摘要：闡述了我國進(jìn)行燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估面臨的挑戰(zhàn)。用改進(jìn)的故障樹法建立埋地燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測、開挖結(jié)果相比較，二者基本一致。該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型為管道的安全運(yùn)行及防腐系統(tǒng)的修復(fù)工作提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：埋地燃?xì)夤艿?；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；故障樹； 陰極保護(hù)

　　燃?xì)夤艿?，無論是初期使用的鑄鐵管還是目前普遍采用的優(yōu)質(zhì)鋼管，在使用一段時(shí)間后，都可能發(fā)生因腐蝕，超壓或第三方破壞等造成的燃?xì)庑孤┗蚬艿榔屏咽鹿?。由于燃?xì)饩哂幸兹?、易爆的特點(diǎn)，所以燃?xì)馐鹿释{著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。盡管燃?xì)夤驹谠O(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行期間采取各種技術(shù)手段防止事故的發(fā)生，但由于管道所處環(huán)境復(fù)雜多變，常規(guī)的預(yù)防措施仍難以確保燃?xì)夤艿篱L期安全地運(yùn)行。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)正是在選種需求下被引入的一種新型管理技術(shù)。經(jīng)過近30a的開發(fā)研究與應(yīng)用實(shí)踐，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)已在許多國家發(fā)揮了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并越來越受到世界各國燃?xì)夤镜闹匾暋?br /> 　　由于燃?xì)夤艿赖慕ㄔO(shè)成本高，其成本的回收率除受輸送效率的影響外，還在很大程度上受管道事故損失的制約。因此嚴(yán)格地說，燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)質(zhì)上就是管道建設(shè)成本風(fēng)險(xiǎn)分析與經(jīng)濟(jì)問題的階段評(píng)估^[1]。20世紀(jì)70年代，發(fā)達(dá)國家在二戰(zhàn)后興建的大量燃?xì)夤艿缹⑦M(jìn)入老齡階段，這些管道承擔(dān)著國家的燃?xì)廨斉淙蝿?wù)，所以最大限度地減少燃?xì)夤艿赖氖鹿拾l(fā)生率和盡可能延長這些燃?xì)夤艿赖氖褂脡勖愠蔀楦鲊P(guān)注的焦點(diǎn)，為了解決在一條管道上合理使用維護(hù)費(fèi)用這一技術(shù)難題，美國的一些管道公司開始嘗試用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)來評(píng)估燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)性^[2]，并在后來的研究與應(yīng)用實(shí)踐中逐步建立起了燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系和各種行之有效的評(píng)估方法。目前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法主要有：初步危險(xiǎn)分析(PHA)、失效模型與影響分析(FMEA)、致命度分析(CA)、故障樹分析(FTA)、事件樹分析(ETA)、危險(xiǎn)性與可能性研究(HOS)等。

1 我國燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估面臨的挑戰(zhàn)
　　根據(jù)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的定義，完整的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要解決3方面的問題。首先是引起管道事故的因素有哪些：其次是這些因素誘發(fā)管道事故的可能性有多大；第三是管道事故的后果是什么。這3方面問題所包含的內(nèi)容既是管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估所依賴的基本信息，也是影響評(píng)估結(jié)果精度的數(shù)據(jù)源，所以上述3個(gè)問題是管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)關(guān)鍵。然而，由于我國燃?xì)夤艿老到y(tǒng)在裝備和管理水平上同國外燃?xì)夤艿老到y(tǒng)存在一定的差距，所以要把國外成熟的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)直接用于我國燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，在如下4個(gè)方面將面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)。
　?、僬鎸?shí)可靠的原始數(shù)據(jù)
