徐 立，楊 陽，朱麗榕

（1.合肥澤眾城市智能科技有限公司，合肥 230601；2.清華大學合肥公共安全研究院，合肥 230601；3.合肥市城市生命線工程安全運行監(jiān)測中心，合肥 230061）

燃氣是當今社會不可或缺的重要能源，而大量燃氣管線作為輸送燃氣的主要載體，是國家民生基礎設施的關鍵組成[1]。近年來，隨著我國燃氣管線里程及部分管網(wǎng)管齡的增加，燃氣管線事故時有發(fā)生，由于燃氣自身的特性，泄漏后將發(fā)生嚴重的爆炸事故，產(chǎn)生極大的危害，造成惡劣的社會影響[2]。因此，燃氣管道的風險評估一直是眾多研究者的關注熱點。

多年來，專家學者的研究多集中于管道的靜態(tài)風險，圍繞燃氣管道發(fā)生事故的失效可能性和后果嚴重性2 個方面給出評價方法，而未考慮管道運行中的動態(tài)因素。近年來，許多研究學者已意識到這一問題，在風險評估中增加考慮動態(tài)因素，建立管道動態(tài)風險評估方法。劉克會等[3]將燃氣管道進行分段風險評估，并在此基礎上增加時間維度，用理想矩陣法進行燃氣管道運行的動態(tài)風險評價，提升了整個管道風險評價的準確性。焦建瑛[4]從管道后果嚴重性出發(fā)，主要考慮經(jīng)濟、人口、社會和政治等動態(tài)因素，將評價區(qū)域網(wǎng)格化，實現(xiàn)網(wǎng)格化動態(tài)后果評估。而王文和等[5]從事故失效可能性出發(fā)，對失效可能性中的失效事件進行概率更新，使之隨時間實時動態(tài)改變，實現(xiàn)管網(wǎng)的動態(tài)風險分析。史運濤等[6]建立社區(qū)燃氣系統(tǒng)知識圖譜，分析燃氣系統(tǒng)中的動態(tài)影響關系，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡圖，建立了燃氣系統(tǒng)動態(tài)風險評估方法。這些動態(tài)風險評估方法，極大地提高了燃氣管線的風險管控水平。

另外，對于燃氣管道事故的預防，部分管道管理單位采用在燃氣管道安裝數(shù)據(jù)監(jiān)測傳感器，通過實時監(jiān)測安裝點可燃氣體濃度等數(shù)據(jù)，保證管道的正常運行。如合肥，在燃氣管網(wǎng)相鄰地下空間內安裝可燃氣體監(jiān)測儀，通過監(jiān)測管道相鄰地下空間的可燃氣體濃度，準確判斷出燃氣管道是否泄露，對城市的管網(wǎng)安全起到至關重要的作用。如冬奧會用燃氣管道，基于分布式陰極保護。多頻譜瞬態(tài)彈性波和場指紋腐蝕泄漏監(jiān)測、光纖泄漏檢測技術，分析泄漏信號特征參數(shù)，進行管道漏泄的判斷。本文以冬奧會用燃氣管道為例，結合冬奧用燃氣管道的泄漏信號監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立燃氣管道動態(tài)風險評估模型。

1 燃氣管道動態(tài)風險評估模型

燃氣管道動態(tài)風險評估指標分為2 類指標，分別是靜態(tài)指標和動態(tài)指標，如圖1所示。靜態(tài)指標包括管道的失效可能性與后果嚴重性判斷指標，用以計算燃氣管道的靜態(tài)風險。動態(tài)指標即監(jiān)測數(shù)據(jù)，冬奧會用燃氣管道的監(jiān)測數(shù)據(jù)為通過光纖泄漏傳感器監(jiān)測的溫度、通過腐蝕傳感器測得的FC 值、通過聲發(fā)射泄漏傳感器測得泄漏量、陰極保護傳感器測得陰極電位。將靜態(tài)指標和動態(tài)指標結合，得出燃氣管道的動態(tài)風險。

圖1 燃氣管道動態(tài)風險評估指標

2 燃氣管道靜態(tài)風險計算模型

本文燃氣管道靜態(tài)風險計算模型以判斷管道失效可能性與失效后果嚴重性等級，并進行靜態(tài)風險等級劃分為理論依據(jù)建立的。

2.1 失效可能性評價方法

對于燃氣管道，通過大量的燃氣管網(wǎng)事故統(tǒng)計分析，主要考慮管網(wǎng)設備自身因素、運行環(huán)境影響因素和運行管理因素等信息，即

F=F設備自身+F運行環(huán)境+F運行管理。

燃氣管道設備自身因素主要包括管道的使用年限、管道防腐系統(tǒng)的情況、管道設計施工制造的質量及管道閥門的銹蝕程度。

燃氣管道都是深埋于地下，其周圍環(huán)境也是影響其安全運行的主要因素，其中影響最大的兩方面包括外部腐蝕及第三方破壞。

有效的管道管理可以降低管道安全風險系數(shù)，減少管道事故危害，主要從管道維護保養(yǎng)、規(guī)范操作規(guī)程和員工培訓等方面入手。

燃氣管道失效可能性評分細則見表1，評分標準設置為0～5 分，分數(shù)越小，說明管道運行越安全，發(fā)生事故的可能性越小。

表1 燃氣管道失效可能性評分細則

表1 燃氣管道失效可能性評分細則（續(xù)）

在各級指標中，按照評分標準對各級指標由專家進行打分，由F=F設備自身+F運行環(huán)境+F運行管理計算得到埋地燃氣管道的失效可能性得分，由表2的等級劃分得到管道的失效可能性等級。

