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城市燃氣管道風險評價技術現狀分析與思考

類別:天然氣安全 發布時間:2018-06-04 瀏覽人次:

摘要:本文以燃氣管道風險評價的發展趨勢為基點,介紹并分析了當前我國城市燃氣管道的特性和風險評價技術現狀以及常用的風險評價方法,針對風險評價存在的問題,重點闡述了筆者對燃氣管道風險評價研究的人因分析、適用性、相關性和完整性等方面的一些思考與建議。


隨著建設事業的高速發展,人們的環保意識越來越強,可以預見,在不久的將來,城鎮對作為清潔能源燃料—天然氣的需求必將迅猛增長,燃氣輸送管道必將快速興建。我國現有燃氣管道大多是上世紀70、80年代所建,它們大多面臨腐蝕、破裂等問題,因而必須對管道進行維修、更換,但如果對所有將到期或超期的管道都更換,沒有必要也不經濟,而管道風險評價技術可以對這些作出評測,給出維修、更換、預防事故的合理建議,減少事故發生的幾率,維護人們生命財產安全。同時管道風險評價既可用于已建管道,也可用于在建和擬建管道,為管道事業的發展做出應有貢獻。本文介紹了我國城市燃氣管道常用風險評價方法,并詳細闡述了自己的獨特構想,與同仁共同探討。


1、燃氣管道風險評價國內研究技術進展及局限


風險評價是對事故發生可能與后果嚴重程度的綜合度量,事先給出分析對象的風險預報。量化管道各管段的事故可能和后果嚴重度,評定其風險等級,進而實現分級管理和風險維修。國內從事管道風險評價的研究始于20世紀90年代中期,研究人員依托W.K.Muhlbauer的《管道風險管理手冊》,提出了一系列切實可行的用于油氣長輸管線的評價方案,促使油氣長輸管道的風險評估技術發展迅速。雖然我國學者已在長輸管道方面進行了大量研究并取得了眾多成果,但因我們自身條件限制,管道風險評價研究的許多領域尚未涉及,而對城市燃氣管網(線)的研究則更顯不足,“十五”科技計劃將城市燃氣管道的風險評估作為重點研究內容。而“十一五”國家科技支撐計劃已將“城市市政管線的安全可靠性”作為重點項目專題,其中包含了燃氣管線這一重要課題,由此可見管理層對燃氣管道安全運營的重視,也表明了進行城市燃氣管道風險評價的緊迫性和重要性。


城市燃氣管網不同于油氣長輸管線,其附屬設備眾多,燃氣管道風險影響因素(管網規劃、管道設計、第三方破壞等)也較長輸管線多許多,而且城市環境各不相同,燃氣管道特性也有所不同,加之70、80年代我國城市燃氣管道建設初期并沒有保留相應的數據資料,導致進行風險評價研究的資料大量缺失,投入使用后的管道運行工況完全依靠人工記錄,這些客觀因素增加了建立城市燃氣管道風險評價方法和模型的難度,削弱了管道風險評價的效用性和準確性、科學性。目前在城市燃氣管道風險評價方面尚未形成系統、完整的風險評估技術,常用的評價方法對管道運行的各種缺陷無法做實際意義上的定量的描述,評分的人為主觀性較大,評價結果與實際狀況有許多差異,實際應用受到一定局限。鑒于我國目前的燃氣管道管理和運行體制,對事故可能影響因素和控制措施以及事故后果嚴重度的評價更應考慮我國的價值取向,對社會、政治、經濟等多方面因素進行綜合分析后才能最終評定。因此,應該將管道的可靠性分析、檢測評價和風險分析等技術有機結合,形成一整套完整性評價技術與方法,為管道的運行管理、檢測、維修和更換提供全面、可行的依據和措施,提高現役管道運行的安全性和經濟性,形成我國特有的管理、操作、運行、維護的措施和技術規范。

城市燃氣管道風險評價技術現狀分析與思考

2、風險評價技術方法


風險評價根據潛在危險發生的概率確定風險的可接受程度,決定是否采取措施,以減少和降低潛在危險所帶來的預期經濟損失和人身安全。風險評價主要解決風險來源辨識、失效概率和失效后果評價等方面的問題。風險評價方法按評判的準確性來分有定性、定量和介于前兩者的半定量評價。前者對待評價對象做出定性評判說明;定量評價技術則利用統計概率論、可靠性技術等對風險做定量評價決策;半定量評價則介于兩者之間利用數值體現指標重要性,兼顧二者優勢,并能十分精確的進行評判。


2.1定性風險分析


定性分析是找出系統存在何種危險及誘因,這些因素在何種條件導致管道失效以及對系統的影響程度,制定出預防措施。該方法基于決策科學和統計理論,對存在的風險進行感性評價,根據專家觀點提供低、中、中高和高風險的相對等級評價結果,具有簡便、直觀、快速的特點,但不能量化事故發生的頻率和損失后果。常用故障樹分析法(或稱FTA)和故障類型及影響分析(或稱FMEA)。


