陳妍君 周毅 聶長文

（1.中國石油西南油氣田安全環(huán)保與技術監(jiān)督研究院，四川 成都 610000；2.江西省天然氣投資有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

近年燃氣管道安全事故引起了社會高度關注，亟需加強燃氣管道系統(tǒng)風險管控，識別出管段面臨的風險等級與主要風險因素，從而科學制定巡檢方案，針對性開展監(jiān)、檢測評價及維修維護等各項工作。

風險評價按照結果的量化程度可分為定性法、半定量法、定量法。定性法指標設置簡單主觀，要求評價人員對管道運行管理狀況、故障情景有準確的認知。定量風險評價可得到具體的財產(chǎn)損失和人員傷亡結果，但需要構造準確的概率模型以描述燃氣管道的受力等情況［1］、獲取詳盡的氣候條件以計算泄漏擴散后果，數(shù)據(jù)獲取難度大、質量要求高，且城鎮(zhèn)環(huán)境的劇烈變化導致評價周期過短，因而不宜在燃氣管道完整性管理中推廣應用。

半定量風險評價可通過系統(tǒng)、全面地分析可能風險因素，對評價對象的相對風險進行量化分析。雖然其也對人員經(jīng)驗有一定要求，但通過人員培訓，可得到較可靠的風險區(qū)間結果。

1 半定量風險評價模型

半定量風險評價理論基礎是通過分析失效可能性和失效后果，相應得到量化的失效概率和失效后果，從而使對照評價模型得到相對風險。

氣田集、輸管道中通常采用肯特法進行風險評價?？咸胤ǜ鶕?jù)評價指標體系得到失效概率指數(shù)和失效后果指數(shù)，計算相對風險基礎模型［2-3］，如式（1）所示：

式中，R為相對風險指數(shù)；P為失效概率指數(shù)；E為失效后果指數(shù)。

由式（1）可知，肯特打分法中相對風險的物理意義是失效事件發(fā)生的期望值，肯特法風險評價模型可表示為圖1。

圖1 肯特法風險評價模型

由于肯特法得到的相對風險是連續(xù)的分值，因此在評價時須嚴格分段，以得到每管段風險區(qū)間。而相對集、輸氣管道而言，城鎮(zhèn)燃氣管道分輸多、管道周邊環(huán)境復雜、影響因素變化大，采用肯特法工作量大，不易實施，可采用矩陣模型優(yōu)化評價過程。

矩陣法一般采用5×5 的方形矩陣，如圖2 所示。矩陣法采用的失效概率等級、失效后果等級以及得到的相對風險等級［4］都是不連續(xù)的。優(yōu)化矩陣法的評價指標體系可提高矩陣法在燃氣管道風險評價中的準確性以滿足工程需求。

圖2 風險評價矩陣模型

2 燃氣管道風險評價指標體系

半定量法失效可能性評價的關鍵在于建立科學的風險評價指標體系，要求該指標體系覆蓋全部主要風險因素，且權重明確、合理。由于城鎮(zhèn)燃氣管道面臨風險因素與氣田上游管道有顯著差異［3］，需構建適用于城鎮(zhèn)燃氣管道的風險評價指標體系。

2.1 失效可能性指標

燃氣管道中，中壓、次高壓管道主要為鋼質。鋼質城鎮(zhèn)燃氣管道失效可能性評價指標應全面覆蓋導致鋼質燃氣管道失效的風險因素。國際管道委員會（PRCI）將管道失效原因細分為內(nèi)腐蝕、外腐蝕、應力腐蝕、制造缺陷、焊接施工缺陷、設備缺陷、第三方破壞、誤操作、氣候與外力作用。美國管道與危險物品安全管理局（PHMSA）于2009 年12 月發(fā)布的《燃氣輸配管道完整性管理程序》將燃氣管道風險分為腐蝕、材質與焊縫、自然外力、設備損壞、挖掘作業(yè)、誤操作、其他外力、其他［5］。2022 年6 月印發(fā)的《城市燃氣管道老化評估工作指南》從材質、使用年限、腐蝕、防腐、占壓、地災、人口密集情況對需要改造的管道問題進行分類記錄［6］。2022 年發(fā)布的《重慶市燃氣輸配管道老化更新改造評估指南（試行）》中，燃氣管道失效可能性評分模型包含5 個評估項目共17 個評估因素［7］。

