楊玉鋒1 薛吉明2 祁惠爽1 張強1 張希祥1 劉碩1

1.國家管網(wǎng)集團科學(xué)技術(shù)研究總院分公司；2.國家管網(wǎng)集團 

 

摘要：為加強對油氣管道風(fēng)險識別、評價(jià)與分級，借鑒國內外管道風(fēng)險評價(jià)軟件先進(jìn)經(jīng)驗，研發(fā)了油氣管道風(fēng)險評價(jià)模型及評價(jià)軟件，軟件包含第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、地質(zhì)災害、誤操作以及泄漏后果影響等七個(gè)方面的指標，可全面評價(jià)管道面臨的主要風(fēng)險因素；包含指標數據管理、動(dòng)態(tài)自動(dòng)分段、風(fēng)險計算、風(fēng)險折線(xiàn)分析、風(fēng)險矩陣自動(dòng)分級、風(fēng)險結果GIS可視化、風(fēng)險管理等核心功能，涵蓋從數據采集到輸出評價(jià)結果全流程。以某管道A為例闡述了采用該軟件開(kāi)展風(fēng)險評價(jià)過(guò)程和風(fēng)險評價(jià)結果，以某管道企業(yè)為例介紹了軟件的規�；瘧�用情況，可為油氣管道企業(yè)風(fēng)險評價(jià)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：管道風(fēng)險評價(jià)模型；風(fēng)險評價(jià)軟件；風(fēng)險折線(xiàn)；風(fēng)險分級；風(fēng)險結果可視化

 

油氣管道是國民經(jīng)濟重要基礎設施，我國現有85%的石油和99%的天然氣通過(guò)管道進(jìn)行輸送，一旦管道中斷供應，將直接威脅國家能源安全，影響人民群眾正常生產(chǎn)生活秩序。截至2023年底，我國油氣長(cháng)輸管道總里程已達18.5萬(wàn)公里，已基本建成連通海外、覆蓋全國的油氣主干管網(wǎng)，全國一張網(wǎng)初步形成。油氣管道已成為我國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的能源安全生命線(xiàn)，保障油氣管道安全可靠輸送是建設國家能源安全體系的重要組成部分。

1  工作依據

風(fēng)險評價(jià)是識別油氣管道系統各類(lèi)風(fēng)險和隱患的重要手段，國家監管部門(mén)和管道運營(yíng)企業(yè)都將風(fēng)險評價(jià)作為管控油氣管道風(fēng)險的重要手段�！妒�油天然氣管道保護法》規定了管道保護范圍、保護措施、法律責任等，為油氣管道的安全運行提供了法律保障。原國家安全監管總局等八部委聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于加強油氣輸送管道途經(jīng)人員密集場(chǎng)所高后果區安全管理工作的通知》（2017年），要求開(kāi)展管道沿線(xiàn)人口密集型高后果區識別與風(fēng)險評價(jià)。國務(wù)院安委會(huì )發(fā)布《油氣長(cháng)輸管道安全風(fēng)險專(zhuān)項治理工作》（2022年）等文件，明確提出了隱患排查治理、高風(fēng)險區域排查與評價(jià)、風(fēng)險管控聯(lián)動(dòng)機制等工作要求。其他指導性文件包括國務(wù)院安委辦印發(fā)的《落實(shí)大型油氣儲存基地安全風(fēng)險管控措施工作方案》（2022年），應急管理部印發(fā)的《油氣儲存企業(yè)安全風(fēng)險智能化管控平臺建設指南（試行）》（2022年）以及國家應急管理部印發(fā)的《長(cháng)輸管道人口密集型高后果區風(fēng)險評估指南》（2024年）等。

目前，現行關(guān)于管道風(fēng)險管理的國家標準有4項、行業(yè)標準有5項。GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》、GB/T 27512―2019《埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險評估方法》、GB/T 34346―2017《基于風(fēng)險的油氣管道安全隱患分級導則》、GB/T 38076―2019《輸油管道環(huán)境風(fēng)險評估與防控技術(shù)指南》等明確要求油氣管道應定期開(kāi)展風(fēng)險評價(jià)。

