摘要：介紹了城鎮(zhèn)燃氣管道的幾種安全評價方法，采用定性安全評價與定量安全評價相結合的方法，總結出一套城鎮(zhèn)燃氣管道的安全評價程序。
關鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣管道；安全評價；定性評價；定量評價
Safety Evaluation Methods of City Gas Pipeline
HAN Qing-long，LI Yan-qiang，GA0 Wen-xue，LIU Tong
Abstract：Several safety evaluation methods of city gas pipeline are introduced. A set of safety evaluation procedures of gas network is summarized by combining qualitative evaluation method with quantitative evaluation method.
Key words：city gas pipeline；safety evaluation；qualitative evaluation； quantitative evaluation
1 概述
近年來，我國各城市的天然氣管網建設飛速發(fā)展，2006年末，我國城市燃氣的氣化率達79.11%(包括城區(qū)暫住人口)，各類燃氣管道的長度已達189491km[1]。
由于燃氣管道輸送的是易燃易爆物質，如何保證城鎮(zhèn)燃氣管道的安全便成為亟待解決的問題。對城鎮(zhèn)燃氣管道進行安全評價，可使燃氣管道運營企業(yè)掌握管道狀況，提前了解存在的危險源，合理分配維護資金和維護資源，變盲目被動維修為預知主動防護和維修，最大程度地減少燃氣管道突發(fā)事故造成的人員傷亡和經濟損失。城鎮(zhèn)燃氣管道安全評價從技術方面分析、論證和評估產生損失和傷害的可能性、影響范圍及嚴重程度，提出應采取的對策措施。本文就城鎮(zhèn)燃氣管道的安全評價方法作一系統(tǒng)比較，尋求一種程序簡單、操作容易、客觀全面的安全評價方法。
2 燃氣管道安全評價方法的分類
目前，城鎮(zhèn)燃氣管道安全評價方法分為定性安全評價和定量安全評價，近年來，有些學者贊同分3類，即定性安全評價、定量安全評價和半定量安全評價[2]。
定性安全評價主要是借助于對事物的經驗、知識、觀察及對發(fā)展變化規(guī)律的了解，直觀地對整個城鎮(zhèn)燃氣管網系統(tǒng)存在的危險隱患進行定性分析、判斷的一種方法。其評價的結果是定性指標，不對風險進行量化處理，只用于對事故發(fā)生的可能性和后果嚴重程度進行相對比較，評價結果比較直觀，過程較簡單，易理解，便于掌握，但有一定的局限性，即過于依靠評價者的主觀經驗和知識水平。定性安全評價方法包括：安全檢查表法、危險性預分析法、故障樹分析法、事件樹分析法、故障類型及影響分析法、危險和可操作性研究法等[3]。
定量安全評價是運用對大量實驗結果和廣泛的事故資料進行統(tǒng)計分析而獲得的規(guī)律，對城鎮(zhèn)燃氣管道系統(tǒng)的工藝、設備、人員、管理等方面的狀況，應用科學方法構建數學模型進行評價的一種方法。這是一種更科學客觀的評價方法，也是城市燃氣管道安全評價的高級階段，可以對失效概率和失效結果進行直接評價，這種做法準確可靠，但需要燃氣公司提供管道系統(tǒng)各部分的詳細失效數據。定量安全評價方法包括：美國道化學公司(DOW)法，即火災、爆炸指數法；帝國化學公司(ICI)蒙德法，即火災、爆炸、毒性指數法；日本勞動省危險度評價法；單元危險性快速排序法；火災、爆炸數學模型計算法，即下文所述的傷害(或破壞)范圍評價法；作業(yè)條件危險性評價法(LEC)等[3]。
3 本文采用的安全評價方法
本文采用的研究方法包括定性安全評價、定量安全評價，其中定性安全評價包括故障樹分析法、安全檢查表法、專家評議法、故障假設分析法、危險和可操作性研究法等；定量安全評價包括故障樹分析法、傷害(或破壞)范圍評價法、風險矩陣法等。其中故障樹分析法既可以定性又可以定量，故可分別歸入2種方法。
3.1 定性安全評價方法[4～7]
① 故障樹分析法
