风险评估及其在油气管道方面的应用

风险评估及其在油气管道
方面的应用
闫凤霞　高惠临
西安石油学院　(西安710065)
摘　要　简要介绍了风险评估方法的基本概念、风险评估方法的演进以及管道风险评估的常用方法,详细讨论了风险评估方法在油气管道应用方面的发展状况、理论与方法研究,并结合有关资料提出了意见和建议。

关键词　风险评估　油气管道　应用
Abstract　A brief introduction is made of the basic concept of risk analysis,the evolution of the methods of risk anal2 ysis,and the commonly-used methods for pipeline risk analysis.A detailed discussion is made of the develop ment and theoretical and methodological research of risk analysis in regard to its application in oil and gas pipelines.Some opinions and suggestions are given on the strength of relevant data.
K ey words　Risk analysis,Oil and gas pipeline,Application
概　述
1　风险评估的基本概念
风险分析,或称风险评估,是一种基于数据资料、运行经验、直观认识的科学方法。

通过将风险量化,便于进行分析、比较,为风险管理的科学决策提供可靠的依据,从而能够合理运用有限的人力、财力和物力等资源条件,采取最为合理的措施,达到最为有效地减少风险的目的。

风险分析的一般步骤为:
(1)可靠性资料的收集。

这是风险分析中必须采取的第一步,其重要性不亚于风险分析本身。

此时,我们要做的事情之一,就是要弄清楚未知数有多少。

(2)确定研究的目标变量和关键变量。

目标变量就是计算过程中的衡量标准,如:人的死亡概率、事故的发生频率、损失度等。

关键变量是影响目标变量的主要因素。

(3)根据风险变量建立模型。

模型包括风险模型、数学计算模型等,能否建立一个正确合理的模型对于计算结果的准确性、可靠性有很大的影响。

(4)风险变量的定量化。

能否找到一个合适的数学方法将风险变量定量化是科学地进行风险分析的基础,是决策者决策的理论基础和衡量标准。

(5)风险失效概率的计算。

根据建立的模型运用定量化的数学方法计算风险和子风险的失效概率。

(6)风险后果的计算。

根据不同性质的风险影响后果建立不同的计算模型,找出合适的数学方法并将其定量化。

(7)风险数的计算。

根据公式:风险=风险失效概率×风险后果,计算出风险评估的风险数。

(8)风险分析。

对计算结果进行详细地分析,为风险决策提供科学的依据。

目前风险分析的方法主要有:初步危险分析(PH A)、失效模型与影响分析(FME A)、致命度分析(C A)、故障树分析(FT A)、事件树分析(ET A)、危险性与可能性研究(H OS)等。

2　管道风险评估方法的研究现状
关于管线的风险分析,国外已进行了近30年的研究,并取得了一定的成绩,已经实现了由安全管理向风险管理的过渡,由定性风险分析向定量风险分
析的转化,风险分析已逐步规范化。

如1985年美国Battelle C olumbus研究院发表了《风险调查指南》,在管道风险分析方面运用了评分法;1992年,W.K ent. Muhlbauer撰写的《管道风险管理手册》,详细叙述了管道风险评估模型和各种评估方法,它是美国在前20年开展油气管道风险评估技术研究工作的成果总结,为世界各国普通接受且作为开发风险评估软件的唯一依据。

该书在1996年再版时作者增加了约1/3篇幅介绍不同条件下的管道风险评估修正模型,并在风险管理部分补充了成本与风险关系的内容[1],使该书更具实际指导意义。

目前,它已成为世界各国开展油气管道风险评价研究工作的指导性文献。

加拿大从20世纪90年代初期开始了油气管道风险评估和风险管理技术方面的研究工作。

在1993年召开了管道寿命专题研讨,会上就“开发管道风险评估准则”、
“开发管道数据库”、
“建立可接受的风险水平”、
“开发评价工具包”和“开展风险评估教育”等课题展开了讨论,并达成共识[2]。

并在1994年召开的管道完整性专题研讨会上,成立了以加拿大能源管理协会、国家能源委员会等7个团体组成的管道风险评估指导委员会[3],并明确该委员会的工作目标是促进风险评估和风险管理技术在加拿大管道运输工业中更好地应用,负责本国管道风险管理技术开发的实施方案。

