孟濤1 王德國2 李長春1 王新華3

1.中國特種設備檢測研究院； 2.中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院 ；3.北京工業大學機械與電子工程學院

 

 

摘要： 針對城鎮聚乙烯燃氣管道的運行安全問題，以我國某城鎮聚乙烯燃氣管道基于半定量風險評價技術的應用為例，依照基本流程，分析埋地管道的失效可能性及失效后果，并綜合評價管道各位置的安全風險等級，表明該技術可實現聚乙烯管道按風險等級進行科學管理，并進一步減小失效發生的可能性，以保證管道安全、經濟、合理運行。

關鍵詞： 城鎮聚乙烯燃氣管道；半定量風險評價技術；風險等級；應用

 

 

GB 50028―2006《城鎮燃氣設計規范》規定，在中低壓燃氣管網建設中將聚乙烯作為首選管材，取代傳統的碳鋼、鑄鐵管材等[1]。目前國內外對聚乙烯燃氣管道的研究還停留在原料選擇、質量控制和工程施工等方面[2-3]，對風險評估的研究比較少。因此，建立符合我國國情的城鎮聚乙烯燃氣管道風險評估方法，預防管道事故的發生，保護人民群眾的生命和財產安全，具有重要的社會意義和工程價值。

1 聚乙烯燃氣管道風險評估技術

聚乙烯燃氣管道風險評價采用半定量風險評價技術[4-5]。首先，確定所有的失效事故因素并評價失效可能性。其次，計算管道的失效后果，包括人、物與環境損失。最后，綜合評價失效可能性和失效后果確定風險等級。基本流程如下。

（1）管段劃分。依據事先所確定的劃分準則將管道分成若干個可能具有相同風險等級的段，恰當的劃分準則即當出現重要的變化時，插入分段點，準則的確定與成本開支和期望的數據精度有關。

（2）風險影響因素確定。即導致發生事故的因素和影響其后果嚴重程度的因素。

（3）各管段失效可能性確定。在評價失效可能性上，不同的評價模型會有側重點的差異，但通常包括第三方破壞、設備（裝置）及人員操作、本體安全等方面。

（4）各管段失效后果嚴重性確定。各管段的失效后果與輸送介質的危險性、泄漏影響范圍、泄漏點周圍環境情況及周圍人口密度大小密切相關，具體包括人員傷亡、財產損失和社會環境等無形損失。

（5）各管段失效風險值確定。風險值等于失效可能性與失效后果的乘積。

（6）各管段風險等級確定。根據各管段失效可能性和失效后果計算出失效風險值，再依據分級準則進行風險等級確定。

1.1 管段劃分

將待評價的管道劃分為多個管段能夠提高每個管 段的評價準確度，管段將作為最小的風險值比較的單元，通過計算得到每個管段相應的風險值，然后對所有管段進行風險排序。管段的劃分主要考慮的因素包括：管道周圍人口密度、建筑物、土壤情況、運行壓力、管道規格和服役時間等。

1.2 管段失效可能性確定

采用故障樹分析法對管道風險因素進行識別。在此基礎上，利用下行法及布爾代數化簡故障樹（圖 1），求解故障樹最小割集，得到結構重要度系數的大小，從而獲取影響管道失效的主要影響因素。基本事件結構重要度系數越大，該基本事件對頂事件發生產生的影響也越大，應采取措施控制這些結構重要度系數較大的基本事件的發生。

第三方損壞主要是從地面活動情況、管道埋深、環境影響、地面裝置及其保護措施、占壓、管道標識、巡線、公眾教育等方面進行評價，該類信息主要根據相關工作人員提供的信息和沿線檢測及詢問調查確定。

管道本質安全主要從設計施工控制、檢測及評價計劃、自然災害及其防范措施等方面進行評價。各項評價得分是依據甲方工作人員提供的信息及沿途調查確定，對資料信息不完全和不詳的項，選擇相對保守的分數。

設備（裝置）及操作主要從設備（裝置）功能及安全質量、設備（裝置）維護保養規程、設備（裝置）操作規程、人員培訓與考核、安全管理制度、防錯裝置等方面進行評價。其中，各項評價得分是依據相關資料、甲方提供信息以及現場檢測確定，對資料信息不完全和不詳的項，選擇相對保守的分數。

通過故障樹分析，獲得聚乙烯燃氣管道49個最小割集，選取結構重要度系數較大的因素，建立聚乙烯燃氣管道重大危險源評價指標體系，失效可能性總分為100分。

1.3 管段失效后果嚴重性確定

參考埋地鋼質管道失效后果的主要因素，從介質的短期危害性、介質最大泄漏量、介質的擴散性、人口密度、沿線環境、泄漏原因和供應中斷對下游用戶影響等七個方面對聚乙烯燃氣管道失效后果進行評分，總分150分。如表 1所示。

