摘 要：以美國城市燃氣管道系統(tǒng)事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，將導致管道事故的風險因素按照7個類型進行分類，分析各個風險因素導致的管道事故數(shù)量以及產生的后果，對各個風險因素的風險進行計算和排序。分析了各個風險因素在管道建設與運行過程中的主要表現(xiàn)形式。
關鍵詞：城市燃氣管道； 風險因素； 可能性；后果； 風險分析
Analysis of Risk Factors for City Gas Pipeline System
Abstract：Taking accident statistics data of city gas pipeline systems in United States for example，the risk tactors causing pipeline accidents are classified into 7 types．The number and consequences of pipeline accidents caused by various risk factors are analyzed．The levels of various risk factors are calculated and ranked．The main expression forms of various risk factors during the pipeline construction and operation are analyzed．
Keywords：city gas pipeline；risk factor；probability；consequence；risk analysis
1 概述
隨著我國經濟的快速增長以及人民生活水平的不斷提高，對能源的需求大大增加，人們對環(huán)境問題的關注度也逐年上升，因此，低污染、高熱值的燃氣在我國能源結構中所占的比例逐年攀升。城市燃氣業(yè)務的持續(xù)發(fā)展，使得燃氣管道安全越來越成為一個廣為關注的焦點，如何保障燃氣管道安全運行成為各管道燃氣運營者首先要考慮的問題[1]。
城市燃氣管道系統(tǒng)是城市安全的一個重要環(huán)節(jié)。事實上，在管道燃氣發(fā)展的歷程中，每年都會發(fā)生由各種原因造成的燃氣管道事故。其中比較典型的有：2004年7月30日，比利時南部天然氣廠內燃氣管道發(fā)生爆炸，造成14人死亡，200人受傷。2004年8月2日，巴拉圭首都亞松森一商城內燃氣管道爆炸導致火災，現(xiàn)場造成250多人死亡，數(shù)百人受傷。2009年5月9日，俄羅斯莫斯科發(fā)生天然氣管道爆炸，并引發(fā)了莫斯科自二戰(zhàn)結束以來規(guī)模最大的城市火災。
2 城市燃氣管道事故數(shù)據(jù)分析
2.1 城市燃氣管理事故特點
城市燃氣管道屬城市市政工程，輸送介質本身易燃易爆，并處于一定的壓力狀態(tài)，因此，城市燃氣輸配管網具有較大的危險性。城市燃氣供應系統(tǒng)事故中，輸配環(huán)節(jié)的事故頻率較高，極易引發(fā)爆作、人員中毒和傷亡事故。城市燃氣管道包括高壓、次高壓、中壓、低壓管道，管網周邊環(huán)境復雜多變，管材種類多，管徑規(guī)格多，壓力變化頻繁，管網多為環(huán)狀，閥門、調壓裝置、凝水缸等設施密布。整個城市燃氣管道就是一個帶壓運行的復雜大系統(tǒng)，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障或者受到外界影響，都可能導致運行中斷或事故發(fā)生[2]。
由于城市燃氣管道系統(tǒng)分布在入口、公共設施集中的區(qū)域，每一個環(huán)節(jié)都可能發(fā)生事故。事故一旦發(fā)生，不僅造成嚴重的人員傷亡和財產損失，而且往往引發(fā)社會不安全感、環(huán)境污染等問題。因此，城市燃氣管道事故具有社會性、突發(fā)性和復雜性的特點[3-6]。
2.2 城市燃氣管理故事統(tǒng)計數(shù)據(jù)