该国的NeoC orr工程有限公司自1994年起开展油气管道的腐蚀和风险咨询业务,成功地开发了C MI腐蚀管理软件,为全球十几家油气公司作出了详细的风险评估,受到了大家的一致好评。

另外,加拿大C-FER公司在基于管线完整性管理优化工程项目中,研制开发出管线维护和检测的风险分析软件包(PIRAMI D),用于分析管线的失效概率、失效后果和总风险计算。

英国健康与安全委员会在管线风险管理项目研究中,研制出MISH AP软件包,用于计算管线的失效风险,并取得了实际应用。

另外,英国煤气公司为其管道系统风险评估发出TRANSPIPE软件包,在输入运行数据后,评估出该地区的个体风险和公共风险等,并以FN曲线表示输出。

1984年,该公司将运用此软件包作出的评价报告提交给国家“健康与安全部”,有效地解决了英国工程学会制定的T D/1标准与“健康与安全部”所定标准之间的条款冲突。

该软件包代表了风险评估的当时水平,目前已在更新数据模式和扩大计算范围方法得到进一步完善。

国外在将风险分析应用到管线维修和管理过程中已取得了巨大的经济效益和社会效益。

如美国Am oco管道公司从1987年采用风险评价技术管理所属的油气输送管道和储罐以来,已使年泄漏率由1987年工业平均数的2.5倍下降到1994年的1.5倍,从而使公司在1994年取得了接近创记录的利润水平。

该公司的应用实践表明,完善的风险管理手段可降低泄漏修理和环保措施的费用。

对腐蚀管线采用合理使用原则可明显降低维修费用。

我国有关油气输送管风险评价的研究工作起步较晚。

管道风险评估技术经著名油气储运专家潘家华教授于1995年在《油气储运》杂志上介绍后,近年来已逐渐引起科技人员的注意,并且处在定性分析阶段。

由于我国油气管线现状和条件与国外有较大差异,国外油气管线风险管理的成果不完全适用于我国管道现状,因此应该根据我国管线的实际情况,有针对性地进行有关风险评价的理论和方法研究,而且只有将这种研究建立在定量分析的水平上,管线风险评估才真正具有系统性、精确性和预见性。

3　风险评估方法在油气管道方面的应用
管道的风险评估是选用科学的风险分析方法对管道进行风险分析,为管道的风险控制进一步实现风险管理的进一步决策提供可靠的依据,以便对现有资源进行合理的调配和利用,在降低风险的同时获取最大的经济和社会效益。

对于已建管道进行风险分析,可以摸清事故原因中可变因素与不可变因素的组成,进行分析和制定安全维护计划,采取减少风险的最佳对策。

对于同一管道系统的不同管道的风险评估,可以明确薄弱环节,分清轻重缓急,掌握减少风险的最佳时机。

此外,借鉴其他管段系统的事故原因,通过采用数据库查询的方式,可以查明已建管段系统是否存在类似问题,以防患于未然。

对于新建管段,选线时不仅要选择省工时、省费用的线路,而且要考虑风险小的方案(这方面以前未给以充分重视),通过综合考虑找出最优方案。

也就是说,当对多条备用线路互相比较时,要经过仔细的计算和认真的评估,求得各条线路的工时、费用、相对风险等,并运用工程最优化原理,确定最终线路。

这不仅能节省建设投资,加快进度,方便运行管理,而且能减少管道的风险,从而获得最大的收益。

管道风险评估技术以诱发管道事故的各种因素为依据,以影响因素发展成危险的可能性为条件,以事故后果造成的综合经济损失为评估指标,对在役油气管道的安全程度进行综合评价[4]。

管道在油气工业中的应用已有上百年的历史,无论是应用初期的铸铁管,还是当今普遍采用的优质钢管都会在使用一定时期后发生因腐蚀、第三方破坏或超压等因素造成的管道泄漏或管道破裂事故。

