基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用

第6卷 第3期 2010年6月 中国安全生产科学技术Jour nal of Sa fety Science and Techno l o gyVo.l6N o.3June2010文章编号:1673-193X(2010)-03-0163-04基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用*王文和1,2,易 俊1,2,沈士明3(1.重庆科技学院安全工程学院,重庆 401331)(2.重庆市安全生产科学研究院,重庆 401331)(3.中国石油化工股份有限公司工程风险分析技术研究中心,南京 210009)摘 要:城市埋地燃气管道一旦失效会产生泄漏,甚至引发火灾爆炸等事故,造成人员伤亡和财产损失等严重后果,影响社会稳定,因此其安全运行十分重要。

由于城市地下环境的复杂性,使得埋地燃气管道失效的因素多种多样,且具有模糊性;由于城市地面状况各异,所以构成失效后果的因素也具有不确定性。

文章以某市在役燃气管道为例,使用模糊数学语言表达了埋地燃气管道的失效可能性和失效后果,采用模糊综合评价模型对燃气管道的失效可能性和失效后果进行了评价,并以美国石油协会(A P I)风险矩阵表征了埋地燃气管道的风险等级,得到不同管道单元的风险级别和管道单元数,根据不同的风险等级采取不同的策略或措施,完善管道的完整性管理,降低管道的使用风险,确保城市燃气管网的正常安全运行。

关键词:燃气管道;模糊评价;风险评估;风险矩阵;完整性管理中图分类号:X913.4 文献标识码:ASafety evaluation m odel and application for the urban buried gas pipeline based on riskWANG W en he1,2,Y I Jun1,2,S H EN Shi m ing3(1.Co llege o f Sa fety Eng i neer i ng,Chongq i ng U n i versity of Sc i ence&T echno l ogy,Chongqi ng401331,Chi na)(2.Chongqi ng A cade m y o f Sa fety Sc ience and T echno l ogy,Chongq i ng401331,Ch i na)(3.R esearch Cen ter o f Eng i nee ri ng R i sk A na lysis T echno l og ies,S I NOPEC,N an ji ng210009,Ch i na)Abst ract:W ith t h e increasing popularization o f the ur ban buried gas pipe li n e,the accidents are occurred usually. Once the pipe li n e fa iled i n operati o n,it can produce leakage acci d en,t as the fire and exp l o sion and so on,and the consequence i n vo l v es security of resi d ent life and property loss,and affects t h e soc ial stab ility,t h erefore the safe operation of urban buried gas pipe li n e is extre m ely i m portan.t The factors effecti n g fail u re of p i p eline are co m plicat ed and varied,and m ost of the m have getti n g fuzzy because of co m plicated underground env ironm ent i n c ity,m ean w hile,the factors caused fail u re consequence are uncerta i n because of various states on ground.Tak i n g risk st u dy on buried gas pipe li n e i n serv ice i n a city as an exa m ple,the fa ilure possi b ility and fa ilure consequence of buried gas p i p eline w ere expressed and eva l u ated w ith f u zzy m athe m atica l language and fuzzy co m prehensi v e assess m ent m ode,l and t h e risk grade o f buried gas pipe li n e was illustrated w ith risk m a trix according to API,and t h e risk收稿日期:2010 04 01作者简介:王文和(1980-),男,博士,安全工程师。

*基金项目:中国石油化工股份有限公司基金资助(编号:305017);南京工业大学博士论文创新基金资助(编号: BSCX200715)grades of various p i p e ele m ent of p i p eli n e w as obta i n ed.So m e m easuresw ere adopted accor d i n g to the different riskgrades to perfect i n teg rality m anage m ent o f pipe line,to decrease the operation risk o f pipeline,and to ensure opera ti o n safe l y of the urban buried gas p i p eli n e.K ey w ords:gas pipe li n e;fuzzy eval u ation;risk assess m en;t risk m atri x;i n tegra lity m anage m ent埋地燃气管道承担着输送易燃、易爆燃气的任务,它的安全运行牵涉到千家万户,与居民的生活息息相关,一旦管道泄漏会造成人员伤亡和经济损失,同时造成不良的社会影响[1~3]。

