杨玉锋1 薛吉明2 祁惠爽1 张强1 张希祥1 刘硕1

1.国家管网集团科学技术研究总院分公司；2.国家管网集团 

 

摘要：为加强对油气管道风险识别、评价与分级，借鉴国内外管道风险评价软件先进经验，研发了油气管道风险评价模型及评价软件，软件包含第三方损坏、外腐蚀、内腐蚀、制造与施工缺陷、地质灾害、误操作以及泄漏后果影响等七个方面的指标，可全面评价管道面临的主要风险因素；包含指标数据管理、动态自动分段、风险计算、风险折线分析、风险矩阵自动分级、风险结果GIS可视化、风险管理等核心功能，涵盖从数据采集到输出评价结果全流程。以某管道A为例阐述了采用该软件开展风险评价过程和风险评价结果，以某管道企业为例介绍了软件的规模化应用情况，可为油气管道企业风险评价工作提供参考。

关键词：管道风险评价模型；风险评价软件；风险折线；风险分级；风险结果可视化

 

油气管道是国民经济重要基础设施，我国现有85%的石油和99%的天然气通过管道进行输送，一旦管道中断供应，将直接威胁国家能源安全，影响人民群众正常生产生活秩序。截至2023年底，我国油气长输管道总里程已达18.5万公里，已基本建成连通海外、覆盖全国的油气主干管网，全国一张网初步形成。油气管道已成为我国国民经济和社会发展的能源安全生命线，保障油气管道安全可靠输送是建设国家能源安全体系的重要组成部分。

1  工作依据

风险评价是识别油气管道系统各类风险和隐患的重要手段，国家监管部门和管道运营企业都将风险评价作为管控油气管道风险的重要手段。《石油天然气管道保护法》规定了管道保护范围、保护措施、法律责任等，为油气管道的安全运行提供了法律保障。原国家安全监管总局等八部委联合发文《关于加强油气输送管道途经人员密集场所高后果区安全管理工作的通知》（2017年），要求开展管道沿线人口密集型高后果区识别与风险评价。国务院安委会发布《油气长输管道安全风险专项治理工作》（2022年）等文件，明确提出了隐患排查治理、高风险区域排查与评价、风险管控联动机制等工作要求。其他指导性文件包括国务院安委办印发的《落实大型油气储存基地安全风险管控措施工作方案》（2022年），应急管理部印发的《油气储存企业安全风险智能化管控平台建设指南（试行）》（2022年）以及国家应急管理部印发的《长输管道人口密集型高后果区风险评估指南》（2024年）等。

目前，现行关于管道风险管理的国家标准有4项、行业标准有5项。GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》、GB/T 27512―2019《埋地钢质管道风险评估方法》、GB/T 34346―2017《基于风险的油气管道安全隐患分级导则》、GB/T 38076―2019《输油管道环境风险评估与防控技术指南》等明确要求油气管道应定期开展风险评价。

2  管道风险评价技术及软件研究

2.1  管道风险评价技术进展

管道风险评价技术按照量化程度可分为定性法、半定量法和定量法[1]。当前管道定性风险评价方法应用较少，半定量风险评价方法和定量风险评价方法是管道行业研究的热点，在管道企业中应用也较为广泛。管道半定量风险评价技术一般针对管道全线开展，侧重于识别危害因素和评价失效概率，发现管道的主导风险因素。管道定量风险评价技术一般针对高后果区等关键区域，侧重于评价管道失效后果，通常用于分析泄漏后可能引发火灾、爆炸的影响范围和安全距离。

我国长输油气管道风险评价技术研究起步于20世纪90年代，1995年著名油气储运专家潘家华教授在《油气储运》杂志上介绍管道风险评价技术后，很快引起管道企业管理和科技研究人员的关注[2-3]。21世纪前10年管道半定量风险评价技术得到快速发展，中国石油、中国石化，西南石油大学、中国安全科学研究院等科研机构和院校在管道线路风险评价领域做了大量研究工作[4]。如严大凡、翁永基等出版《油气长输管道风险评价与完整性管理》，姚安林等提出我国管道风险评价技术的发展战略，构建了管道第三方损坏事故树等[5-7] 。

2.2  管道风险评价模型

基于威胁与防护风险评价模型将影响管道安全运行的风险因素分为第三方损坏、外腐蚀、内腐蚀、制造与施工缺陷、地质灾害、误操作以及泄漏后果影响等七个方面。该模型系统分析了各个指标之间的逻辑关系，对每个指标进行赋值评分，综合分析各风险因素引起管道泄漏的可能性及泄漏后的事故严重程度，建立指标体系。

