油气输送管道的风险管理与基于风险的检测

油气输送管道的风险管理与

基于风险的检测

张平生

张平生：油气输送管道的风险管理与基于风险的检测，油气储运，1999，18(2) 13～18。

摘要风险管理是一门新学科，主要包括风险评价、风险控制和功能监测，基于风险的检测属于风险控制的重要内容。风险管理可以有效提高油气输送管道的安全性，获得较高的社会效益和经济效益。对油气输送管道的风险管理和基于风险的检测作了介绍。

主题词油气管道风险分析评价

一、前言

当前全世界石油、天然气输送管道的总长度已超过200×104km，其中大部分经过了数十年的运行而老化，潜在的危险是普遍存在的。虽然油气输送管道泄漏或爆裂的重大灾难性事故并不很多，却会对全社会产生强烈影响。例如1993年(华盛顿附近)和1994年(纽约附近)美国发生的两起油气输送管道爆裂事故，引起美国国会和公众的高度重视〔1〕。如何有效防止油气输送管道事故的发生，如何在增强其运行安全性的同时合理地利用资源获取最大经济效益，这是各国政府部门、石油天然气工业所面临的重大课题。虽然风险一词是人们所熟悉的，但“风险管理”是一门跨学科的新兴科学(transscience)，它所涉及的不仅有相关的广义物理学、生物学等自然科学、工程技术(所谓硬科学)，以及决策理论、心理学、社会学、政策科学、经济学等软科学，还有判决、立法、意识形态、公众舆论、通讯传媒等人文领域〔2〕。风险管理是在经济与社会效益、风险和费用的三度空间中寻求达到风险最小、效益最大的目标。风险管理学科起始于70年代核动力工业，90年代逐渐形成，并在航空、航天、石油化工、压力容器与管道、油气输送管道等工业得到广泛应用。风险管理主要由风险评价、风险控制和风险管理的功能监测三部分组成(见图1)，基于风险的检测属于风险控制的重要内容。一个优化设计、可以有效执行的风险管理程序应当是综合的、系统的和严格的。

图1 风险管理的主要环节

二、风险评价

风险管理中风险的定义是失效后果(用C表示)和失效可能性(用F 表示)的乘积，对一种情况的风险是：

Risk

S ＝C

S

.F

S

（1）

式(1)中下标S代表情况的编号。对油气输送管道系统的风险应是各种可能失效情况风险的求和：

Risk

SYS ＝∑Risk

S

＝∑C

S

.F

S

（2）

作为风险管理的第一步是风险评价，也称为风险排序，主要包括识别风险(潜在危险)的来源，评价各种可能失效事故的可能性(频率或概率)和失效后果的严重度。风险评价的方法分为定性、定量两种，处于二者之间的称为半定量的方法〔3〕。

1、识别风险来源

油气输送管道的风险来源，主要是长期运行中由于腐蚀和力学作用引起的管道损伤而导致的泄漏或爆裂。管道损伤的发生与管道的类型及内在质量、管道建设质量、运行状态(内压、输送介质、温度)、防腐覆盖层及阴极保护状态、维修规范、外来意外机械作用(包括地震)等因素

有关。油气输送管道损伤的基本类型和特征如表1所示。管道损伤类型对失效可能性及失效后果的评级和对损伤检测的有效性有重大影响。

表1 油气输送管道损伤的类型和特征

2、定性风险评价

定性风险评价可以对油气输送管道系统的各部分快速地进行风险排序，虽然是比较粗略的，但可以为进一步的风险控制提供基础。定性评价的结果放入5×5的矩阵中(见图2)，是按高、较高、中等及低风险来分级的，垂直轴代表可能性的大小，水平轴代表失效后果的严重程度。可能性等级确定的因素有：

(1)所评价管道的长度；

(2)管道可能的损伤类型或机制；

(3)所采用损伤检测方法的适合程度；

(4)评价管道运行历史(包括失效事故历史)和现状；

(5)输送介质的品质；

(6)管道的设计及建设质量。

油气输送管道主要的潜在危险是火灾或爆炸的风险，毒害空气危害健康的风险，生态环境遭破坏的风险以及油气输送中断的风险。失效后果的分类以火灾／爆炸的风险为例，需要综合考虑的因素有：

(1)火灾或爆炸触发的固有倾向；

(2)可燃或可爆物质释放出的能量；

(3)蒸气点燃的能力；

(4)从轻微到严重升级的可能性；

(5)管道系统的安全监督；

(6)管道周围的人口、交通、建筑设施状况等。

一旦风险评价结果列入风险矩阵中，就会得到风险水平的指示。风险矩阵的评价结果可以用于确定有潜在危险最大的区域，确定需要加强检测的管段，以及相应减少风险的方法，同时可用于是否要进行全面的定量评价的决策。美国能源部研究制定的非核装备定性风险评价方法，对有关细节作了说明〔4〕。

图2 定性风险矩阵

3、 定量风险评价

定量风险评价也称为概率风险评价(PRA)，是将失效频率F S (事故次数／

（km .a －1）)和失效后果值C S 代入式(2)求出管道系统的总风险值。这种

计算往往是一个相当复杂的过程，同时需要价值的数据库作为支撑。用于油气输送管道的定量风险评价方法尚在研究之中，这里以美国石油学会(API)对炼油及石油化工装备的定量风险评价〔5，6〕为例进行说明，是有一定参考价值的。

（1）可能性分析 可能性分析是按装备类型划分(笔者注：对于油气输送管道可以按输油或输气，再按螺旋缝焊管或ERW 管或UOE 管划分类型)的失效频率或概率的通用数据库为基础，然后用能反映出通用的与现在所研究评价对象之间差异的2个因子——装备修正因子（F E ）和管理系

统评价因子（F M ）进行修正，得到经过调整的失效频率或概率为：

调整的失效频率或概率＝通用的失效频率或概率.F E .F M

（3）

式(3)的计算见图3所示。