由于燃气管道深埋在地下,引起埋地燃气管道失效的因素是多种多样的,其中大部分因素具有模糊性,采用模糊综合评价的模型可以分析埋地燃气管道的失效可能性和失效后果,用模糊语言表达埋地管道的失效可能性和失效后果,通过对各种不同管段的风险评价和等级划分,用风险矩阵表征管道的运行风险,确定各管段的风险高低排序,以指导管道的使用、维修和更换,降低管道风险,对城市燃气管网的安全运行具有重要意义[4]。

1 安全评价模型的建立1 1 建立评价模型建立评价对象的因素集[5~6]本文中评价对象的因素集即是造成埋地燃气管道失效的各因素,一般用U表示。

设影响评价对象最终评价结果的评价因素有u1,u2,,u n,则因素级可表示为:U={u1,u2,,u n} i=1,2,,n(1)每个因素又按照对评价对象的影响程度可分为m个等级,因素中的各因素所处的高低、大小、优劣等状态可用!好,较好,一般、较差、差∀或!高、较高、一般、较低、低∀等模糊语言来表示,此状态集合为因素等级集,此等级集可以用下式表示:u i={u i1,u i2,,u i m} i=1,2,,n(2)#确定权重系数除了要确定评价对象的因素集和因素等级集外,还需要确定它们的权重。

因素权重集反映了各因素对于评价对象的影响大小,其可以用下式表示:A=(a1,a2,,a n)(3)其中a i满足归一化条件:∃n i=1a i=1(4)针对因素集中的每一个因素建立相应的等级权重集,其如下式所示:A i=(a i1,a i2,,a i m) i=1,2,,n(5)%建立备择集备择集是评价者对评价对象可能做出的各种总的评价结果所组成的集合,一般以评定取值区间或程度语言作为评价目标,通常可以表示为:V={v1,v2,,v k}(6)假设分为5个等级,以模糊语言可以表示为:V={轻微,较轻微,一般,较严重,严重}(7)1 2 一级模糊综合评价一级模糊综合评价法又称为单因素模糊综合评价法。

它是通过综合一个因素的各个等级对评判对象取值的贡献,做出的一种单因素的评价[5~6]。

各因素等级的隶属函数矩阵如下所示:R i=r i11r i12r i1kr i21r i22r i2kr im1r i m2r i m ki=1,2,,n(8)B i=A i&R i=(a i1,a i2,,a i m)&r i11r i12r i1kr i21r i22r i2kr im1r i m2r i m k(9)对每一因素建立相应的等级权重A i=(a i1,a i2,,a i m)。

则一级模糊综合评判矩阵:R=A1&R1A2&R2A n&R ni=1,2,,n(10)B=A&R={b1,b2,,b k}(11)1 3 二级模糊综合评价一级模糊综合评判只考虑了单个因素对评价对象的影响,而忽略了各因素之间的关联性,现给定各因素的权重,再计算被评价对象的风险等级[5~6]。

按所有影响因素进行综合评价,便得到模糊综合评价结果。

C = A & B =(c 1,c 2, ,c k )(12)B 是备择集V 上的一个子集,最后根据最大隶属度原则确定被评价对象的风险等级,v k 即为最终的评价结果:v s ={v k |v k ∋m ax ki=1(c k )}(13)2 工程实例2 1 管道失效可能性评价一般认为,埋地燃气管道的失效主要由四个方面的因素构成,即第三方破坏、腐蚀破坏、设计与施工失误和操作失误。

某市燃气公司一管道的腐蚀破坏u 1为(级,第三方破坏u 2为(级,设计失误u 3为)级,操作失误u 4为(级。

根据层次分析法得到其权重集为: A =(0 3677,0 2954,0 1868,0 1501)。

用模糊综合评价方法分别计算第三方破坏等级、腐蚀破坏等级、设计失误等级、操作失误等级,这四个因素对失效可能性的影响需运用模糊集理论进行综合评价,才能得到失效可能性的等级[5~6]。