在管道风险评价模型构架中（图1），将六类失效可能性的风险因素的分值设定在0～1之间，将4类失效后果的分值设定为1～5级，利用故障树对评价因素进行梳理，建立逻辑计算模型，利用风险矩阵的直观形象特点进行风险分级。该模型综合考虑了导致管道失效的各种因素，梳理了各因素之间的逻辑关系，通过应用内外检测数据，使得评价结果更加符合实际情况。

图 1 管道风险评价模型架构

2.3  管道风险计算方法

（1）管段风险计算方法。油气管道为线性工程，在风险评价过程中需要根据管道属性对管道分段，以管段为单元开展风险评价，根据各个管段的失效可能性与失效后果计算结果，得到各个管段的风险值，管道风险计算公式如下：

式中，R为风险值，L为失效可能性值，C为失效后果值，k为失效原因编号（1～6分别代表第三方损坏、外腐蚀、内腐蚀、制造与施工缺陷、误操作、地质灾害）。

失效可能性分值在0～1之间，分值越大表示越可能发生。失效后果分为5级，等级越高表示后果越严重。风险值为两者的乘积，值越大表示风险越大，最后将风险分为4级。

（2）管道总风险计算方法。从两个角度进行说明管道总体风险情况，根据木桶理论，管道整体风险由风险最大的管段决定，取管道全线风险最大管段风险值为风险极值，反映管道整体风险情况。同时计算管道全线风险均值，采用里程加权平均的方式计算管道风险均值，计算公式如下： 

式中，R为风险均值；j为管段编号，j=1，2……，J；Rj为管段 j 风险值；lj为管段 j长度。

（3）风险分级方法。风险分级准则的研究以4万公里管道风险数据为基础，对管道风险值分布情况进行统计分析，测试评价模型计算的准确性，并研究了风险分级准则；制定了风险分级阈值，实现了风险评价结果的自动分级。

2.4  管道风险评价软件功能模块

在基于威胁与防护逻辑的评价模型基础上，研发了管道风险评价软件和管道风险数据采集App两款软件，可实现移动端采集数据、云端储存、评价结果展示等功能。包括数据管理、风险计算、结果查询、风险管理、风险地图和帮助6个功能区，每个功能区包括多项子功能，实现新建评价项目、数据录入、风险计算、结果查询等功能。软件采用分类线性数据管理技术，基于动态分段技术，全面细致反映管道沿线风险，评价结果直观，表现形式多样。利用多种工具分析导致风险的根本原因，有利于提出可操作性强的管理建议。采用量化风险矩阵，自动确定管道风险等级；利用风险致因分析，提出风险管控建议措施。积累了连续多年的风险评价数据与结果，汇成管道风险数据库，自动学习优化模型，打造智慧系统。

3  风险评价技术推广应用情况

3.1  某管道风险评价应用案例

某输油管道A线路全长约758 km，设计输量为700×104 t/a，设计压力6.3 MPa。管道规格为Ф508×7.1 mm，管材一般段采用L415螺旋缝埋弧焊钢管，穿越段采用L415直缝埋弧焊钢管。以该管道为例分析管道风险评价软件的主要功能和计算结果。

（1）数据采集与分段。软件能够根据录入的数据实现自动分段，按照一个属性值变化即划分一个新管段的原则，将管道划分为多段（图 2）。以管段为评价单元开展评价工作，每个管段都会计算得到一个风险值，根据风险值对各个管段风险进行排序。根据分段方法，软件将A管道全线划分为946段，并逐段进行了风险计算。

图 2 管道动态分段示意

（2）风险折线图。针对油气管道线性工程的特点，软件以风险折线图的形式展示管道全线风险变化情况。风险折线图中的横坐标代表管道里程，纵坐标代表管道风险值，可直观分析管道风险随着管道里程变化情况，进而识别出风险部位。

根据风险评价结果，A管道全线风险值位于0.18～2.2之间（图 3），风险较高位置主要集中在959 km～1300 km之间的管段。该地区人类活动较频繁，第三方损坏风险较大，外腐蚀检测结果显示，防腐层缺陷主要集中在该区域。同时该段属山区，地形复杂，易发生地质灾害，地质灾害风险点占全线78%。风险值最大管段分别位于859 km～960 km、972.1 km～972.5 km、1230 km～1232 km等管段。