城市燃氣管道事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)是分析管道風險因素的有效途徑，分析管道歷史失效事故數(shù)據(jù)和造成這些事故的原因，對于研究管道風險因素具有重要意義[7-8]。我國城市燃氣業(yè)務起步較晚，沒有系統(tǒng)的管道事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此，本文詳細研究美國1992年以來的城市燃氣管道的失效數(shù)據(jù)。通過分析美國1992—2011年各種原因引起的2632起燃氣管道重大事故的數(shù)據(jù)，將管道事故數(shù)據(jù)進行分類整理，分析各個類型事故所占的比例，從而確定城市燃氣管道的主導風險因素。針對美國全國20年的燃氣管道失效數(shù)據(jù)，根據(jù)造成管道事故的原因進行分類，分類結果見表1。
根據(jù)表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，城市燃氣管道事故主要分為7個大類，其中，“其他外力損壞”是指除了開挖損壞和自然外力損壞之外的外力損壞，一般指碾壓、撞擊、占壓等風險因素；“其他原因”是由于事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)中沒有記錄事故原因分類，導致事故原因不明。7類風險因素導致的管道事故數(shù)量差異較大，事故最多的類型為開挖損壞，其數(shù)量為1005起；事故最少的類型為腐蝕，其數(shù)量為77起。
不同類型風險因素導致的事故類型也不相同，使得管道事故造成的后果差異也較大。例如，開挖損壞一般對管道破壞較大，會導致氣體大量泄漏，產生火災爆炸的可能性較大；而腐蝕類型風險一般是腐蝕穿孔，泄漏孑L徑較小，產生的后果也較小。
本文中管道事故后果主要從人員傷亡和財產損失兩個方面進行分析。圖1顯示了美國1992—2011年燃氣管道事故中各個風險因素導致的傷亡人數(shù)統(tǒng)計，例如，美國1992—2011年城市燃氣管道事故中，開挖損壞共造成了119人死亡和433人受傷，腐蝕類型事故導致了11人死亡和66人受傷。
圖2顯示了美國1992—2011年燃氣管道事故中各個風險因素導致的財產損失統(tǒng)計，其中，自然外力損壞類事故造成財產損失最多，為5.06×108美元；腐蝕類事故造成的財產損失最小，為914.2×104美元。
3 風險因素等級分析
①風險計算方法
根據(jù)不同事故類型發(fā)生的數(shù)量和造成的人員傷亡、財產損失情況，進行分析計算，確定7類風險因素的風險排序。城市燃氣管道系統(tǒng)風險的計算主要考慮兩個方面：
a．事故發(fā)生的可能性，主要通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的事故數(shù)量及其占全部事故的比例確定。
b．事故后果大小，主要是指導致的損失或損害的程度，主要通過導致的傷亡人數(shù)、財產損失來考慮。
城市燃氣管道風險計算公式為[9]：
R＝LC (1)
式中R——風險
L——事故發(fā)生可能性，本文中用分值表示
C——事故后果，本文中用分值表示
可能性分級準則見表2，事故后果分級準則見表3。
②風險計算與等級劃分
根據(jù)表1、圖1、2中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，按照表2、3中制定的準則進行評分，通過式(1)計算城市燃氣管道風險因素等級。事故發(fā)生可能性評分結果見表4，事故后果評分結果見表5。
根據(jù)事故發(fā)生的可能性和后果評分結果，按照式(1)進行計算，城市燃氣管道7類常見風險因素排序見表6。
通過對城市燃氣管道系統(tǒng)風險因素的分析可知，開挖損壞導致的管道風險最高，其次為其他原因和其他外力損壞。
4 主要風險因素的表現(xiàn)形式
在事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，事故原因不明或未記錄的因素列入“其他原因”，因此，本文不對“其他原因”進行分析。
4.1 開挖損壞
城市燃氣管道作為市政設施，其開挖損壞風險因素主要包括以下3方面：
①在燃氣管道附近進行的城市市政建設活動不同程度地影響管道的安全，尤其是道路、鐵路建設及埋設其他埋地物等[10]。
②燃氣管道與給排水管道、熱力管道、通信電纜和電力電纜等其他市政管線交叉并行，其他的市政管線可能存在維修、改建、擴建、應急等行為，會產生交互影響。
③管道地面標志不明確，管道地面標志主要包括：警示牌、管道轉彎處、三通、四通處標志等。若標志不明確，則第三方施工人員無法確定管道的具體位置，增加開挖損壞風險。
4.2 其他外力損壞