由于油气介质具有易燃、易爆和易扩散的特性,所以油气管道的泄漏或破裂事故很容易造成人身伤害、设施破坏和环境污染等严重后果。

尽管油气管道输送公司通过在设计、施工、操作期间采取各种技术手段防止了大量事故的发生。

但是由于管道所处环境复杂多变,常规的预防措施仍难以确保油气管道的长期安全运行[5]。

因此,必须采用一定的方法对管道经过一段时间运行后的完好状态做出评估,并在此基础上预测管道在未来某时段内的运行状况,提前作好预防管道事故的准备,从而有效地防止油气管道灾难性事故的发生,风险评估技术正是在这种需求背景下被引入到油气管道工业中的一种新型管理技术。

风险评估方法的演进
评估工业风险的主要方法一般可分为定性法、半定量法和定量法[6]。

定性风险分析(Qualitative Risk Analysis)包括诸如安全检查、初步危险分析(PH A)、列表检查、假设事故与后果分析、破坏模式和效果分析(FME A)以及危险与危险性调节研究(H AZ OP)等各种危险识别方法。

定性法可以根据专家的观点提供高、中、低风险的相对等级,但是危险性事故的发生频率和事故损失后果均不能量化。

在风险管理过程中需要识别潜在危险事故时,这是重要的第一步。

比如[7],在确定管道维修的优先次序时,就可按定性风险分析法提供的资料确定系统中哪条管道最需要维修,哪种维修措施最合适。

这种方法为合理分配管线维修资金提供了依据。

管线维修的实施使操作人员积累了有关管线的定量知识,从而为管线风险的定量法的形成奠定了基础。

半定量风险分析(Semi-quantitative Risk Analy2 sis)则是以风险的数量指标为基础的一种风险分析方法。

对识别到的事故,首先为事故发生后果和事故发生频率各分配一个指标,然后用相加和相除将两个对应事故概率和严重程度的指标进行组合,从而形成一个相对风险指标。

半定量法允许使用一种统一而有条理的处理方法把风险划分等级,其指标可以用来确定资金分配的优先权。

这种方法综合了定性法的以图表为基础的H AZ OP模型和定量法的知识(譬如对某些事故分布概率模型的运用),排除了一些不可预见的事故后果,使人们的注意力集中到更可能发生的事故后果上,极大地提高了风险评估的实用性和准确性[8]。

第三类方法是定量风险分析方法(Quantitative Risk Anslysis),简称QRA。

有时也称作概率风险分析(Probability Risk Aalysis),它是一种定量绝对事故频率的严密的数学和统计学方法。

这种评估分析方法在核工业、航空工业和石化工业得到了广泛的应用。

通过综合考虑诸如设备故障和安全系统失灵这样的单个事件,可以算出最终事故的发生概率和事故损失后果。

定量法给面临风险的经营业主提供了最大的洞察能力。

如果需要定量法的评估结果还可以用于风险、成本、效益的分析之中,这是前两类方法都做不到的。

因为企业经营的经济风险需要精确度较高的量化风险指标,并且在对一个较为复杂的大系统作风险评估分析时,子系统分析结果较小的不确定性就可能导致总结论极大的误差累积。

随着工业界安全、环保意识等的日益提高及工程投资的不断增加,对风险分析的准确性就提出了更高的要求,也对该项技术的发展提供了巨大的推动力。

同时,随着人类实践的进程,对事故因素随机过程的认识水平在不断提高,这就得用数学方法模拟并趋于揭示事物的本质成为可能。

所有这些都促进了QRA技术的发展成熟。

随着该技术的应用领域不断扩大和实现方法的不断发展,该方法已成为石油工业最受重视的一种分析评估管理方法。

管道风险评估的常用方法
我国对油气管道进行风险管理的工作起步较晚,这方面的资料也较少,但是我们可以借鉴其他行业的风险分析技术,如安全系统工程学中的风险分析方法等。

1　故障树分析方法(FT A—Fault T ree Analysis) FT A是一种非常主要的安全风险分析方法。

该方法是美国贝尔电话实验室的A.B.米伦斯在1962年首先提出的,我国于1976年开始介绍并且研究这种方法,并在核工业、航空、航天、机械、电子、兵器、船舶、化工等领域得到了广泛地应用,为提高产品的安全性和可靠性发挥了重要作用。