图 3 管道全线风险折线图

通过软件可进一步对风险评价结果分类展开分析，分析第三方损坏、外腐蚀、内腐蚀、制造与施工缺陷、地质灾害等不同类型的风险因素导致的失效可能性。

根据分类失效的可能性分布情况（图 4），A管道第三方损坏导致失效可能性分值范围在0.0243～0.2966之间，管道外腐蚀失效可能性分值在0.0065～0.0742之间，管道内腐蚀失效可能性分值在0.0097～0.0138之间，管道制造与施工失效可能性分值为0.0225，管道地质灾害失效可能性分值在0～0.112之间。管道主导风险因素为第三方损坏，其次为地质灾害，应当将这两类风险因素作为管道风险管控的重点。

图 4 管道失效可能性评价结果

软件可分析管道失效后果分布情况，其中后果值较大的位置是管道泄漏后导致较大的人员伤亡、环境影响、财产损失或停输影响的区域。

依据折线图分析结果，失效后果的最大值为8.05，该处为管道穿越某大中型河流，河流下游汇入黄河，距离黄河约23 km，一旦发生泄漏后果十分严重。失效后果值在6以上的区域均为人口密集地区，主要为社区、工厂建筑群、学校等区域，该类地区一旦发生管道泄漏、着火、爆炸等事故事件，会造成较大人员伤亡和财产损失。

（3）风险分级。软件可以实现对管道全线的风险分级，根据管道动态自动分段结果，并对每个管段进行编号，根据各个管段失效可能性分值和失效后果分值确定管道的风险等级。通过风险矩阵将管段风险分为高、较高、中、低4个级别。A管道全线高风险5段，较高风险216段，中风险395段，低风险330段。

（4）制定风险控制措施。在软件风险管理模块可完成管道风险管段筛选和风险控制措施制定。根据风险计算结果，筛选出需要重点管理的风险区域，并进一步制定风险控制措施和风险消减计划。针对选定的风险管段，需要明确主要风险因素、风险特征、已采取的风险控制措施、风险是否控制到可接受范围、风险控制措施分类、风险控制措施详细描述、风险控制措施费用与实施时间、应急预案与现场处置方案。通过风险管理模块可以直接导出管道风险管段及管控措施一览表，作为管道管理单位开展风险控制措施的依据。

3.2  风险评价软件规模化应用

2022年，国家管网集团公司将管道风险评价技术及软件列入首批集团公司级技术推广目录，在集团公司范围内开展科技成果转化与推广应用，目前已在12家区域公司完成了8.9万余公里管道基础信息入库，组织开展了多轮次技术培训，实现了技术的全面推广应用，有效实现了风险分级与管控。

4  结语

管道安全运行关系管道沿线人民群众生命财产安全，是公共安全的重要组成部分，管道风险评价技术是识别、评价和管控管道运行风险的重要技术手段。2000年以来，国内外管道风险评价技术、标准和软件均取得了快速进步，风险评价技术基本成熟并得到广泛应用。油气管道风险评价模型及评价软件可实现对油气管道风险识别、评价与分级，已经在9万余公里管道规模应用，对于保障油气管道安全运行发挥了重要作用。随着油气管道运营进入到“智能管道、智慧管网”时代，以数据为核心的动态管道风险评价技术将成为研究热点，未来以动态数据为核心的管道风险评价技术将在管道安全运行中发挥更加重要的作用。

 

参考文献：

[1]毕傲睿，骆正山，宋莹莹，等.内腐蚀海底管道剩余强度的FOA-GRNN模型[J].中国安全科学学报, 2020，30(6)：78-83.

[2]柴强飞，肖忠东，高竟喆，等.基于尖锥网络分析法的管道风险评价研究[J].中国安全科学学报, 2017， 27(7)：88-93.

[3]帅健，单克.基于失效数据的油气管道定量风险评价方法[J].天然气工业，2018，38(9)：129-138.

[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].北京：中国矿业大学，2017：18-21.

[5]中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院. 石化装置定量风险评估指南[M]. 北京：中国石化出版社，2007：56-98.

[6]杨玉锋，葛新东，郑洪龙，等.第三方损坏对管道可靠性的影响规律[J].油气储运，2017，36(8)：903-909.

[7]雷云，余建星，吴朝晖，等.基于模糊ANP的海底管道失效风险综合评价[J].中国安全科学学报， 2019，29(5)：178-184.

作者简介：杨玉锋，1985年生，高级工程师，博士，主要从事管道完整性管理及风险评估方向的研究工作。联系方式：13426368869，yangyf@pipechina.com.cn。