失效后果得分為各個指標得分之和，每個指標得分為其下設的一個或多個子評分項之和，下設子評分項的得分為其下設所有子評分項得分之和。從每個評分項或子評分項下設的各列項中，單一選擇最接近實際情況的列項，從而確定該評分項或子評分項的得分。

1.4 管段風險等級確定

埋地PE管道的風險等級可分為風險絕對等級和相對等級。前者是按照統一標準劃分的風險等級，使得不同管道的風險具有可比性；后者隨被評價管道的不同而不同，在不同管段之間具有可比性，體現了不同管段之間的相對差別。各管段風險值的計算滿足下式：

風險值=失效可能性×失效后果得分 （1）

風險絕對等級劃分如下：

低風險絕對等級： [0， 3600）；

中等風險絕對等級： [3600， 7800）；

較高風險絕對等級： [7800， 12600）；

高風險絕對等級： [12600， 15000）。

2 半定量風險評價技術的應用

2.1 管線基本情況概述

某城鎮聚乙烯燃氣管道， 2003年建成投用至今，材質PE80/PE100，標準尺寸比SDR11.0和SDR17.6，規格為DE50～DE250。管道主要敷設于經濟發達和人口密集的市區，沿線居民樓、辦公樓、公共場所較多，來往車輛、行人頻繁。

2.2 管段劃分

本次評價以檢測結果、綜合人口密度、環境狀況、管道規格等劃分管段，結果見表 2。

2.3 管道失效可能性評分

失效可能性評分基本模型包括第三方損壞、設備（裝置）及人員培訓、管道本質安全質量三個部分。每個部分包括若干評分項，將每個部分中的各評分項的得分相加，得到第三方損壞得分S31、設備（裝置）及人員培訓得分S32、管道本質安全質量得分S33，并按照下式計算失效可能性得分

S：S＝100－（0.5S31＋0.25S32＋0.25S33） （2）

各管段的失效可能性得分見表 3。

從表 3可知：失效可能性得分范圍為48.5～59.2，失效可能性差別較大主要是因為各管段人口密度、交通繁忙程度、占壓情況、埋深情況不同而引起。

2.4 失效后果評分

埋地聚乙烯燃氣管道失效后果評分從介質的短期危害性、介質的最大泄漏量、介質的擴散性、人口密度、沿線環境、泄漏原因和供應中斷對下游用戶影響七個方面進行半定量評分，失效后果得分為每個指標的得分之和。

從表 4看出，管道失效后果得分范圍為65～81，介質泄漏后能擴散到相當遠的地方，且與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱可引起燃燒甚至爆炸，由此引起的管道事故可以造成較大的人員傷亡及財產損失，一旦中斷供應會對正常生產生活秩序產生嚴重影響。

2.5 風險計算及等級劃分

按公式（1）計算各管段的風險值如表 5所示。

結果表明，風險值范圍為3152.5～4596.8，中等風險值居多。表 6統計了管道風險等級的比例。

結果表明，管道風險等級以中等風險絕對等級為主。

3 結束語

通過對城鎮聚乙烯燃氣管道開展風險評價，按風險大小進行排序，從而將管理和有限資源重點集中在高風險管道上，最大限度避免管道安全事故的發生，在降低風險的同時減少管理成本，提高管道運營效益。

 

參考文獻：

[1] 任峰.基于風險分析的城市燃氣埋地聚乙烯管道檢測技術[J].城市燃氣， 2018(3)： 4-7.

[2] 陳鋼，左尚志，陶雪榮，等. 承壓設備的風險評估技術及其在我國的應用和發展趨勢[J]. 中國安全生產科學技術. 2005， 1(1)： 31-35.

[3] W. Kent Muhlbauer. 楊嘉瑜等譯. Pipeline RiskManagement Manual[M]. 中國石化出版社. 2005.

[4] 孟濤，何仁洋，左尚志. 半定量風險評價技術在居民區埋地LPG管道中的應用[C]. 第三屆全國管道技術學術交流會議. 2006.

[5] 陳利瓊. 在役長輸管線定量風險分析技術研究[D].成都：西南石油學院. 2004.

 

項目來源： “ 質檢公益性行業科研專項項目 ”（201310159）。

作者：孟濤，男， 1977年生，山東省萊蕪市人，高級工程師。 2005年7月畢業于北京工業大學機械電子學院機械電子專業，獲碩士學位。現就職于中國特檢院，從事壓力管道檢驗檢測及完整性管理研究工作。