FT A是一种具有广阔的应用前景和发展前途的分析方法。

故障树是由若干节点和连接这些节点的线段组成的,如图1所示,每个节点表示某一具体事件,而连线则表示事件之间的某种特定关系。

图1　故障树分析图
FT A 是一种逻辑演绎分析工具,用于分析所有
事故的现象、原因和结果的事件及它们的组合,从而
找到避免事故的措施。

这种分析方法是分析系统事故和原因之间关系的因果逻辑模型,从某一特定的事故开始,运用逻辑推理方法找出各种可能引起事故的原因,也就是识别出各种潜在的影响因素,求出事故发生的概率,并提出各种控制风险的方案。

FT A 有如下的功能特点:①可以较全面地描述、分析导致事故的各种因素及其逻辑关系;②便于发现和查明系统内潜在的和固有的危险因素,为安全设计制定技术措施及采取安全对策提供依据;③使作业人员全面了解和掌握各种防止、控制事故的要点;④对于已发生的事故进行原因分析,便于进行逻辑运算、定量分析与评价。

油气管道的故障树分析可分为三个阶段:①FT 的编制阶段—定性分析阶段;②FT 的量化阶段,根据设备故障率和作业人员的差错发生率计算事故发生的概率;③当计算结果超过目标值时,要拟定事故防止对策。

以上程序如图2所示。

图2　FT A 程序图
2　失效模式与效应分析法(FME A —Failure M odes
and E ffects Analysis )
FME A 法与故障树分析方法相反,是一种归纳
法。

它对每一个部件所有可能的失效模式进行分析并决定其对执行系统的影响,能够发现潜在的危险因素并及时采取恰当的预防措施。

FME A 法进行系统分析时,通常分为以下四个
步骤:①调查情况,全面查询所分析系统的有关信息;②详细说明所分析的系统,包括制成逻辑框图(Logic Block Diagram );③分析故障类型和影响,做成FME A 表格;④结果汇总,完成FME A 表格。

根据此表做出汇总致命故障一览表,标出系统逻辑框图中因故障发生而给邻近的上一级系统造成的损失和伤亡的故障种类。

3　海恩里希风险分析法(HRA —Hainnissi Risk Anal 2ysis )
美国安全工程是根据安全工作和保险业务的长期实践,提出了由事故概率及灾害影响两种因素确定其危险度指数,并且规定了在各种指数情况下需要采取的措施。

该方法对油气管道的风险分析具有极大的借鉴意义。

海恩里希将概率风险分成以下六个级别:频频发生、可能性大、有时发生、罕见发生、几乎不发生和实际不发生。

按实际发生时间修正则有:非常罕见、数年一次、数月一次、数周一次、每日一次和经常发生。

受害影响也分为六级:毁灭性灾害、重大灾害、重大事故、大事故、事故和无事故。

危险度指数从0～500:0分以下为容许危险,0～40分为唤起对危险的注意,40～100分为对危险提出方案,100～250分为危险性较大需立即采取措施,250～500分为危险性极大应停止操作。

海恩里希制作了风险分析图供实际使用。

4　指数法(Index Method )
1985年美国Batteue C olumbus 研究院发表的
《G uideline for Hazard Evaluation Procedures 》一文中提出的指数法对油气管道进行风险评估,对该方法进行完善的是W.K ent.Muhlbaue 教授。

该评分法第一步是找出发生事故的各种原因,并加以分类;第二步是根据历史纪录和现场调查依照制定的评分标准加以评分;第三步是把以上的评分得数相加;第四步是根据输送介质的危险性及影响面的大小综合评定得出泄漏冲击指数;第五步是把第三步所得指数与第四步的泄漏冲击指数综合计算;最后得出相对风险
数。

