张华兵1,2

1.河北大学；2.管道完整性管理技术委员会 

 

摘要：研究管道高后果区安全防护措施有效性对指导企业高后果区管理有重要意义，提出了一种定量比选方法，基于某个典型高后果区进行试点，对降低管道失效概率、降低运行压力和减少管道周边人口数量这3类安全防护措施的风险降低效果进行对比分析。结果表明，降低管道失效概率的效果最好。

关键词：管道高后果区；定量风险评价；安全防护措施；管道失效概率

 

随着天然气管道和各地经济的不断发展，管道周边人口数量也在逐年增长，管道高后果区数量随之增加。如何保障管道高后果区安全运营，对企业和地方政府提出了严峻挑战。根据GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》要求，天然气管道高后果区风险管控主要包括降低管道失效可能性和减轻管道失效后果两方面。降低管道失效概率包括采取管道内检测、外检测、缺陷修复、加密和维护管道警示标识、安装视频监控等；减轻失效后果包括降低管道输送压力、人口密集区搬迁、改变管道路由等。

面对以上诸多可供选择的方法，需要提供明确的定量分析作为参考。笔者通过计算分析，对几类常用防护措施降低风险的效果进行分析，可为天然气管道企业方案优选提供参考。

1  管道风险评价结果

1.1  样本选取

依据SY/T 6891.2―2020《油气管道风险评价法 第2部分：定量评价法》，使用某软件对某管道高后果区管段失效频率和失效后果进行量化计算，并将计算得出的风险值与风险标准进行比较，判断风险的可接受性，提出降低风险的建议措施。

该管道于2012年投产，高后果区长1790 m，管径914 mm，设计压力10 MPa，运行压力6 MPa，3PE防腐层，管道周围常年平均风速2.50 m/s。管道两侧200米缓冲区内有距管道100米的电子厂，人数约为1400人，还有一处工厂职工宿舍，建筑为2栋7层楼，距离管道100米，人数为1000人。周围还有其他一些零星居民，人数约100人。该区域内总人口数约为2500人。

通过系统收集该管道的检测、维护数据和周边环境数据，完成了风险计算。计算结果包括个人风险和社会风险。个人风险在此处代表由于管道发生火灾爆炸导致附近一个人死亡的概率，且假定人没有采取保护措施。个人风险在地图上以不同数值的等值线的形式给出，不同情况下计算得到的等值线与管道的垂直距离不同。社会风险代表有N个或更多人同时死亡事故发生的概率。社会风险一般通过F-N曲线表示（F为概率，N为伤亡人员数）[1-4]。

1.2  个人风险结果

个人风险计算公式如下：

式中：f 为管道失效频率；PM为气象条件概率；Pi为点火概率；Pd为人员死亡概率。

评价管段个人风险等值线如图 1。

图 1 评价管段个人风险等值线分布图

图 1左上角为比例尺。黄色区域为人口分布区，红色为管线走向，蓝色为3×10-5个人风险等值线，粉色为1×10-5个人风险等值线，橙色为3×10-6个人风险等值线。

1.3  社会风险结果

评价管段社会风险F-N曲线（图 2）。

图 2 评价管段社会风险F-N曲线图

图 2中红线与绿线之间的区域表示可能造成死亡人数小于1000的区域为风险可接受区。红线之上以及可能造成死亡人数大于1000的区域为不可接受区。绿线之下以及可能造成死亡的人数小于1000的区域为风险可接受区。

2  管道安全防护措施比选方法

本研究假设管道企业采取某安全防护措施，并对比该措施实施前后的风险变化情况，分析不同措施对降低管道风险的效果，以实现定量比选。研究主要选取了管道失效概率、运行压力和周边人口数量三种防护措施进行了模拟计算和比较。

2.1  降低管道失效概率

目前管道企业降低管道失效概率通常采用的措施有：定期进行内检测及修复、加密三桩一牌、高后果区内安装监控摄像头，做到管体损伤早发现早治理，第三方损坏早发现早介入，全程监督。

假设情景1为当前现状；情景2为其它条件不变的情况下，加密三桩一牌，巡检次数翻倍；情景3为其它条件不变的情况下，采取前述措施后当年开展管道内检测并修复不可接受缺陷。

