害時(shí)能夠及時(shí)采取有效措施，減少損失。

（2）對(duì)于地表負(fù)載(如違章建筑、重型車輛占?jí)?引起的破壞，除了建筑占?jí)?、管道上方堆放雜物、道路變更、違章通行或停放等直接事故致因外，管理因素中的獎(jiǎng)懲不力是最重要的間接因素。獎(jiǎng)懲不力會(huì)導(dǎo)致巡查人員不認(rèn)真、巡查人員弄虛作假等基本事件的發(fā)生，而處理時(shí)遇到具體困難或規(guī)章制度不全也是一大誘因。對(duì)于無管線巡查制度及無處理制度這兩種因素，重要程度很小，說明一般公司都會(huì)制定相關(guān)制度，但是執(zhí)行不力。

（3）對(duì)與人員活動(dòng)破壞（諸如市政施工）等造成的破壞，地質(zhì)爆破、施工造成地質(zhì)沉降、挖掘打樁等所致的管道破壞泄漏最為主要，而未與燃?xì)夤緟f(xié)調(diào)、燃?xì)夤緹o管線布置資料則相對(duì)較少發(fā)生。

綜上所述，為減少城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿榔茐男孤┑陌l(fā)生，應(yīng)該建立完善的燃?xì)馐鹿暑A(yù)案和快速反應(yīng)機(jī)制并且要有針對(duì)性地完善各項(xiàng)規(guī)章制度，明確安全工作職責(zé)。

[1] 孫安娜,安躍紅,段常貴,等.地下燃?xì)夤艿赖谌接绊懯鹿蕵淠Ｐ蚚J].煤氣與熱力,2005,25(1):1-5.

[2] 國輝.我國城市天然氣管道事故統(tǒng)計(jì)及分析[J].安全、健康和環(huán)境,2008,8(4):6-8.

[3] U.S. Nuclear Regulatory Commission. Fault Tree Handbook[G]. Washington, D.C., 1981.

[4] 汪元輝.安全系統(tǒng)工程[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999.

[5] 楊維.事故樹在管道燃?xì)庑孤┦鹿史治龅膽?yīng)用[J].煤氣與熱力,2007,27(5):21-24.

[6] 伍良.城鎮(zhèn)燃?xì)馐鹿曙L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[D]. 福州:福州大學(xué),2001.

[7] 張景林,崔國璋.安全系統(tǒng)工程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2002.

[8] 蔣軍成,郭振龍.工業(yè)裝置安全衛(wèi)生預(yù)評(píng)價(jià)方法[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

Risk Analysis on Leakage Accidents of City Gas Pipelines Based on Fault Tree Analysis

NIU Wei-wei1， LONG Shi-hua2， LV Ren-jun2， CHENG Hao-li2
（1.School of Safety and Environment Engineering, Capital University of Econmomics and Business,Beijing 100070，China; 2. China Petroleum Engineering Co., Ltd. Beijing Branch, Beijing 100085, China）

City gas pipelines are mainly distributed in population and building concentration region, and once gas releases through damaged pipes, it would become a serious threat to personnel and property. So it is necessary to carry out qualitative or quantitative analysis of the threat. In this paper, fault tree analysis (FTA) method that is a very important and useful analysis method for system safety was applied to analyze city underground gas pipelines leakage accidents caused by the third party damage. Based on the analysis result, the relevant fault tree model was established. The minimal path sets (MPS) were achieved by Boolean algebraic. Structure importance of basic events was sequenced, then dominant objects of the accident management were determined, and measures to decrease faults were put forward, which can provide reliable basis for determination of safety countermeasures.

Fault tree analysis; City gas pipeline; The third party damage; Risk analysis; Boolean algebraic; The minimal path sets; Structure importance

TE 88

A

1671-0460（2012）02-0162-04

2011-12-23

牛偉偉（1986-），女，在讀碩士研究生，研究方向：應(yīng)急救援系統(tǒng)。E-m ail：niuw eihm ily@163.com。