FTA運用邏輯演繹法分析產生事故的原因和結果及事件間的某種特定組合關系,找到規避事故的措施。從某一特定事故出發,運用邏輯推理識別出潛在影響因素,求出事故發生的概率,提出風險控制方案。


FMEA建立在工程鑒定和預先準備好的工程數據的基礎上,是一種能對元件或系統進行風險評估的方法。從失效可能和失效后果兩方面以失效概率的形式對管線進行風險評價,為設備提供設計改進意見和為新項目提供指導,并處理有效信息,無需特別的軟件支持,且能用成熟的風險模型為工程技術人員提供確定性指導。


2.2半定量風險分析


管道風險半定量分析法以風險的數量指標為基礎,對管道事故損失后果和事故發生概率按因素的權重值各自分配一個指標,運用算術法將事故概率和后果嚴重度指標組合,從而形成一個相對風險值,能夠克服定量評價在實施中缺少數據的困難。常用方法有W.K.Muhlbauer的專家評分指標法和現在引入模糊數學的綜合評價法。


目前我國風險研究者普遍采用W.K.Muhlbauer的專家評價模型。該法通過對引起管線失效的各因素進行評分,結合管線失效后果,形成一個相對風險指標來表示總的風險程度。可分以下幾步:①綜合考慮評價的精確性和最優經濟性對被評對象合理分段;②對失效因素引起的危險大小分配評分指數和權重;③根據資料對各管段評分并求指數和;④確定泄漏影響系數并計算相對風險值。


引入模糊數學進行燃氣管道風險評價的半定量法,充分考慮城市燃氣管網的紛繁復雜,承認失效因素和相互關系的模糊性,并進行定量計算。為使城市燃氣管網評價結果更詳細精確,充分發揮模糊數學適于非線性系統或系統數學模型不準確甚至難建立的優勢,引入模糊數學方法將是極為有效的。通過專家使用模糊語言對失效因素引起管道失效的程度做出評判,構造權重向量和關系矩陣,得到模糊評判向量,從而對燃氣管道的風險等級做出評價。


2.3定量風險分析


定量風險分析利用隨機變量和隨機過程處理引起管道事故的因素,約定一個有明確物理意義的單位量化事故發生概率和損失后果,計算出管道的風險值,分析過程復雜但結果嚴密而準確,但必須建立完備的資料庫,掌握裂紋擴展和管材腐蝕等機理,建立數學模型求解,結果精確性取決于原始數據的完整性、模型的精準性和分析方法的合理性。評價結果可用于安全、成本、效益的分析,這是前兩類方法都做不到的。包括模擬仿真和概率法、結構可靠性評估等分析法。


模擬仿真和概率法利用蒙特卡洛原理從預先設定集合中隨機抽樣,對系統部件在多階段出現的不安全情形進行計算機仿真,分析各階段各元件可靠度因素,統計成敗情況,評估每一組合發生的概率和造成的后果,區分各因素對風險影響的重要程度,得到所需的多種故障和相關安全指標,以概率分布表示各結果。


結構可靠性評估以失效數據、分析模型、構件狀態假設等為基礎,并結合最優化技術、經濟分析,綜合考慮由分布函數描述影響因素的隨機變量,為結構可靠度的計算提供依據,確定是否需要維修或繼續觀察。對燃氣管網而言,需做管道靜態分析和壽命期內的綜合分析,是近幾年新興起來的定量評價方法。


3、管道風險評價的思考和建議


3.1建立評價的人因分析


隨著加工工藝的發展,設備自身的可靠性也提高,人的行為對系統安全性的影響也越來越大,人類心理存在潛在規律,情緒定律告訴我們,人百分之百是情緒化的。即使說某人很理性,但當這個人很有“理性”地思考問題的時候,也受到他當時情緒狀態的影響。經筆者調查,發現在現今燃氣管道風險分析中基本未考慮人因對評價的影響,而在燃氣管網的潛在風險中,人的行為(風險評價人員和管網沿線的社會人)是很重要的因素,貫穿燃氣管道風險評估的整個過程,對評價結果起決定性作用。有統計顯示,近年來因人為失誤引起的事故約占事故總數的80%~95%。其中單純就燃氣管道風險評價方面的影響因素而言,所涉及的人因筆者認為主要包括評價者的素質和管線周邊的社會群體。


評價人員素質對管道風險評價的影響主要表現為:①缺乏實踐經驗,理論素養淺薄。體現在辨識隱患的洞察力和時效性差、對評價對象的深層理解不夠,處理實際問題的能力不強等。②責任心缺失,敬業精神和意識不強。如實地取樣避繁、難就簡,調查數據不準確等。③公德意識和法律意識淡薄。體現在偽造數據,項目評價敷衍了事等。④評價人員的心理狀態:體現在評價人員在進行該項工作時的心情舒暢程度,態度端正與否,情緒狀況如何。我們知道人是受情緒控制的動物,情緒心態的好壞直接影響到人的意識行為,情緒的波動直接影響辦事的優劣。而就管線環境的社會群體而言主要包括:①管線周邊人員的人文素養;②管線周邊人員的安全意識;③管線周邊人員的生活水平和環境等。這些因素對燃氣管道的風險評價造成潛在影響,同時,研究中我們應當注重人的價值體現,值得我們深入研究。在對人的因素的研究中,涉及到行為學、心理學,社會心理學等方面的知識,人作為有思維能力和情緒化的動物,所實施的行為受到大腦意識的支配、調節以及心態變化的影響,故而人因在人類從事的各項活動中占有很重要的地位,在管道風險評價的眾多方面牽涉到人的因素,筆者認為十分有必要對其進行深入研究。