依次计算这些情景下管道的风险变化情况，计算结果如下（表 1）。

表 1 不同管道失效概率下的个人风险

由结果可知（图 3），随着管道失效概率的降低，管道的个人风险等值线与管道距离之间有明显变化，社会风险F-N曲线也有所降低。

图 3 不同失效概率下的社会风险

以个人风险等值线3×10-6这组数据为例进行分析，如表 2。

表 2 管道失效概率与个人风险

由表 2中数据结果可以看出降低失效概率可以有效降低个人风险和社会风险，见表 1、图 3。当失效概率减小为原来的67%时，3×10-6个人风险等值线距离管道的距离降低了57.95%；当失效概率减小为原来的33%时，3×10-6个人风险等值线距离管道的距离降低了86.18%。从图4中可以看出失效概率与人风险等值线距离管道的距离呈正相关性，个人风险值与社会风险结果对管道失效概率值的变化都较敏感。

图 4 管道失效概率与个人风险等值线变化的对应关系

2.2  降低管道输送压力

在假设其它条件不变的情况下，降低管道输送压力也会降低管道风险。假设情景1为当前现状，情景2为改变运行压力为目前实际运行压力的2/3，情景3为改变运行压力为目前实际运行压力的1/3。依次计算得到采取降压措施导致个人风险等值线与管道距离的关系，计算结果（表 3，图 5）。

表 3 不同运行压力下的个人风险

图 5 不同压力下的社会风险曲线

以个人风险等值线3×10-6这组数据为例进行分析，结果如表 4。

表 4 运行压力与个人风险

由表 4数据结果可以看出，运行压力降低后个人风险和社会风险也随之降低，见表 3、图 5。当运行压力降低为原来的67%后，3×10-6个人风险等值线与管道的距离降低了15.09%。当运行压力降低为原来的33%时，3×10-6个人风险等值线与管道的距离降低了28.75%。从图 6中可以看出，运行压力与个人风险等值线距管道的距离呈正相关性。但个人风险值和社会风险值对管道运行压力值的变化不敏感。

图 6 运行压力与个人风险等值线距离的关系

2.3  降低周边人口数量

采取人口搬迁或管道改线措施，能使管道周围人口数量降低从而达到降低管道风险目的。情景1为现状；情景2为假设其它条件不变，保持周边人口区域位置不变，将周边人口数量降为现有人口数量的2/3，一般采取改线或搬迁；情景3为假设其它条件不变，将周边人口数量降为现有人口数量的1/3。依次计算得到采取措施后导致个人风险等值线与管道距离的关系，计算结果（表 5）。

表 5 运行压力与个人风险

由表 5数据结果可以看出管道周边人口数量降低后，个人风险和社会风险也随之降低，见表 5和图 7。当人口数量降低后，管道的个人风险等值线与管道的距离保持不变，社会风险的末端变化较大。这是因为个人风险计算的过程本身与管道周边人数无关，而社会风险曲线的末端本身表征的就是相应人数的累积死亡概率。因此，个人风险值对管道周边人口数量变化不敏感，社会风险曲线的末端对管道周边人口数量变化较敏感，建议在社会风险曲线末端不可接受时考虑采用该方法。

图 7 不同人口数量下的社会风险曲线

3  结论

综上所述，通过对该天然气管道高后果区安全防护措施有效性评估，得到如下结论：各类安全防护措施中，采取多种检测维护措施降低管道失效概率的效果最好；降低管道输送压力和周边人口数量，对个人风险的降低效果并不明显；降低人口数量，对社会风险的末端降低效果比较明显。

本文分析存在以下限制与不足，后续可开展进一步研究。

（1）受当前评价标准、评价模型、评价软件和可获取的数据等因素的限制，定量风险计算结果存在偏差。

（2）在对管道安全防护措施进行比选时，未考虑各类措施的投资规模，即没有考虑各类措施的经济性。

（3）未考虑管道安全防护措施的作用时效。如内检测和缺陷修复措施的效果会随着时间的推移而逐渐降低。一段时间后，管道风险值会恢复至原水平，需要重新进行检测和修复。而降低管道周边人口数量的效果受时间变化的影响有限，将会持续有效。

 

参考文献：

[1]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，(1)：20-23.

[2]杨松克，赵正勋，杨曦宇，等.埋地原油长输管道定量风险评价技术研究[J].油气田地面工程.2018，(5)：11-15.

[3]朱勇，林冬，刘雅坤，等.基于统计数据与现状分析的管道失效频率计算方法[J].焊管.2016，(8)：42-48.

[4]王天瑜. 天然气管道风险分析与安全距离计算方法研究[D].中国矿业大学(北京)，2017.

作者简介：张华兵，男，河北大学教授，兼任河北大学精密仪器与计量研究所主任工程师、油气管道安全方向学科带头人，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，联系方式：0312-5079330，modify78@163.com。