该方法将造成事故的原因分成四大类,即:第三
方破环、腐蚀因素、设计因素、误操作因素。

这四类
的总数最高为400分,每一种100分,指数和在0～400之间。

泄漏冲击指数有两个方面,一是输送介质的特性;二是事故可能影响面及事故扩散和波及的特点。

基于前人的理论,管道局的潘家华总工提出了风险模型及各风险因素的评分标准具体如下图3:
第三方破环最小埋深(非可变0～20分)
活动水平(非可变0～20分)
管道地上设备(非可变0～10分)公众教育(可变0～30)
线路状况(可变0～5分)
巡线频率(可变0～15分)
腐蚀原因内腐蚀
介质腐蚀(非可变0～15分)
内保护层及其他措施(非可变0～15分)外腐蚀
阴极保护(可变0～10分)
管道外涂层(可变0～10分)
土壤的腐蚀性(非可变0～4分)
使用年限(非可变0～3分)
其它金属埋设物(非可变0～4分)
电流干扰(非可变0～4分)
应力腐蚀(非可变0～5分)
设计原因钢管安全因素(非可变0～25分)系统安全因素(可变0～20分)疲劳因素(可变0～15分)
水击可能性(可变0～10分)
水压试验情况(可变0～25分)土壤移动情况(非可变0～5分)
误操作原因设计误操作(可变0～30分)施工误操作(可变0～20分)运营误操作(可变0～35分)维护误操作(可变0～15分)
图3　风险模型及评分标准
图3中“可变”表示可变因素,指通过人的努力可以改变的因素,如管道智能检测器的频度、操作人员的培训情况、施工质量等;“非可变”表示非可变因素,指通过人的努力不可能或只能有很少改变的,如沿线土壤的性质、气候状况、沿线的人文状况等。

当然,我们详细介绍并使用指数评分法并不是说在管道风险评估方面只有这一种方法最好,而是这种方法为人们普通接受,为大多数专家和管道公司所认可,我们也将以潘总的模型为基础展开论述。

该方法与其它方法相比具有以下优点:①它是到目前为止,所有方法中最完整、最为系统的一种方法;
②容易掌握,便于推广;③可由工程技术人员、管理人员、操作人员共同参与评分,从而可以综合多方面的意见。

看法和建议
通过查阅国内外有关油气管道风险评估技术的有关资料,作者认为,对该方面的研究和探讨应着重放在以下几个方面:
1　加快油气管道信息数据库的建立和完善
油气管道定量风险评估结果的准确性与管道运行历史参数的可靠性密切相关。

因此,对在役管线进行实时监控,采用SC ADA系统等自动化设施,准确地采集管道运行参数、环境特征数据并建立和完善油气管道信息数据库,并使其具有规范性和通用性。

2　加强对影响管道风险评估的随机因素的概率模型的研究
定量风险评估是管道风险评估的高级阶段,而该评价方法首先需要将各种影响因素处理成随机过程或随机变量。

因此,必须通过大量的现场实测工作,并对相应的概率模型进行深入研究,使之符合现场实际情况。

3　重视模糊因素的影响
油气管道定量风险评估是一个多因素的风险评定过程,由于管道的工作环境差异很大,存在很多模糊因素的影响,所以,应注重将模糊分析技术的研究成果应用于油气管道的定量风险评估,提高评估结果的有效性。

4　重视对可靠性数学方法的研究
可靠性数学方法是实现定量风险评估的实践基础,现代计算机是实现评估计算必不可少的工具,所以必须加强对计算机可实现的数学方法(尤其是算法)的研究,使之能更有效、快捷地完成预定任务,为定量风险评估理论与方法的研究提供依据。

参　考　文　献
1　Mulbauer W.K.Pipeline Risk Management Manual.G ulf Pub2 lishing C om pany,1996
2　Brian G riffine,M ike Z elensky.Basics of Risk Analysis,Assess2 ment and Management.Baiff/95Pipeline W orkshop,1995
3　R obert J.Budinitz.Current S tatus of Methodologies for Seismic Probabilistic Safety Analysis.Reliability Engineering and System Safety,1998,162
4　Canadiao Ass ociation of Petroleum Producers.Risk Assessment T echniques for Pipeline Systems,CEC.J2793,1993,5
5　姚安林.论我国管道风险评价技术的发展战略.天然气工业,1999,19(4):66
6　四川石油管理局翻译.管道风险管理.北京:石油工业出
版社,1995
7　David Jones&Jane Daws on.Risk Assessment to Pipeline Life Management.Pipes and Pipeline International,1998,1
8　Ramesh Vaidhyanathan.A Semi2quantitative Reas oning Method2
ology for Filtering and Ranking H AZ OP Results in H AZ OP Ex2 pert.Reliability Engineering and System Safety,1996,53
9　潘家华.油气管道的风险评价.油气储运,1995,14(3～5)
(本文编辑:贺元旦　收稿日期:2002-10-29)
【作者简介】
闫凤霞,西安石油学院在读硕士研究生,主要从事油气管线性能方面的研究。