故障樹分析法以系統(tǒng)可能發(fā)生或已經發(fā)生的事故(即頂事件)作為分析起點，將導致事故發(fā)生的原因按因果邏輯關系逐層列出，用樹形圖表示，然后定性或定量分析事件可能發(fā)生的途徑及概率，找出避免事故發(fā)生的各種方案并選出最佳安全對策。此法應用范圍比較廣，非常適合于重復性大的系統(tǒng)，其優(yōu)點是能對安全隱患作出全面、簡潔的描述，便于有關人員掌握各種防災要點并進行系統(tǒng)評價；缺點是計算量大，步驟多，數據不好收集。
② 安全檢查表法
安全檢查表法是基于經驗的方法，須由熟悉裝置的操作、標準、政策和法規(guī)，有經驗和具備專業(yè)知識的人員協(xié)同編制。進行安全評價時，成功與否很大程度上取決于檢查表編制人員的水平，此法簡單、經濟、有效而經常使用，適用于各類系統(tǒng)的設計、驗收、運行、管理及事故調查。
③ 專家評議法
專家評議法的特點是舉行專家會議，對所提出的具體問題進行分析預測，綜合專家意見得出比較全面的結論，此法簡單易行，十分有用。
④ 故障假設分析法
故障假設分析法通過提出一系列“如果……怎么辦？”來發(fā)現潛在的事故隱患，從而對系統(tǒng)進行徹底檢查。須由2～3名熟悉生產工藝，有評價危險性經驗的小組成員組成，該法應用廣，彌補了基于經驗的安全檢查表法的不足，但檢查表法可以使其更系統(tǒng)化，因此可將二者組合以取長補短。
⑤ 危險和可操作性研究法
危險和可操作性研究法是以引導詞作為引導，找出過程中工藝狀態(tài)的變化(即偏差)，分析偏差產生的原因、后果及可采取的對策。此法的原理是背景各異的專家們一起工作，能夠在創(chuàng)造性、系統(tǒng)性和風格上互相影響和啟發(fā)，能夠發(fā)現和鑒別更多問題，比他們獨立工作并分別提供工作結果更有效。
3.2 定量安全評價方法
① 故障樹分析法
評價事故發(fā)生的可能性，既可用于定性評價，又可用于定量評價。
② 傷害(或破壞)范圍評價法[8]
選擇合理實用的管道失效后的傷害模型，包括氣體泄漏模型、爆炸沖擊波的傷害破壞模型等，計算燃氣泄漏后的傷亡半徑、損失程度等數據。
③ 風險矩陣法
用于安全等級的確定，當前大部分文獻是參照文獻[9]中的風險矩陣。橫坐標為事故后果的嚴重程度，范圍是[0，100]；縱坐標為事故發(fā)生的可能性，范圍是[0，1]。橫坐標和縱坐標均分為5份，風險值是事故發(fā)生的可能性值與事故后果嚴重程度之積，根據風險值查詢風險矩陣對應的安全等級。
4 城市燃氣管道安全評價程序
安全評價程序包括：準備階段、重大危險源辨識、安全性評價、安全控制措施、安全評價結論等幾個方面。對于燃氣管道，重大危險源辨識包括危險因素分析及定性判斷事故發(fā)生的可能性；安全性評價包括單元劃分、評價方法的選擇、定性定量評價、危險分級等幾個方面；得出安全控制措施及評價結論。
4.1 準備階段
明確被評價的對象和范圍，收集相關法律法規(guī)、技術標準及工程、系統(tǒng)的技術資料。
4.2 重大危險源辨識
重大危險源辨識一般用定性評價方法，以故障樹分析法為主，安全檢查表法、專家評議法、故障假設分析法等為輔分析危險因素，通過對底事件進行結構重要度分析定性列出各底事件的重要性大小，并將一階最小割集內的底事件列為重大危險源。
4.3 安全性評價
4.3.1評價單元的劃分
具體燃氣管道的安全評價需要劃分評價單元，根據實際情況，可按壓力級制、閥門位置、管道周圍建筑物類型與重要程度、人口密度等依次優(yōu)先劃分。
4.3.2評價方法的選擇
對于燃氣管道，安全評價方法總體上采用定性評價和定量評價相結合，多種分析方法組合的方式進行。
4.3.3定性方法及步驟
① 按定性方法確定故障樹底事件
以故障樹分析法為主，以安全檢查表法、專家評議法、故障假設分析法、危險和可操作性研究法為輔。利用舉行專家會議或問卷調查的方式，由熟悉設計、施工、運行和日常維護的相關技術人員對某些問題給出回答；利用故障假設分析法通過提出一系列“如果……怎么辦？”來發(fā)現潛在的事故隱患，幫助分析故障樹的底事件，盡量將可能發(fā)生的事故一一列出。當根據專家意見和各種相關人員的答復，整理得到影響管道安全運行的各種因素后，可以列出故障樹的底事件，此過程也是危險源辨識的過程。常用的辨識方法包括：詢問、交談；查閱有關記錄；現場觀察；獲取外部信息；工作任務分析；安全檢查表；危險和可操作性研究；事件樹分析；故障樹分析[3]等。
② 結構重要度分析
各底事件的相對重要度大小是一個必須考慮的問題。需要用最小割集先定性判斷出各個事件的結構重要度，所謂最小割集是指一個集合中基本事件全都發(fā)生時，頂事件必然發(fā)生，若缺少其中一個基本事件，頂事件就不會發(fā)生。并注意要符合以下幾個基本原則[5]：