2  管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)及軟件研究

2.1  管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)進(jìn)展

管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)按照量化程度可分為定性法、半定量法和定量法[1]。當前管道定性風(fēng)險評價(jià)方法應用較少，半定量風(fēng)險評價(jià)方法和定量風(fēng)險評價(jià)方法是管道行業(yè)研究的熱點(diǎn)，在管道企業(yè)中應用也較為廣泛。管道半定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)一般針對管道全線(xiàn)開(kāi)展，側重于識別危害因素和評價(jià)失效概率，發(fā)現管道的主導風(fēng)險因素。管道定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)一般針對高后果區等關(guān)鍵區域，側重于評價(jià)管道失效后果，通常用于分析泄漏后可能引發(fā)火災、爆炸的影響范圍和安全距離。

我國長(cháng)輸油氣管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)研究起步于20世紀90年代，1995年著(zhù)名油氣儲運專(zhuān)家潘家華教授在《油氣儲運》雜志上介紹管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)后，很快引起管道企業(yè)管理和科技研究人員的關(guān)注[2-3]。21世紀前10年管道半定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)得到快速發(fā)展，中國石油、中國石化，西南石油大學(xué)、中國安全科學(xué)研究院等科研機構和院校在管道線(xiàn)路風(fēng)險評價(jià)領(lǐng)域做了大量研究工作[4]。如嚴大凡、翁永基等出版《油氣長(cháng)輸管道風(fēng)險評價(jià)與完整性管理》，姚安林等提出我國管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)的發(fā)展戰略，構建了管道第三方損壞事故樹(shù)等[5-7] 。

2.2  管道風(fēng)險評價(jià)模型

基于威脅與防護風(fēng)險評價(jià)模型將影響管道安全運行的風(fēng)險因素分為第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、地質(zhì)災害、誤操作以及泄漏后果影響等七個(gè)方面。該模型系統分析了各個(gè)指標之間的邏輯關(guān)系，對每個(gè)指標進(jìn)行賦值評分，綜合分析各風(fēng)險因素引起管道泄漏的可能性及泄漏后的事故嚴重程度，建立指標體系。

在管道風(fēng)險評價(jià)模型構架中（圖1），將六類(lèi)失效可能性的風(fēng)險因素的分值設定在0～1之間，將4類(lèi)失效后果的分值設定為1～5級，利用故障樹(shù)對評價(jià)因素進(jìn)行梳理，建立邏輯計算模型，利用風(fēng)險矩陣的直觀(guān)形象特點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險分級。該模型綜合考慮了導致管道失效的各種因素，梳理了各因素之間的邏輯關(guān)系，通過(guò)應用內外檢測數據，使得評價(jià)結果更加符合實(shí)際情況。

圖 1 管道風(fēng)險評價(jià)模型架構

2.3  管道風(fēng)險計算方法

（1）管段風(fēng)險計算方法。油氣管道為線(xiàn)性工程，在風(fēng)險評價(jià)過(guò)程中需要根據管道屬性對管道分段，以管段為單元開(kāi)展風(fēng)險評價(jià)，根據各個(gè)管段的失效可能性與失效后果計算結果，得到各個(gè)管段的風(fēng)險值，管道風(fēng)險計算公式如下：

式中，R為風(fēng)險值，L為失效可能性值，C為失效后果值，k為失效原因編號（1～6分別代表第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、誤操作、地質(zhì)災害）。

失效可能性分值在0～1之間，分值越大表示越可能發(fā)生。失效后果分為5級，等級越高表示后果越嚴重。風(fēng)險值為兩者的乘積，值越大表示風(fēng)險越大，最后將風(fēng)險分為4級。

（2）管道總風(fēng)險計算方法。從兩個(gè)角度進(jìn)行說(shuō)明管道總體風(fēng)險情況，根據木桶理論，管道整體風(fēng)險由風(fēng)險最大的管段決定，取管道全線(xiàn)風(fēng)險最大管段風(fēng)險值為風(fēng)險極值，反映管道整體風(fēng)險情況。同時(shí)計算管道全線(xiàn)風(fēng)險均值，采用里程加權平均的方式計算管道風(fēng)險均值，計算公式如下： 

式中，R為風(fēng)險均值；j為管段編號，j=1，2……，J；Rj為管段 j 風(fēng)險值；lj為管段 j長(cháng)度。

（3）風(fēng)險分級方法。風(fēng)險分級準則的研究以4萬(wàn)公里管道風(fēng)險數據為基礎，對管道風(fēng)險值分布情況進(jìn)行統計分析，測試評價(jià)模型計算的準確性，并研究了風(fēng)險分級準則；制定了風(fēng)險分級閾值，實(shí)現了風(fēng)險評價(jià)結果的自動(dòng)分級。

