城市燃气管道风险评价分析

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摘要:概述了近二十年国内外管道风险评价的研究背景和现状，对城市燃气管道风险评价的基本步骤、重要事故风险指标的计算和风险评价准则进行了总结，以某城镇燃气管道为例，利用Phast软件计算了重要事故的伤害面积指标，并对结果进行了分析，最后对国内风险评价方法提出不足和展望。

关键词:城市燃气管道，风险评价，风险评价准则

1概述

近年来，随着我国城市化进程的加快，城市人口激增，加快了城市天然气管道的铺设，大部分城市已形成了密集的天然气管道网。影响燃气管道安全的因素有很多:首先是城市天然气管网的复杂性和密集性;其次，城市建设中的一些不合理规划和现有管道老龄化现象突出;此外，由于燃气本身极易扩散，又属于易燃易爆物质，且爆炸下限低，一旦发生泄漏，极有可能形成火灾、爆炸事故。因此，城市燃气管网的风险评价研究引起了广大科研工作者的重视。工程上风险的定义是事故后果和事故概率的乘积，即事故后果的期望。该定义综合了后果和概率的关系，能较好的反映实际风险的程度，是对城市管道进行风险评估的基础。风险接受准则是用来衡量风险评价结果的重要依据。考虑因素主要有个人风险、社会风险、经济风险和环境风险4个指标。其中个人风险衡量的是某一地点个体的伤亡概率，而社会风险衡量的是某一区域的总体情况。而经济风险指标的计算方法通常运用与F—N曲线类似的F—D曲线来表示，F—D曲线与经济损失的期望值可由经济损失的概率密度函数得出。最后，环境风险用于描述风险活动对自然环境或者周围建筑、管道设施的影响。

2管道风险评价方法研究

2．1国外研究现状

管道风险评价最早出现在美国，目前在欧美等发达国家已得到普遍应用。从20世纪70年代至今，经过近50年的发展，目前管道风险评估中最常使用的风险评价方法有危险与可操作性研究、层次分析法、模糊综合评价、肯特法、事故树法、故障树法、灰色关联度法等。如2005年Jo等［1］基于肯特法，利用地理信息系统(GIS)的人口密度信息计算事故的致死半径和累计致死半径，对肯特法进行了改进。2011年Y．Han等［2］将肯特法与事故树法、故障树法相结合计算风险后果。发现定量方法更适用于有毒气体扩散，喷射火焰等事故的风险评估，具体方法选择取决于天然气管道的实际基础数据和风险评估的精度要求。2014年Zhou等［3］基于QRA方法，分析了各重大事故风险的叠加效应。并根据HSE划分个体风险区域，实现将风险降到最低的情况下最大化的利用土地。2019年Tsinidis等［4］分析了不同地震强度下对应的管道破坏模式，并利用脆弱性曲线对天然气管道进行有地震效应的风险评估。结果表明脆弱性曲线的经验公式与实际地震响应有明显差异，需要对不同地震破坏模式进行修正。2019年Zhang等［5］将管道故障概率(P)和财产损失(L)的曲线图与ALARP原理相结合，将管道故障的后果统一量化为货币以制定经济损失风险可接受的标准。

2．2国内研究现状

我国的管道风险评估方法起步于20世纪90年代初，是在外国风险评价方法的基础上，基于我国国情进行改进的，主要运用了层次分析法、模糊评价法、肯特法、灰色理论法、贝叶斯概率法等。2008年黄小美等［6］以层次分析法为基础，由专家评分法确定最底层概率，结合权重的模糊综合评价法评得到了城市天然气管道总风险的级别。2009年王敏等［7］考虑到城市燃气事故的随机性，运用灰色理论对其进行预测。以上海的事故统计数据为基础，建立灰色预测模型，并对其可靠性与准确性进行检验。2014年杨燕鹏等［8］通过统计我国2005年—2012年间的压力管道事故伤亡数据，运用线性回归的方法进行分析，采用F—N曲线与ALARP准则相结合的方法确定我国压力管道的社会风险可接受准则。2016年赵新伟等［9］按照ALARP原则，结合中国油气管道历史事故数据统计分析，提出了中国油气管道风险可接受准则，给出了社会风险可接受判据的F—N曲线模型，以及个人个体风险可接受的临界值。2019年王文和等［10］提出基于贝叶斯网络的燃气管网动态风险分析方法，构建了燃气管网失效蝴蝶结模型并将其转化为贝叶斯网络模型。该模型能够在事故发生状态下更新事件失效概率，从而实现管网的网络动态风险分析。