[小资料]
中国WT O元年十大变局
1　变法与新政
全国人大早在我国加入世贸组织前数年即已着手编制相关的法律体系修正计划,体现在每年的立法计划中。

国务院近30个部门清理需要修改和废止的部门规章1100多件。

加入WT O后,国务院65个部门清理审批项目4159项。

政府部门为了适应加入WT O的新形势,明确职能定位,在观念、职能和管理方式上进行调整。

将“行政———控制型管理”转变为“规则———服务型管理”。

2　钢铁保障裁决
钢铁贸易战中,中国首次改变过去被动应对贸易争端的局面,开始运用世贸组织的争端解决机制。

2002年3月14日,我国政府向世贸组织提出就美国启动“201条款”与美国进行磋商。

5月20日中国宣布对部分钢铁产品进行保障措施调查,11月20日起,开始对5类进口钢铁产品实施最终保障措施。

3　“爱立信事件”
2002年3月,南京爱立信熊猫移动通讯设备有限公司提前偿还了交通银行、工商银行、中国银行等共计19.9亿元的贷款,转向花旗银行贷得同样的巨款,这是中国加入WT O以来中外银行激烈竞争的标志性事件。

压力,迫使中国四大国有商业银行重新定位。

4　民航重组、电信拆分
垄料行业重组改革迈出重大步伐。

2002年5月16日,中国电信一分为二。

10月11日,中国民航运输及服务保障集团公司召开成立大会,民航重组终
于尘埃落定。

5　外资零售巨头齐聚北京
8000m2以上的大型超市中,外资企
业已达23%。

2002年年底,沃尔玛将落
户北京,麦德龙也在京开两家商城,加上
家乐福,“三巨头”在WT O元年齐聚北
京。

2002年国家经贸委共批准8家零售
合资公司,它们将开设28个店铺。

国家
经贸委贸易市场局局长黄海指出,国内
零售市场开放程度已超出中国加入世贸
组织所作承诺,提前开放对经济会造成
不利影响。

6　友邦进京
2002年6月7日,美国国际集团
(AIG)旗下的全资子公司———友邦人寿
将分公司开到了北京,成为首家入驻京
城的外商独资寿险公司。

到11月,友邦
北京的累计保费收入1300万元,月均出
售保单2000张。

据统计,目前已有34家外资保险经
营机构获准在华营业。

7　一汽并购、京韩合作
2002年6月,一汽成功并购天汽,揭
开汽车业重组新格局。

8月29日,一汽借助天汽和四川丰
田,与日本丰田全面合作。

9月19日,东风与日产签署了全面
的战略合作协议。

10月25日,东风汽车
公司与法国PS A标致雪铁龙集团扩大合
作。

11月18日,中韩合资的北京现代汽
车有限公司正式成立,这是WT O时代我
国首个汽车生产领域的合资项目。

8　DVD专利费
2002年春节刚过,我国出口到欧盟
国家的DVD产品因“没有获得知识产权
认证”被当地海关扣押。

随后,6C联盟就专利费向我国DVD
生产企业发出最后通牒。

4月19日,双
方达成每台出口DVD交纳专利费4美
元的协议。

9　旅行社合资风起
2002年4月,中国国际旅行社与美
国运通公司合资在京成立国旅运通合资
商务旅行社。

5月,中国康辉旅行社与美国罗森
柏斯公司合资在京成立罗森康辉商务差
旅管理旅行社。

11月13日,国家旅游局旅游促进国
际联络司司长沈蕙蓉表示今年将允许
美、日、德等旅游发达国家大旅行社兴办
控股的合资旅行社。

还可提前兑现承
诺,许其试点兴办独资旅行社。

10　T C L跨国并购
9月,T C L集团出资820万欧元并购
德国著名家电品牌施耐德,中国家电企
业在加入WT O后外资涌动的背景下,成
功开展逆向收购。

今年,另一家电巨头长虹也在海外
市场取得特异的佳绩,出口额猛增6倍。

11月25日,1600台厦华彩电由厦
门港远渡英国,中国彩电重返欧盟。

加入世贸组织成为中国家电行业的
一大利好。

(若　冰)。