綜合鋼質燃氣管道失效模式與管道完整性管理經(jīng)驗做法，將其面臨的風險來源分為第三方破壞、腐蝕、自然與地質災害、設備設施損壞、誤操作、管道設計、施工缺陷等7 項因素，即矩陣法半定量風險評價一級指標，如圖3 所示。

圖3 城鎮(zhèn)燃氣管道風險因素

鋼質燃氣管道失效可能性等級計算方法如式（2）所示：

式中，L為燃氣管道失效可能性等級；Qi為第i項風險因素對應的權重；A—G分別為第三方破壞、腐蝕、自然與地質災害、設備設施損壞、誤操作、管道設計、施工缺陷的失效可能性等級。

而各風險因素失效可能性等級的確定需進一步結合二級、三級指標分析。以第三方破壞風險等級計算方法為例，如式（3）所示：

式中，qai為第三方破壞中第i項二級指標對應的權重；qaij為第三方破壞第i項二級指標中第j項三級指標對應的權重；ai為第三方破壞中第i項二級指標失效可能等級；aij為第三方破壞第i項二級指標中第j項三級指標失效可能性等級。

2.1.1 第三方破壞

城市化規(guī)模擴大，城鎮(zhèn)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)建設施工普遍，增加了燃氣管道第三方破壞風險。由燃氣管道完整性管理實踐可知，第三方破壞是鋼質燃氣管道最主要失效原因。2021 年，在全國公開的248 起已核實事故原因的燃氣管網(wǎng)事故分析樣本中，第三方施工破壞引發(fā)的事故占比為81.5%；經(jīng)各方管控升級，在2022 年第一季度39 起已核實事故原因的燃氣管網(wǎng)事故中，仍有17起為第三方施工破壞引發(fā)，占比為43.6%［8］。燃氣管道第三方破壞風險因素指標如表1所示。

表1 第三方破壞風險因素指標

2.1.2 腐蝕

隨著鋼質燃氣管道老舊問題日益突出，管道及附屬設施腐蝕造成的事故比例出現(xiàn)大幅增加。湖北十堰“6·13”事故則是由于管道長期處于潮濕環(huán)境，發(fā)生嚴重外腐蝕，從而導致燃氣泄漏至密閉空間。城鎮(zhèn)中地鐵、電纜等陰極保護干擾源多，雜散電流導致鋼質管道外壁難以時刻處于被保護狀態(tài)，從而導致外腐蝕。相較于外腐蝕，燃氣管道受內(nèi)腐蝕影響較小，主要與管道本體材質和服役時間相關。燃氣管道腐蝕風險因素指標如表2 所示。

表2 腐蝕風險因素指標

2.1.3 自然與地質災害

城鎮(zhèn)燃氣管道敷設環(huán)境為人群聚居地區(qū)，發(fā)生大型自然與地質災害的類型和規(guī)模有限。城鎮(zhèn)中可能發(fā)生的地質災害包括：施工堆土和山地道路在連續(xù)降雨天氣土質松動導致的小型滑坡、高層建筑聚集地區(qū)易發(fā)生的地面沉降、地下水過量開采和路基施工質量不佳導致的地面坍塌等。燃氣管道自然與地質災害風險因素指標如表3 所示。

表3 自然與地質災害風險因素指標

2.1.4 設備設施損壞

燃氣管網(wǎng)中閥門、調壓箱等附屬設施損壞可能導致燃氣泄漏。在燃氣管道日常管理中通過巡檢和周期性巡護開展車巡和步巡，風險評價中應以能有效覆蓋該設備所有泄漏點的泄漏檢測為原則。燃氣管道設備設施損壞風險因素指標如表4 所示。

2.1.5 誤操作

規(guī)范的操作管理包括巡線、泄漏檢測、陰保測試等，能夠削減燃氣管網(wǎng)事故風險。完善的應急管理措施能夠降低燃氣管網(wǎng)事故后果。在風險評價模型中，用相應風險因素指標表征。燃氣管道誤操作風險因果指標如表5 所示。