2.4  管道風(fēng)險評價(jià)軟件功能模塊

在基于威脅與防護邏輯的評價(jià)模型基礎上，研發(fā)了管道風(fēng)險評價(jià)軟件和管道風(fēng)險數據采集App兩款軟件，可實(shí)現移動(dòng)端采集數據、云端儲存、評價(jià)結果展示等功能。包括數據管理、風(fēng)險計算、結果查詢(xún)、風(fēng)險管理、風(fēng)險地圖和幫助6個(gè)功能區，每個(gè)功能區包括多項子功能，實(shí)現新建評價(jià)項目、數據錄入、風(fēng)險計算、結果查詢(xún)等功能。軟件采用分類(lèi)線(xiàn)性數據管理技術(shù)，基于動(dòng)態(tài)分段技術(shù)，全面細致反映管道沿線(xiàn)風(fēng)險，評價(jià)結果直觀(guān)，表現形式多樣。利用多種工具分析導致風(fēng)險的根本原因，有利于提出可操作性強的管理建議。采用量化風(fēng)險矩陣，自動(dòng)確定管道風(fēng)險等級；利用風(fēng)險致因分析，提出風(fēng)險管控建議措施。積累了連續多年的風(fēng)險評價(jià)數據與結果，匯成管道風(fēng)險數據庫，自動(dòng)學(xué)習優(yōu)化模型，打造智慧系統。

3  風(fēng)險評價(jià)技術(shù)推廣應用情況

3.1  某管道風(fēng)險評價(jià)應用案例

某輸油管道A線(xiàn)路全長(cháng)約758 km，設計輸量為700×104 t/a，設計壓力6.3 MPa。管道規格為Ф508×7.1 mm，管材一般段采用L415螺旋縫埋弧焊鋼管，穿越段采用L415直縫埋弧焊鋼管。以該管道為例分析管道風(fēng)險評價(jià)軟件的主要功能和計算結果。

（1）數據采集與分段。軟件能夠根據錄入的數據實(shí)現自動(dòng)分段，按照一個(gè)屬性值變化即劃分一個(gè)新管段的原則，將管道劃分為多段（圖 2）。以管段為評價(jià)單元開(kāi)展評價(jià)工作，每個(gè)管段都會(huì )計算得到一個(gè)風(fēng)險值，根據風(fēng)險值對各個(gè)管段風(fēng)險進(jìn)行排序。根據分段方法，軟件將A管道全線(xiàn)劃分為946段，并逐段進(jìn)行了風(fēng)險計算。

圖 2 管道動(dòng)態(tài)分段示意

（2）風(fēng)險折線(xiàn)圖。針對油氣管道線(xiàn)性工程的特點(diǎn)，軟件以風(fēng)險折線(xiàn)圖的形式展示管道全線(xiàn)風(fēng)險變化情況。風(fēng)險折線(xiàn)圖中的橫坐標代表管道里程，縱坐標代表管道風(fēng)險值，可直觀(guān)分析管道風(fēng)險隨著(zhù)管道里程變化情況，進(jìn)而識別出風(fēng)險部位。

根據風(fēng)險評價(jià)結果，A管道全線(xiàn)風(fēng)險值位于0.18～2.2之間（圖 3），風(fēng)險較高位置主要集中在959 km～1300 km之間的管段。該地區人類(lèi)活動(dòng)較頻繁，第三方損壞風(fēng)險較大，外腐蝕檢測結果顯示，防腐層缺陷主要集中在該區域。同時(shí)該段屬山區，地形復雜，易發(fā)生地質(zhì)災害，地質(zhì)災害風(fēng)險點(diǎn)占全線(xiàn)78%。風(fēng)險值最大管段分別位于859 km～960 km、972.1 km～972.5 km、1230 km～1232 km等管段。

圖 3 管道全線(xiàn)風(fēng)險折線(xiàn)圖

通過(guò)軟件可進(jìn)一步對風(fēng)險評價(jià)結果分類(lèi)展開(kāi)分析，分析第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、地質(zhì)災害等不同類(lèi)型的風(fēng)險因素導致的失效可能性。

根據分類(lèi)失效的可能性分布情況（圖 4），A管道第三方損壞導致失效可能性分值范圍在0.0243～0.2966之間，管道外腐蝕失效可能性分值在0.0065～0.0742之間，管道內腐蝕失效可能性分值在0.0097～0.0138之間，管道制造與施工失效可能性分值為0.0225，管道地質(zhì)災害失效可能性分值在0～0.112之間。管道主導風(fēng)險因素為第三方損壞，其次為地質(zhì)災害，應當將這兩類(lèi)風(fēng)險因素作為管道風(fēng)險管控的重點(diǎn)。