a. 單事件最小割集(一階)中的基本事件的結構重要度系數大于所有高階最小割集中基本事件的結構重要度系數。
b. 在同一最小割集中出現的所有基本事件，結構重要度系數相等(在其他割集中不再出現)。
c. 幾個最小割集均不含共同元素，則低階最小割集中基本事件的結構重要度系數大于高階割集中基本事件的結構重要度系數，階數相同則結構重要度系數相同。
d. 比較2個基本事件，若與之相關的割集階數相同，則2個事件結構重要度系數大小由它們出現的次數決定，出現次數多的結構重要度系數大。
e. 相比較的2個事件僅出現在基本事件個數不等的若干最小割集中，若它們重復出現在各最小割集中的次數相等，則在少事件最小割集中出現的基本事件結構重要度系數大。
由以上原則可知，一階最小割集是最危險的，所以其內的事件是重大危險源。各個底事件結構重要度的求出為接下來專家判斷各底事件發(fā)生的權重提供了依據。
③ 征集專家意見評價底事件發(fā)生的權重
底事件發(fā)生的權重一般通過基于歷史數據的統(tǒng)計法和專家調查法確定。專家調查法通過選擇一定數量的專家組成評價小組，由分析人員將要評價的內容設計成含義明確的意見征詢表，請專家匿名回答，由專家根據自己的經驗對所評價的底事件的權重作出判斷，再用加權統(tǒng)計法或頻數統(tǒng)計法求出各底事件的權重。
④ 基礎評價模型
將第三方破壞、腐蝕、設計及操作不當、管道材料和施工、地質條件及其他影響等5類影響因素各按20%權重計算，按上述步驟③得出各底事件的權重，我們稱之為基礎評價模型。
4.3.4定量方法及步驟
本文采用故障樹分析法、傷害(或破壞)范圍評價法及風險矩陣法來評價。故障樹分析法在承接以上定性評價的基礎上，給出2個修正模型，對基礎評價模型進行修正；傷害(或破壞)范圍評價法則給出了事故后果傷害模型，對燃氣泄漏后的具體破壞情況進行描述，并統(tǒng)計人員傷亡和財產損失情況，將其轉化為可計量的分數值；風險矩陣則給出了安全等級劃分的方法，計算出風險值后給出評價結論。
① 故障樹分析法
在故障樹定性分析的基礎評價模型基礎上，引入2個修正模型。當應用于具體城市時，根據此城市燃氣管網的運行資料及事故統(tǒng)計規(guī)律，將各事故的原因歸入前面所列的5種原因，按事故發(fā)生的比例做歸一化處理，得到此城市5種事故原因的比例，將此比例中的各項分別除以0.2后(因為前述所有底事件權重是按5種事故原因各占20%計算的)，乘入5種原因所包括的底事件權重中，得出此具體城市的各個底事件對應于頂事件的相對權重；或者
具體到各燃氣管道時有更詳細的多年事故報修記錄，按上述方法得出底事件權重值，此過程稱為修正模型1。
通過對各種材料的收集，判斷管理部門都采取了哪些保護措施，應急預案、日常管理是否到位等情況，以減少其發(fā)生事故的可能性，此過程稱為修正模型2。
② 傷害(或破壞)范圍評價法
用于評價事故的后果方面，一般可以從以下幾個方面進行計算：a.燃氣泄漏引起火災、爆炸造成管道周圍人員傷亡和財產損失；b.燃氣泄漏造成的介質損失、管道修理費用及停止輸氣造成的直接經濟損失等；c.對管道周圍的環(huán)境破壞以及其他間接經濟損失[10]?？蓪⒏鞣N損失轉化為管道失效后果得
分(如滿分按100分計)。
③ 風險矩陣法
風險矩陣給出了安全等級劃分的方法，計算出風險值后給出評價結論。根據風險矩陣，安全等級劃分為低風險等級：風險值為[0，24)；中等風險等級：風險值為[24，52)；中高風險等級：風險值為[52，84)；高風險等級：風險值為[84，100]。
4.4 安全控制措施
對危險性較高的管道，應給出安全控制措施。
4.5 安全評價結論
① 被評價管道的基本情況概述。
② 區(qū)段劃分結果。
③ 重大危險源重要性大小。
④ 傷害(或破壞)范圍評價法得出的事故后果(傷亡人數、直接經濟損失等)。
⑤ 根據風險矩陣得出燃氣管道的安全等級，再對危險性高的管道列出控制措施。
參考文獻：
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[9] API 581—2000，Risk-based Inspection[S].
[10] 孫永慶，鐘群鵬，張崢.城市燃氣管道風險評估中失效后果的計算[J].天然氣工業(yè)，2006，26(1)：120-122.
(本文作者：韓青龍1 李顏強2 高文學2 劉彤2 1.天津城市建設學院能源與機械工程系 天津300384；2.中國市政工程華北設計研究總院 天津 300074)
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