张华兵

油气管道完整性管理技术委员会

摘 要： 采用Bow-tie 分析法将油气管道风险管控体系划分为7大失效原因，及导致管道意外泄漏和泄漏后可能产生的4种不利影响。相比故障树和事件树的分析结果颇具优势。基于分析结果建立了定量评价模型，量化管道风险，并可实现风险管控效果的衡量，直接指导管道风险管控实践。

关键词： 管道； Bow-tie；风险评价；风险管控；效果

管道风险评价是管道完整性管理的核心环节之一，通过实施管道风险评价，管道管理人员可以系统地识别所辖管道的风险因素，掌握管道的风险情况，从而可以针对性的采取措施管控管道风险，保证管道的安全运行。

管道面临的风险因素较多，管道管理者也采取了大量措施进行预防。风险评价将风险量化，有助于分析管道安全水平，指导管道风险管控。目前用于管道风险评价研究的方法有故障树法和事件树法等，管道企业常用的方法则有安全检查表法、风险矩阵法、评分法等[1-3]。为了更直观的展示管道风险因素与管道企业采用的管控措施，本文采用Bow-tie 法对油气管道风险管控体系进行分析。

1 Bow-tie分析法简介

Bow-tie分析法是一种方便使用和操作的风险评估方法，它具有高度可视化、允许在管理过程中直接进行处理的特点，能够使人们非常详细地识别事故发生的起因和后果，并帮助使用者在事故发生前后分别建立有效的措施来预防及控制事故发生。

Bow-tie法的基本图形犹如一个蝴蝶结，能够同时分析和描述几种不同的导致事件发生的潜在危险因素及后果，同时提出合理的预防及控制措施。将被分析的事件放在图的中心，将导致事件发生的潜在危险因素放在图左侧，事件发生后导致的后果放在图右侧。同时，还允许在图上标出为了预防事件发生所采取的预防措施及事故发生后为减小事件损失所能采取的控制措施[4-5] （图 1）。

图1 Bow-tie方法示意图

Bow-tie法结合了故障树和事件树分析方法，是一种更加综合的风险评价方法。

2 管道风险分析

例如将蝴蝶结图的中心事件定义为管道泄漏。中心事件的左侧，分析管道泄漏的原因，中心事件的右侧，分析管道泄漏的影响后果。

根据以往已经发生的大量油气管道泄漏事故，并梳理相关标准和规范内容，可以绘制成图 2。

图2 油气管道蝴蝶结图

图 2左侧是导致管道意外泄漏的7大失效原因，右侧为泄漏后可能会产生的4种不利后果。当4种后果中1种或多种比较恶劣时，还会对管道企业声誉产生不利影响。

可以将各风险因素/失效原因继续细分如下。

（1）第三方损坏，包括地表开挖、地下施工、农耕、打孔盗油气、恐怖袭击等各种可能损坏管道的活动。

（2）内腐蚀，包括介质本身的腐蚀性、管道内部试压残留水、低点积水等。

（3）外腐蚀，包括土壤腐蚀、防腐层破损老化剥离、补口失效、阴保失效、套管内腐蚀、杂散电流干扰等。

（4）应力腐蚀开裂，包括管材的敏感性、腐蚀环境和管道的应力水平等。

（5）制造缺陷，包括管道制造阶段的各种缺陷，如螺旋焊缝/直焊缝缺陷、钢板的分层、夹杂等。

（6 ） 施工缺陷，包括管道施工阶段的各种缺陷，如现场焊接连头时的环焊缝缺陷、管体凹陷等。

（7）自然与地质灾害，包括滑坡、崩塌、泥石流、水毁、采空区塌陷、黄土湿陷、冻涨融沉等。

管道防护措施见表 1。

管道应急措施见表 2。

图 2形象地展示了导致管道泄漏的原因和管道泄漏后的主要影响后果，并据此分析，制定针对性的防护措施和应急措施。与故障树分析相比，将管道风险因素与管道企业采取的防护措施分开，管道管理者可以很方便地找出可以采取措施的变量。

与事件树分析相比，图 2直指事故最终结果的本质，不会根据是否着火进行演化，防止管道管理者注意力被误导而认为只需要控制点火源。

3 定量分析

根据图2，可以建立管道风险评价模型对油气管道风险进行计算分析。

采用评分模型将P1至P7量化为0～1之间，表示发生概率。评分模型可以参考kent法的指标体系，但必须进行优化。将F1至F7量化为0～1之间，表示防护措施的效果。从图 2可以看出， P1至P7为逻辑或关系。将C1至C4量化为0～1之间，表示失效后果。 将E1至E4量化为0～1之间，表示应急措施的效果。E1至E4为累计关系。这样可以建立以下管道风险评价计算公式：

式中：

R—管道风险值；

i—风险因素编号；

j—失效后果编号；

P—风险因素；

C—失效后果；

F—防护措施；

E—应急措施。

对某输油管道的一个站间进行实际应用。管道长90 km，输送汽油，管径610 mm，设计压力8 MPa，运行压力5 MPa。收集分析所需要的数据，将管道最终划分为6个管段。随后对每个管段进行了风险计算，结果见图 3。

图3 管段风险直方图

从图 3可以看出，进行风险排序后，可以快速找出风险排序第1的为第3管段。

对高风险段进行风险致因分析，可以得到图 4。

图4 管道失效原因对比图

该管段的具体情况为经常发生施工活动，但管道

标识不全，也没有加密巡线，周边还存在人口，所以风险较高。建议管道管理者针对性的加强防护措施，包括每50 m设1个管道标志桩，加密管道标识为，每天巡线3次，每年开展公众宣传2次，发动周边民众保护管道。实施这些措施后，重新进行风险计算，发现管道风险值能降低80%，体现了风险管控成效。

4 结论

采用Bow-tie分析方法，绘制了管道风险蝴蝶结图，建立了定量计算模型，应用于某输油管道进行风险计算，得到以下结论。

（1） Bow-tie分析方法可以形象展示导致油气管道泄漏的失效因素和管道泄漏后的不利后果，并可以在此基础上可系统梳理对应可用的防护措施和应急措施，相比故障树和事件树分析结果具有优势。

（2）根据油气管道风险的Bow-tie图，可建立管道风险评价模型，对管道进行定量风险计算。

（3）在某管道上进行了实际应用，可以量化管道风险，对风险实现排序。可以方便进行风险致因分析，找出高风险的根本原因。

（4）可以分析风险管控措施对风险的降低效果，体现管道管理者工作成效。

参考文献：

[1]张华兵，程五一，周利剑等.管道公司管道风险评价实践[J]，油气储运， 2012， 31（2）： 96-98.

[2]张华兵，冯庆善，郑洪龙等.油气长输管道定量风险评价[J]，中国安全科学学报， 2008，（3）：161-165.

[3]张华兵，王新.基于风险评价的管道安全距离确定方法[J]，油气储运， 2018，（01）： 20-23.

[4]王春雪，吕淑然.城市燃气管道泄漏致灾混合概率风险评估研究[J]，中国安全科学学报， 2016，（12）： 146-151.

[5]李婷婷，赵姚峰.基于FTA、 ETA、 Bow-tie 三种评价方法的结合及其应用研究[J]，价值工程，2013，（27）： 35-37.

作者：张华兵，中国地质大学（北京）安全技术及工程专业博士，目前在中国石油管道科技研究中心工作，兼任中国石油学会石油储运专委会管道完整性管理技术委员会秘书长，长期从事油气管道完整性管理技术的研究与应用。