表2 埋地燃氣管線失效可能性等級劃分

2.2 后果嚴重性評價方法

對于埋地燃氣管道，其失效后果嚴重性主要考慮

C=C影響范圍+C搶修時間，

式中：C影響范圍為燃氣管道失效影響范圍，C搶修時間為設備搶修時間，具體評分方法見表3，分級方法見表4。

表3 埋地燃氣管道失效后果嚴重性評分

表4 埋地燃氣管道失效后果嚴重性等級劃分

2.3 靜態(tài)風險評價方法

根據(jù)燃氣管道基礎風險的失效可能性等級和后果嚴重性等級，按照風險矩陣進行風險等級劃分，劃分為極高風險、高風險、中風險和低風險4 個等級，分別用紅、橙、黃、綠4 種顏色表示，具體見圖2和表5。

表5 埋地燃氣管道風險等級劃分標準

圖2 埋地燃氣管道風險矩陣圖

3 構建結合監(jiān)測變量的燃氣管道動態(tài)風險評估方法

3.1 構建判斷矩陣并確定指標權重

冬奧會用燃氣管道監(jiān)測的動態(tài)指標為通過光纖泄漏傳感器監(jiān)測的溫度、通過腐蝕傳感器測得的FC值、通過聲發(fā)射泄漏傳感器測得泄漏量、陰極保護傳感器測得陰極電位，則燃氣管道動態(tài)風險R={靜態(tài)風險，泄漏量，溫度，電位，F(xiàn)C 值}，其中靜態(tài)風險是靜態(tài)指標，通過上節(jié)方法獲取風險等級，泄漏量，溫度，電位，F(xiàn)C 值是實時監(jiān)測的動態(tài)指標，通過實際監(jiān)測值獲取。

對基礎風險、泄漏量、溫度、電位和FC 值采用定量的形式，通過判斷矩陣確定各指標的相對重要性，本文以表6中的1—9 標度法對指標進行兩兩比較。

表6 重要性標度含義表

通過專家打法分和實踐調查法評估指標相對重要性，構造其靜態(tài)風險，泄漏量，溫度，電位，F(xiàn)C 值判斷矩陣，見表7。

表7 埋地燃氣管道不同風險指標判斷條件對應的風險等級關系

用Matlab 軟件計算得到判斷矩陣最大特征值λmax=5.133 5，歸一化后的特征向量A=[0.030 4，0.360 8，0.267 6，0.197 2，0.144]T。因此風險指標基礎風險、泄漏量、溫度、電位、FC 值對應的權重值分別為0.0304、0.3608、0.267 6、0.197 2、0.144。

3.2 確定風險指標的風險等級

通過現(xiàn)場調研并結合本文靜態(tài)風險的風險等級劃分結果，構建基礎風險、泄漏量（L/min）、溫度（℃）、電位（V）、FC 值的風險等級判斷表，具體見表8。

3.3 風險得分計算

最終埋地燃氣管道動態(tài)風險評估的最終風險得分為R=AT×B×VT，式中：A 為判斷矩陣的歸一化特征向量，反映了各風險指標的權重值，AT=[0.030 4，0.360 8，0.267 6，0.197 2，0.144]。

B 為風險指標的隸屬度矩陣，以表8為判斷依據(jù)得到。如根據(jù)打分，判斷管道靜態(tài)風險等級為中，實際監(jiān)測的泄露數(shù)據(jù)為0 L/min，溫度為18 ℃，電位為-0.95 V，F(xiàn)C 值為100，則隸屬度矩陣B 為

表8 埋地燃氣管道運行風險各指標判斷矩陣

V 為評價準則集V=[0，20，35，100]，劃分依據(jù)為保證任一實時監(jiān)測指標報警狀態(tài)和風險評估最高等級保持同步；調取已投入運行的燃氣管道監(jiān)測系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)對計算標尺進行檢驗，以保證劃分的科學合理。

3.4 動態(tài)風險等級劃分

計算出風險得分R 后，依據(jù)埋地燃氣管道運行風險等級劃分，見表9，判斷出燃氣管道的具體風險程度。

表9 埋地燃氣管道運行風險等級劃分

4 結束語

本文針對已采取監(jiān)測傳感器實時監(jiān)測管道泄露等指標的燃氣管線，以冬奧用燃氣管道為例，將燃氣管道的靜態(tài)指標與實時監(jiān)測的動態(tài)數(shù)據(jù)指標相結合，建立判斷矩陣，確定指標權重，給出了燃氣管道的動態(tài)風險評估模型，能夠正確反映管道運行風險的動態(tài)變化過程。