①碾壓風險因素，如穿過或沿公路敷設的燃氣管道，汽車(尤其是重型車輛)經過時對地面存在擠壓作用。在周期性或非周期性的沖擊作用下，燃氣管道可能發(fā)生應力蠕變等，時間一長，因疊加效應而導致管道出現(xiàn)裂紋，甚至破裂。
②碰撞風險因素，城市燃氣管道系統(tǒng)容易受外力破壞的地上設施主要是調壓裝置和閥門。如果發(fā)生有些司機違章駕駛，或者管道系統(tǒng)防護措施不到位，將存在車輛撞壞調壓裝置和閥門的可能性。
③占壓風險因素，一般包括房屋占壓、機具占壓、其他占壓等，長期占壓會導致地基下沉，從而導致管道變形、開裂[10]。
④火災爆炸因素，城市燃氣管道周邊若存在易燃易爆品倉庫，發(fā)生城市火災或爆炸事故時會對燃氣管道設施產生較大危害。
4.3 自然外力損壞
自然外力風險因素主要包括：土體移動、大雨、洪澇、雷電、溫度變化等。
①土體移動，主要是地震、滑坡、坍塌、地面沉降等可能造成管道發(fā)生位移或者變形，導致部分地段管道應力集中，增加運行風險。
②大雨和洪澇，主要在管道穿越地段導致河溝道水毀或者坡面水毀，容易發(fā)生露管或沖斷管道。
③雷電對管道系統(tǒng)的危害是可能會擊壞管道設施，主要是對架空敷設的管道產生威脅；溫度變化會導致管道和土壤層的熱脹冷縮，在高寒地區(qū)凍脹融沉是管道安全運行的重大風險因素。
4.4 誤操作
①設計誤操作，主要是由設計人員在設計中工作不認真，未積極配合協(xié)商，技術水平低下，無實際經驗等而造成，主要表現(xiàn)為設計壓力不能滿足長期發(fā)展需求導致超壓運行，安全保護系統(tǒng)設計不合理等。
②施工誤操作，包括未按設計規(guī)定的技術要求進行施工、施工安裝質量低劣、違章施工等。其表現(xiàn)為：焊接質量低劣，存在未焊透、夾渣、氣孔、未熔合等質量缺陷；防腐涂層材料選擇不當，涂層不均勻、不完全，缺陷修補不到位；不按設計圖紙要求施工，錯用材料；臨時選配閥門、密封件；無損探傷的比例、部位和評判標準不符合有關標準。
③運營誤操作，是指操作規(guī)程不完善，工人操作不熟練，遇到非常情況處理不當，安全系統(tǒng)操作失靈，機械工人維修不完善，電信、電力工人等造成的誤操作。
4.5 材料、焊接、設備失效
材料、焊接、設備失效風險因素的主要類型包括：管道本體、對接焊縫、熔接、密封配件、機械配件、連接配件、螺紋連接、耦合失效、非螺紋連接失效等類型。當管道在上述部位出現(xiàn)損壞或功能障礙時，會對管道系統(tǒng)的整體可靠性產生威脅。
4.6 腐蝕
腐蝕是導致燃氣管道穿孔、破裂的破壞因素，對于鋼質管道而言，腐蝕主要是土壤腐蝕、大氣腐蝕、雜散電流腐蝕。
①土壤腐蝕，影響因素主要是土壤含水率、土壤pH值、土壤電阻率。若土壤環(huán)境中有硫化物、細菌、酸性環(huán)境、高溫、沼澤地區(qū)、干濕交替地區(qū)等危害因素，會增大腐蝕的風險。
②大氣腐蝕，主要針對裸露的管段，裸露管段由于直接和大氣相接觸，會受到大氣腐蝕的影響。若大氣環(huán)境中存在酸性氣體，或者鹽分、濕度較高，則腐蝕性較大。
③雜散電流腐蝕，主要來源是大功率的直流電氣設備，如鐵路、電焊機、電解及電鍍槽和電化學保護裝置等。城市燃氣管道多處于市區(qū)，雜散電流的來源較多，在很多情況下，雜散電流對埋地金屬管道及其附屬設備的腐蝕破壞是極大的。
5 結語
通過分析城市燃氣管道事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將管道面臨的風險因素分為7個大類，從管道事故發(fā)生可能性和管道事故后果兩個方面進行分析。以1992—2011年美國的燃氣管道事故數(shù)據(jù)為基礎，確定了7類風險因素的風險等級排序。城市燃氣管道系統(tǒng)風險因素的等級排序依次為開挖損壞，其他原因，其他外力損壞，自然外力損壞，誤操作，材料、焊接、設備失效，腐蝕。詳細分析了7大類風險因素在城市燃氣管道日常運行管理中的表現(xiàn)形式，對于制定安全評價方法，提高安全管理水平具有積極意義。
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本文作者：楊玉鋒 張華兵 程萬洲 朱麗葉 蘇娟
作者單位：中國石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實驗室
中國石油天然氣管道局設備管理中心
山東中油天然氣有限公司
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