王婉青，呂淑然，張宇棟

(1.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 管理工程學(xué)院， 北京 100070; 2.清華大學(xué) 公共管理學(xué)院, 北京 100084)

天然氣是一種無色、無味、熱值較煤炭和石油更高的清潔能源。近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，政府越發(fā)重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，因此全國范圍內(nèi)對(duì)天然氣的依賴程度不斷增高，這使得我國天然氣行業(yè)呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的趨勢(shì)[1-2]。但是天然氣需依靠高壓輸氣管道才能實(shí)現(xiàn)長距離運(yùn)輸，壓力管道本身屬于特種設(shè)備，危險(xiǎn)性極高。再者，天然氣是一種易燃、易爆、有毒及強(qiáng)腐蝕性氣體，一旦高壓輸氣管道發(fā)生泄漏極易引發(fā)如火災(zāi)、爆炸、中毒等多種次生災(zāi)害[3-6]。僅2018上半年就發(fā)生各類燃?xì)獗ㄊ鹿?90起，共造成371人受傷，28人死亡。事故的發(fā)生使許多人失去了鮮活的生命和溫馨的家園，嚴(yán)重影響了社會(huì)的和諧穩(wěn)定發(fā)展。因此，對(duì)高壓輸氣管道進(jìn)行泄漏風(fēng)險(xiǎn)分析勢(shì)在必行。本文以天然氣高壓輸氣管道為研究對(duì)象，剖析影響高壓輸氣管道泄漏失效的基本影響因素，為高壓輸氣管道日常的安全管理、風(fēng)險(xiǎn)減緩措施的選擇提供合理的依據(jù)。

層次分析法(AHP)把對(duì)決策有影響的因素進(jìn)行剖析，將其劃分為不同的目標(biāo)層和準(zhǔn)則層，并利用這些層次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定性和定量分析，運(yùn)用9標(biāo)度法建立判斷矩陣，但是在判斷過程中容易受個(gè)人主觀原因的干擾而導(dǎo)致誤差和邏輯混亂[7-8]。改進(jìn)的層次分析法(IAHP)將事故樹方法引入到傳統(tǒng)的層次分析法中，首先進(jìn)行事故原因分析，其次將致因因素進(jìn)行歸類和中性化描述，最后將事故樹計(jì)算獲得的結(jié)構(gòu)重要度Iφ的相互比較關(guān)系引入到層次分析法判斷矩陣的建立中。該方法在一定程度上克服了專家打分的主觀判斷所導(dǎo)致的誤差[9]。李亞蘭等[10]將改進(jìn)的層次分析法應(yīng)用于地下建筑火災(zāi)安全評(píng)價(jià)研究中。應(yīng)國柱等[11]將改進(jìn)層次分析法應(yīng)用到了地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，計(jì)算出不同因素所占權(quán)重。張哲源[12]以某企業(yè)的液氨儲(chǔ)罐區(qū)為例應(yīng)用改進(jìn)層次分析法建立了層次分析模型。段若晨等[13]采用改進(jìn)層次分析法綜合評(píng)估了500 kV 輸電線路的防雷改造效果。孫旋等[14]基于改進(jìn)層次分析法對(duì)火災(zāi)高危單位消防安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究?？梢钥闯?，以上學(xué)者運(yùn)用改進(jìn)層次分析法進(jìn)行研究均取得了較好的效果。綜上，本文首先采用FTA模型對(duì)高壓輸氣管道發(fā)生泄漏的原因進(jìn)行分析，旨在為高壓輸氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出一套較為完整、清晰的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；其次采用改進(jìn)的層次分析法(IAHP)計(jì)算各指標(biāo)體系的權(quán)重并排序。研究結(jié)果可為燃?xì)夤艿廊粘５陌踩芾硖峁┛煽康囊罁?jù)，以期減少管道泄漏事故的發(fā)生。

1 基于事故樹的層次分析法

1.1 構(gòu)建事故樹模型

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)嚴(yán)重的高壓輸氣管道安全事故都是由于管道泄漏遇到點(diǎn)火源而引發(fā)的火災(zāi)和爆炸。根據(jù)把對(duì)管道系統(tǒng)影響最大的事件作為分析對(duì)象的原則，本文將“管道泄漏失效”作為事故樹模型的頂事件進(jìn)行分析；再依據(jù)天然氣事故調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)的管道穿透和破裂是引起管道泄漏失效最根本的原因，以這2個(gè)原因?yàn)榇雾斒录?，結(jié)合危險(xiǎn)源辨識(shí)對(duì)事件進(jìn)行逐一分析直到找到最基本的底事件。圖1為高壓輸氣管道泄漏事故樹模型，表1為事件含義列表，該模型共考慮了26個(gè)基本事件。

1.2 高壓輸氣管道泄漏層次分析模型

根據(jù)圖1所建立的事故樹模型，對(duì)基本事件進(jìn)行分類、整理及中性化描述后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致高壓輸氣管道泄漏的基本原因可分為第三方因素、腐蝕因素、誤操作因素及設(shè)備因素4個(gè)方面。從這4個(gè)方面出發(fā)建立了高壓輸氣管道泄漏層次分析模型，如圖2、表2所示。

1.3 事故樹結(jié)構(gòu)重要度構(gòu)建判別矩陣

根據(jù)所建立的“管道泄漏事故樹”，運(yùn)用布爾代數(shù)法計(jì)算得到最小割集32個(gè)，最小徑集56個(gè)。由于最小徑集數(shù)量過多，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)重要度過于復(fù)雜，因此本文選用最小割集計(jì)算，最小割集如表3所示。