3风险评价方法

3．1基本步骤

根据国内外文献和工程经验总结，管道风险评价方法是将事故后果和概率结合，直观量化风险等级。管道风险评价的方法很多，各有优缺点，但是其基本步骤可以总结如下:1)定义系统和范围，辨识危险源，并用可以量化的指标描述;2)确定事故风险指标的计算公式，进行事故情景概率和事故情景后果的综合计算;3)根据具体情况，如天气、地理位置、周围建筑，进行风险系数修正，综合计算事故风险值;4)根据风险的大小和社会可接受程度划分风险等级，采取适当的措施减少风险，直至风险达到可接受范围。

3．2重要事故风险指标计算

事故后果风险指标计算是风险评价基本步骤中的重点，这里以城镇燃气管道为案例进一步具体说明。城市燃气管道的重要事故包括燃烧(射流火、闪火)，爆炸(受限空间爆炸和开敞空间爆炸)等。事故的概率一般通过历史数据法或者专家权重评分的方式进行确定，这里不再赘述。而事故后果的风险指标一般通过实验或者软件计算获得。这里以某城镇埋地燃气管道为例，利用Phast软件模拟计算开敞空间，常温常压下的重要事故后果的伤害面积。现有某城镇埋地燃气管道，已知该管道总长800m，压力级制为中压A，管径200mm，埋地深度0．8m，周围环境为开敞空间，常温常压，风速1．5m/s。该地区由于监管良好，建立了该管段的历史数据库，结合地方燃气行业专家的评估，可以初步得到管道事故后果的发生概率，以方便后续综合风险计算。将上述基本条件导入Phast软件7．2后可以得到重要事故后果的伤害面积，见表1。由表1的模拟结果可以看出，城镇燃气管道在案例的条件下:小孔径(小于5mm)泄漏后点火，仅会发生闪火，基本不会发生射流火和开敞爆炸的情况;而对于开裂泄漏，泄漏核心区域点火会出现死亡和重伤情况，且能造成至少轻伤伤害的影响范围较大。得到事故后果的伤害面积指标后，接下来还需要结合具体情况，如事故情景后果发生概率、人口密度、财产密度、天气等情况进一步详细计算事故损失，综合求出定量的风险损失结果。

3．3后果评价准则

风险接受准则是用来衡量前面得出的风险评价结果的重要依据，表2对目前国内常用的风险评价准则进行了分类汇总。

4结语

通过对城市管道风险评价的探讨和总结，最后提出不足和展望:1)目前，云计算和大数据技术正逐步融入能源行业，推动能源—互联网行业的发展。现有风险评价管道数据一般使用单一的数据库，不同数据库间的导入和管理上有很大局限性。如果能将所有管道数据在一个统一的云端进行整合，结合人工智能技术比对和识别管道数据问题，可以大大提高管道风险评价数据的实时性和准确性。2)在实际情况中，管道风险事故风险指标的计算不仅取决于静态管道参数，还受到当地实时温度、风向风速、周围环境等动态环境参数的影响。气象条件是易忽略的，且对风险计算结果有较大影响的参数。因此管道风险评价体系必须综合考虑动态因素的影响，以提高预测实际风险的准确性。3)我国的风险评价体系起步较晚，是在国外风险评价体系的基础上提出的。实际上不同的国家和地区的风险标准是有差异的，例如针对地震频发、周围有危险建筑的高风险地区的燃气管道等。因此建立适应我国国情的科学、规范、系统的风险评价方法是目前亟待解决的问题。

参考文献:

［6］黄小美，李百战，彭世尼，等．基于层次分析和模糊综合评判的管道风险评价［J］．煤气与热力，2008(2):13-18．

［7］王敏，乔建江．城市燃气事故灰色预测模型及其应用［J］．安全与环境学报，2009，9(5):164-167．

［8］杨燕鹏，罗云，曾珠，等．压力管道社会风险可接受准则研究［J］．中国安全科学学报，2014，24(9):128-133．

［9］赵新伟，张华，罗金恒．油气管道可接受风险准则研究［J］．油气储运，2016，35(1):1-6．

［10］王文和，董传富，刘林精，等．基于贝叶斯网络的城市地下燃气管网动态风险分析［J］．中国安全生产科学技术，2019，15(5):55-62．

作者：张琼雅 张胜杰 单位：南京市燃气工程设计院有限公司