　　首先，我國很多燃?xì)夤艿老到y(tǒng)，無論是長輸還是礦場集輸管道，在設(shè)計(jì)時(shí)一般沒有考慮采用SCADA系統(tǒng)。管道投運(yùn)后，工作參數(shù)全由人工定時(shí)記錄，導(dǎo)致這些記錄的許多數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確性。其次，許多不重視技術(shù)資料歸檔的單位很難找全管道的所有歷史工作參數(shù)。即使評(píng)估所需的全部歷史工作參數(shù)都能收齊，必須花費(fèi)大量人力將其錄入數(shù)據(jù)庫才可使用。所有這些，不僅削弱了我國燃?xì)夤艿涝紨?shù)據(jù)的可靠性，還增加了采集評(píng)估原始數(shù)據(jù)的難度和工作量^[3]。另外，我國管道燃?xì)獾慕M成有一定差異，尤其是一些天然氣長輸管道，設(shè)計(jì)時(shí)是按商品天然氣考慮的，而實(shí)際運(yùn)行中卻常將未經(jīng)處理的濕酸氣混入長輸管道。由于有濕酸氣不定期地進(jìn)入長輸管道，輸氣管道內(nèi)腐蝕的規(guī)律性極難掌握，這無疑給腐蝕指標(biāo)的評(píng)估造成困難。
　?、陲L(fēng)險(xiǎn)影響因素的確定
　　管道系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值由管道發(fā)生事故的可能性與事故損失后果的乘積來確定。由于燃?xì)夤艿赖墓ぷ鳝h(huán)境復(fù)雜多變，所以誘發(fā)管道事故的影響因素既是多方面的，又是多層次的。設(shè)想把一切可能導(dǎo)致燃?xì)夤艿朗鹿实挠绊懸蛩囟技{入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的考慮中，固然可以提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但是這會(huì)增加管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的成本。因此，從大量影響因素中篩選出對(duì)評(píng)估結(jié)果最敏感的風(fēng)險(xiǎn)要素將是管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的重要環(huán)節(jié)。由于我國的大部分埋地管道都是人工挖溝敷設(shè)的，其覆土厚度不僅存在各處不一的問題，而且許多地段的埋深并未達(dá)到設(shè)計(jì)埋深的要求；另外，后來地面的變遷導(dǎo)致某些地段管道的實(shí)際覆土厚度與初建時(shí)差距很大，所以埋地管道的覆土厚度的歸類必須慎重處理。由于我國許多管道所輸介質(zhì)的一致性較差，所以管輸介質(zhì)的腐蝕性也是一個(gè)變化的因素。此外，我國一些燃?xì)夤艿涝诮ǔ赏哆\(yùn)后，其管道的施工帶便退耕還林，管道沿線的路權(quán)狀況明顯比北美地區(qū)差，由此導(dǎo)致許多通常不會(huì)改變的環(huán)境影響因素受到第三方生產(chǎn)活動(dòng)的影響而改變。所有這些不利條件無疑會(huì)增加對(duì)風(fēng)險(xiǎn)要素分類的難度。
　　③隨機(jī)因素的概率模型
　　定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的高級(jí)階段。它通過考慮如設(shè)備故障和安全系統(tǒng)失靈這樣的單個(gè)事件，可以算出最終事故的發(fā)生概率，被認(rèn)為是確定絕對(duì)事故頻率的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。使用這種評(píng)估方法首先需要將各類影響因素處理成隨機(jī)過程或隨機(jī)變量。由于我國的燃?xì)夤艿蓝际前慈菰S應(yīng)力法設(shè)計(jì)的，過去基本上沒有對(duì)燃?xì)夤艿浪芨鞣N載荷的概率模型做過任何系統(tǒng)的研究，所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤艿赖亩匡L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，就面臨著用什么概率模型去描述燃?xì)夤艿赖母鞣N隨機(jī)載荷，以及這些載荷因素對(duì)管道的結(jié)構(gòu)完整性影響遵從什么樣的隨機(jī)過程等難題。根據(jù)我國燃?xì)夤艿赖膶?shí)際環(huán)境狀況，要使用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法來評(píng)估各類長輸或集輸燃?xì)夤艿溃捅仨毻ㄟ^大量的實(shí)測研究工作來確定主要隨機(jī)因素的概率模型。
　?、苣：蛩氐挠绊?br /> 　　管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一個(gè)多因素綜合評(píng)定的過程，國外的應(yīng)用研究實(shí)踐表明，在評(píng)估過程中對(duì)引起管道發(fā)生事故的因素考慮越全面，則評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性就越高。由于燃?xì)夤艿赖墓ぷ鳝h(huán)境條件千差萬別，所以在誘發(fā)管道事故的因素中除了有前面提到的隨機(jī)因素外，還包括管道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)期間存在的許多模糊因素的影響。這些因素不僅客觀存在，而且在某種程度上先天性地降低了燃?xì)夤艿赖慕Y(jié)構(gòu)完整性并削弱了防護(hù)措施的有效性，但又往往被人們所忽視。比如燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)就是一個(gè)典型的模糊因素。