2.1.6 管道設計

部分老舊燃氣管道建設時期久遠，執(zhí)行標準較低；同時隨著城鎮(zhèn)迅速發(fā)展，地區(qū)等級、敷設環(huán)境變化劇烈，風險評價應對設計方案中的相關參數(shù)進行核算，確認其是否符合當下標準和運行要求，若不符合則應采取降壓運行等措施。燃氣管道設計風險因素指標如表6 所示。

表6 管道設計風險因素指標

2.1.7 施工缺陷

城鎮(zhèn)燃氣管道施工時間緊，如果質量監(jiān)督不到位，則會出現(xiàn)嚴重風險隱患。燃氣管道施工缺陷風險因素指標如表7 所示。

表7 施工缺陷風險因素指標

2.2 失效后果等級

從經(jīng)濟影響、人員傷亡、社會影響和后續(xù)生產(chǎn)恢復工作4 個方面考慮燃氣管道失效導致的最嚴重后果，其中經(jīng)濟影響包括直接財產(chǎn)損失和停氣導致的間接經(jīng)濟損失。社會影響通過管道周圍建筑的性質進行等級評價（是否存在學校、繁華商圈、交通樞紐、政府機關等）；停氣損失通過下游受影響的民用用戶/工業(yè)用戶進行等級評價。燃氣管道失效后果指標如圖4 所示。

圖4 燃氣管道失效后果指標

失效后果等級計算如式（4）所示：

式中，CON為失效事件后果等級；H—M分別為財產(chǎn)損失、人員傷亡、社會影響、停氣損失、管道維修影響的后果等級。

3 應用實例

對西南某市典型燃氣管段開展矩陣法半定量風險評價，識別其運行期主要風險因素及風險等級。

3.1 管段基礎數(shù)據(jù)

該管段為中壓燃氣管道途經(jīng)4 級地區(qū)的一段，于2009 年投產(chǎn)，截至評價時尚未發(fā)生失效事件。

最近一次定檢為2 a前，定檢未發(fā)現(xiàn)防腐層漏損點，表明防腐層質量較好；管段采用犧牲陽極的陰極保護，但現(xiàn)場無法找到陰極保護樁，無法進行陰極保護效果驗證；沒有排流措施。

3.2 失效可能性分析

根據(jù)管道基礎數(shù)據(jù)與現(xiàn)場勘察結果，將1.79 km管道視為1 個評價段，得到失效可能性等級為3 級，其各風險因素失效可能性等級結果如圖5 所示。

圖5 目標管道各風險因素失效可能性等級

3.3 失效后果分析

根據(jù)下游用戶、周邊環(huán)境等因素評價該管段失效后果，得到失效后果等級為4 級，其各類后果等級結果如圖6 所示。

圖6 目標管道失效后果等級

3.4 相對風險分析

目標管段綜合失效可能性等級為3 級，失效后果等級為4 級。根據(jù)風險矩陣，得到管段相對風險等級為較高風險，主要威脅因素為第三方損壞。

基于相對風險評價分析，提出目標管段制定風險削減措施的建議如下：完善路標標識，滿足城鎮(zhèn)燃氣管道路面標識間距要求，標識信息應齊全；保障管道巡檢、巡護質量，巡護時注意對閥井等管道附屬設施進行檢查、維護；加強對管道上方第三方施工的管控，避免施工方破壞管道；適當采取視頻監(jiān)控、設置固定的泄漏檢測裝置等措施，并加強應急管理，在人口密集位置設置警示告示牌，注明應急逃生路線；針對存在的交、直流干擾，開展專項評價。

4 結語

燃氣管道風險評價是實施燃氣管道各項完整性管理、風險管控工作的基礎。綜合準確性與可操作性，建議采用半定量矩陣模型開展燃氣管道風險評價。本文提出的風險評價指標體系已在國內(nèi)逾60 km鋼質燃氣管道開展示范應用，有效保障了其安全平穩(wěn)運行。