圖 4 管道失效可能性評價(jià)結果

軟件可分析管道失效后果分布情況，其中后果值較大的位置是管道泄漏后導致較大的人員傷亡、環(huán)境影響、財產(chǎn)損失或停輸影響的區域。

依據折線(xiàn)圖分析結果，失效后果的最大值為8.05，該處為管道穿越某大中型河流，河流下游匯入黃河，距離黃河約23 km，一旦發(fā)生泄漏后果十分嚴重。失效后果值在6以上的區域均為人口密集地區，主要為社區、工廠(chǎng)建筑群、學(xué)校等區域，該類(lèi)地區一旦發(fā)生管道泄漏、著(zhù)火、爆炸等事故事件，會(huì )造成較大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

（3）風(fēng)險分級。軟件可以實(shí)現對管道全線(xiàn)的風(fēng)險分級，根據管道動(dòng)態(tài)自動(dòng)分段結果，并對每個(gè)管段進(jìn)行編號，根據各個(gè)管段失效可能性分值和失效后果分值確定管道的風(fēng)險等級。通過(guò)風(fēng)險矩陣將管段風(fēng)險分為高、較高、中、低4個(gè)級別。A管道全線(xiàn)高風(fēng)險5段，較高風(fēng)險216段，中風(fēng)險395段，低風(fēng)險330段。

（4）制定風(fēng)險控制措施。在軟件風(fēng)險管理模塊可完成管道風(fēng)險管段篩選和風(fēng)險控制措施制定。根據風(fēng)險計算結果，篩選出需要重點(diǎn)管理的風(fēng)險區域，并進(jìn)一步制定風(fēng)險控制措施和風(fēng)險消減計劃。針對選定的風(fēng)險管段，需要明確主要風(fēng)險因素、風(fēng)險特征、已采取的風(fēng)險控制措施、風(fēng)險是否控制到可接受范圍、風(fēng)險控制措施分類(lèi)、風(fēng)險控制措施詳細描述、風(fēng)險控制措施費用與實(shí)施時(shí)間、應急預案與現場(chǎng)處置方案。通過(guò)風(fēng)險管理模塊可以直接導出管道風(fēng)險管段及管控措施一覽表，作為管道管理單位開(kāi)展風(fēng)險控制措施的依據。

3.2  風(fēng)險評價(jià)軟件規�；瘧�用

2022年，國家管網(wǎng)集團公司將管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)及軟件列入首批集團公司級技術(shù)推廣目錄，在集團公司范圍內開(kāi)展科技成果轉化與推廣應用，目前已在12家區域公司完成了8.9萬(wàn)余公里管道基礎信息入庫，組織開(kāi)展了多輪次技術(shù)培訓，實(shí)現了技術(shù)的全面推廣應用，有效實(shí)現了風(fēng)險分級與管控。

4  結語(yǔ)

管道安全運行關(guān)系管道沿線(xiàn)人民群眾生命財產(chǎn)安全，是公共安全的重要組成部分，管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)是識別、評價(jià)和管控管道運行風(fēng)險的重要技術(shù)手段。2000年以來(lái)，國內外管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)、標準和軟件均取得了快速進(jìn)步，風(fēng)險評價(jià)技術(shù)基本成熟并得到廣泛應用。油氣管道風(fēng)險評價(jià)模型及評價(jià)軟件可實(shí)現對油氣管道風(fēng)險識別、評價(jià)與分級，已經(jīng)在9萬(wàn)余公里管道規模應用，對于保障油氣管道安全運行發(fā)揮了重要作用。隨著(zhù)油氣管道運營(yíng)進(jìn)入到“智能管道、智慧管網(wǎng)”時(shí)代，以數據為核心的動(dòng)態(tài)管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)將成為研究熱點(diǎn)，未來(lái)以動(dòng)態(tài)數據為核心的管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)將在管道安全運行中發(fā)揮更加重要的作用。

 

參考文獻：

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作者簡(jiǎn)介：楊玉鋒，1985年生，高級工程師，博士，主要從事管道完整性管理及風(fēng)險評估方向的研究工作。聯(lián)系方式：13426368869，yangyf@pipechina.com.cn。