假設(shè)甲、乙兩個(gè)設(shè)計(jì)院都具有設(shè)計(jì)某條燃?xì)夤艿拦こ痰馁Y質(zhì)，但甲院已有類似管道工程多次的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而乙院卻無類似工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，盡管它們都采用同一規(guī)范來設(shè)計(jì)，但其結(jié)果可能是甲院完成的設(shè)計(jì)方案會(huì)比乙院的更好。同樣管道施工單位的經(jīng)驗(yàn)和管道運(yùn)行單位的經(jīng)驗(yàn)都具有類似的模糊影響。然而，在目前國外通用的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基本模型中，基本上沒有考慮這些模糊影響因素，為了彌補(bǔ)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)在這方面的不足，我國有必要借用模糊分析技術(shù)的研究成果把影響燃?xì)夤艿朗鹿拾l(fā)生可能性的模糊因素納入管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系中。這樣，不僅可以提高管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，也是對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展。

2 燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型
　　故障樹分析是一種主要的安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法^[4]，是由美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的A.B .米倫斯在1962年首次提出的。我國于1976年開始引進(jìn)這種方法，并在很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為提高產(chǎn)品的安全性和可靠性發(fā)揮了重要作用。故障樹由若干節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的線段組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示某一具體事件，而連線則表示事件之間的某種特定關(guān)系。
　　燃?xì)夤艿赖墓收蠘浞治隹煞譃?個(gè)階段：①故障樹的編制階段——定性分析階段；②故障樹的量化階段，根據(jù)設(shè)備故障率和作業(yè)人員的差錯(cuò)發(fā)生率計(jì)算事故發(fā)生的概率；③當(dāng)計(jì)算結(jié)果超過目標(biāo)值時(shí)，要擬定事故防止對(duì)策。
　　由于受數(shù)據(jù)數(shù)量的限制，同時(shí)本項(xiàng)目主要是針對(duì)埋地燃?xì)夤艿赖年帢O保護(hù)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，因此采取故障樹分析作為本項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。
　　標(biāo)準(zhǔn)的故障樹評(píng)估模型需要實(shí)現(xiàn)通過充分研究各種事故發(fā)生的可能概率以及事故之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用邏輯推理的方法找出事故發(fā)生的原因和可能的概率，這需要事先對(duì)大量的不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推理。但是，由于數(shù)據(jù)量的限制和項(xiàng)目時(shí)間的關(guān)系，我們對(duì)故障樹模型加以改進(jìn)，引入了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，形成一種我們稱為決策故障樹的分析模型(見圖1)。
　　國際上普遍把-0.85V作為判斷陰極保護(hù)系統(tǒng)是否正常工作的標(biāo)準(zhǔn)，因此在模型中把-0. 85V作為開始判斷的標(biāo)準(zhǔn)。如是存在大于0.85V的測量數(shù)據(jù)，則認(rèn)為管道局部存在欠保護(hù)狀態(tài)，調(diào)用HAR(Historic Access Risk．歷史評(píng)估)模塊，對(duì)管道的歷史數(shù)據(jù)和防腐層進(jìn)行進(jìn)一步的分析和評(píng)估；如果不存在大于-0.85V的數(shù)據(jù)，則再進(jìn)一步判斷管道管齡是否大于20a，調(diào)用當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊ACR(Access Current Risk，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)模塊，對(duì)管道管齡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)，分析防腐層，從而得出相應(yīng)的評(píng)估結(jié)論。
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圖1 決策故障樹的分析模型
Fig. 1 Anelysis model of deoision fault tree

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