3.2建立合理的資料篩選制度


影響系統評價方案的優劣很大程度上受研究資料的影響,進行燃氣管道風險評價前我們必須要做的一項工作就是采集、篩選資料,資料采集的好壞直接關系到整個評估工作的效率和效果。資料篩選主要有以下幾方面:①歷史資料的詳實性,它將直接影響管道風險評價方案的選取、 制訂研究內容和方法以及風險評價的后續工作。②資料采集手段:研究人員應盡可能的通過多渠道、 多方式去獲取研究對象的資料,綜合采用試驗測試、現場調研、走訪管道設計方等獲取資料,而今有些研究者圖省事,采集方法單一,影響了評價結果的準確性。③資料的可信度和一致性,應仔細辨識資料的真偽,并盡可能親自去獲取研究對象的最原始資料, 達到數據與評價對象的一致性,從而提高風險評價的可行性和可信度。


3.3 評價方式和模型的選取分析


城市燃氣管道的特征與長輸油氣管道有許多差異,不能把評價長輸管線的方法照搬套用。 實際上,城市燃氣管道不同類型因素所蘊涵的內容往往有本質的差別,各影響因素的關系錯綜復雜,有些因素的交互作用非常強烈, 不宜忽略同類影響因素的相互關系,而應綜合考慮這種關系并采用分散賦值、健全模型等辦法評價。 城市燃氣管道在管道設計、施工、運行管理等方面有自身固有的特點, 如城市燃氣管網結構復雜、 設計規劃和建設周期、 腐蝕與防護方式、缺陷檢測等都跟長輸管線有很大差異,在選擇風險評估方法一定要考慮被評對象的特點以及可以獲得的資料, 根據城市燃氣管網的實際狀況確定合理的評價模型。對某些城市管網的相似環境、相似狀況可采取類比分析法對同類問題進行類比風險分析,節省分析時間、提高分析效率和效果。


3.4 建立燃氣管網的完整性評價和管理體系


完整性評價和管理是指管道公司根據不斷變化的管道因素, 獲取與專業管理相結合的管道完整性的信息, 持續地對管道潛在風險因素進行識別和評價,并采取相應的控制對策,將風險水平始終控制在合理的、可接受的范圍內, 以最終達到減少和預防發生管道事故、 經濟合理的保證管道的安全運行的目的。包括對管道本體的適用性評價、管道和站場設施故障診斷、地質災害評估等,并運用 IT 技術提升管道的完整性評價和管理水平。 當前國內對城市燃氣管道在完整性風險評價方面研究才剛剛起步,研究面較窄,由于燃氣管道廣布于密集的居民區,對居民生活影響很大,因此,進行完整性風險分析顯得尤為重要,為此我們應當聯合相關專業,充分借鑒國外研究成果,加大力度對這些方面進行深化研究,促使管道運行管理更科學。


3.5 加快通用性、相關性及指標體系建立研究


現今我們針對燃氣管道風險的研究僅局限于對管道局部和某一城市管網的研究, 單獨剝離各因素而未考慮因素間的相互聯系, 而實際影響因素是相互關聯的, 并且評估指標的選取方法不一致、 不全面, 或沒有足夠代表性使得對相同特性的管線也缺乏十分相近的認識。部分成果缺乏通用性,基本不能用于相似的城市燃氣管網, 管理層應組織制定一些通用的技術標準并加大這方面的投入。為此,筆者建議今后應加快管道風險評價的通用性研究, 綜合考慮并建立相對統一的技術標準和執行規范, 做到既科學合理,又兼顧完備性、獨立性、針對性、相關性,還能從總體上反映實際風險狀況的指標體系以更好的指導燃氣管道風險研究, 提高城市燃氣管網的安全水平。指標體系應力求符合具體情況,從實踐中提煉指標,通過評價并應用于實踐接受檢驗,不斷完善通用性指標,對于特定系統,應該靈活處理。


4、結束語


城市燃氣管道的風險構成是一個包含眾多因素和復雜內在關聯的體系,因此,我們必須利用決策理論,根據研究對象的實際情況建立合理模型,并選取適當的評價方法。 風險評估不僅預測了系統發生各項事故的概率, 而且分析了其發生的原因和造成的后果, 評價結果還能真實反映城市燃氣管網系統的安全狀況,幫助改進和降低損害事件發生的可能性,給燃氣公司提供合理預防信息,給管理層、操作者合理建議,進行最佳運行控制和提高對設備的可信度,從而帶來較大的安全效益和經濟效益, 促進城市整體安全水平不斷提高。


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