事故樹的結(jié)構(gòu)重要度是一個(gè)反映基本事件對(duì)頂上事件影響程度的指標(biāo)，而層次分析法中的指標(biāo)層各因素的權(quán)重同樣反映了其對(duì)目標(biāo)層的重要程度。將各基本事件結(jié)構(gòu)重要度Iφ作為指標(biāo)層各因素的判斷因子χ(i)，結(jié)果見表4。結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算公式見式(1)。

(1)

式中：k為事故樹分析所得的最小割或徑集數(shù)目；m為包含第i個(gè)基本事件的最小割集或徑集的數(shù)目；Rj為包含第i個(gè)基本事件的第j個(gè)最小割集或徑集中的基本事件的數(shù)目。

表2 高壓輸氣管道泄漏失效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表3 最小割集

圖2 管道泄漏層次分析模型

指標(biāo)因素123456789判斷因子χ(i)1/321/321/321/641/6417/2803/321/203/32指標(biāo)因素101112131415161718判斷因子χ(i)1/281/283/641/281/101/161/641/641/64指標(biāo)因素1920212223242526判斷因子χ(i)1/643/1123/1123/1123/1123/1123/1123/112

(2)

式中：m、n為各準(zhǔn)則層下指標(biāo)層的數(shù)目；i、j為判斷矩陣aij的下標(biāo)，分別表示第i行和第j列。每個(gè)準(zhǔn)則層下都包含不同數(shù)量的指標(biāo)因素，對(duì)指標(biāo)因素進(jìn)行兩兩比較，得到指標(biāo)層的判斷矩陣：

(3)

式中：i、j為判斷矩陣aij的下標(biāo)，分別表示第i行和第j列。

根據(jù)式(2)(3)可以得到準(zhǔn)則層以及各指標(biāo)層的判斷矩陣，然后運(yùn)用傳統(tǒng)的層次分析法計(jì)算出各因素的權(quán)重值，具體計(jì)算步驟見文獻(xiàn)[16]，最后對(duì)矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算所有矩陣的CI值均小于0.1，符合一致性檢驗(yàn)，詳見表5～9。

表5 準(zhǔn)則層判斷矩陣

運(yùn)用式(3)對(duì)各準(zhǔn)則層下的指標(biāo)層進(jìn)行兩兩對(duì)比，可得出第三方因素、腐蝕因素、誤操作因素及設(shè)備因素下各指標(biāo)因素的判斷矩陣和權(quán)重值，計(jì)算結(jié)果如表6～9所示。

表6 第三方因素判斷矩陣(B1)

表7 腐蝕因素判斷矩陣(B2)

表8 誤操作因素判斷矩陣(B3)

表9 設(shè)備因素判斷矩陣(B4)

2 層次總排序

依據(jù)表10的層次總排序可以看出：管道初始缺陷所占比例最大達(dá)到總比例的10.11%，說明天然氣管道運(yùn)營公司在投產(chǎn)之前必須對(duì)管道質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，避免管道存在初始缺陷；其次，日常的管道腐蝕檢測(cè)與管材抗腐蝕性也十分重要，占到總比例的9.57%，所以在天然氣管道的日常管理中應(yīng)加強(qiáng)管道腐蝕檢測(cè)工作，并在管道設(shè)計(jì)階段選取抗腐蝕性較強(qiáng)的管材以保證管道日常的安全運(yùn)行；管道施工階段的監(jiān)理工作非常關(guān)鍵，占到了總比例的6.1%，因此企業(yè)應(yīng)認(rèn)真做好管道施工階段的監(jiān)理工作，避免施工階段的錯(cuò)誤操作，確保管道施工質(zhì)量，并須強(qiáng)化工作人員的技能培訓(xùn)和安全教育，增強(qiáng)工作人員的責(zé)任心，保證員工日常工作質(zhì)量。管道安全管理部門可依據(jù)表10的權(quán)重值并結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)等科學(xué)方法定期對(duì)管道進(jìn)行泄露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，找出風(fēng)險(xiǎn)的薄弱環(huán)節(jié)并制定合理的管控措施，將管道泄漏事故防患于未然。綜上所述，各因素評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符，說明該方法有一定的實(shí)用價(jià)值。

表10 層次總排序

續(xù)表(表10)

3 結(jié)束語

將事故樹模型和層次分析法結(jié)合起來，根據(jù)事故樹模型來確定改進(jìn)層次分析法的各個(gè)指標(biāo)，使評(píng)判指標(biāo)之間的關(guān)系更清晰，評(píng)判結(jié)果更符合客觀實(shí)際。

建立了高壓輸氣管道泄漏事故樹模型，該模型共考慮了26個(gè)基本事件，將事故樹的結(jié)構(gòu)重要度作為判斷因子進(jìn)而得到各指標(biāo)層的判斷矩陣，然后結(jié)合層次分析法對(duì)管道泄漏事故進(jìn)行了定性識(shí)別與定量分析。

結(jié)果顯示，在準(zhǔn)則層中腐蝕因素所占比例最大，在指標(biāo)因素中初始缺陷、腐蝕檢測(cè)、管材抗蝕性、施工監(jiān)理為主要致災(zāi)因素。各因素評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符，說明該方法具有一定的實(shí)用價(jià)值，可為高壓輸氣管道日常的泄漏風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防與控制提供一定的依據(jù)。