油氣長輸管線的安全可靠性分析

1、油氣長輸管線的安全可靠性分析風(fēng)險是一些人們所不希望發(fā)生的事件的可能性，它由發(fā)生這類事件的可能性及其后果的嚴(yán)重程度兩方面組成。管線系統(tǒng)的風(fēng)險既包括由于管線的事故所導(dǎo)致的直接風(fēng)險，也包括了間接的商業(yè)上的風(fēng)險。油氣長輸管線的完整性評估是保證服役管線安全可靠運(yùn)行的必不可少的工作，風(fēng)險評估是它的一個重要組成部分。我國目前油氣長輸管線已有接近2萬公里，而且隨著我倒國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，如“西氣東輸”等，還會建成更多的長輸管線，井且在不太長的時間內(nèi)會形成全國性的油氣長輸管網(wǎng)。因此，開展對油氣長輸管線的風(fēng)險評估分析，進(jìn)行風(fēng)險管理，是一項亟待解決的重要問題。本節(jié)下面即圍繞風(fēng)險評估、風(fēng)險優(yōu)化分析、風(fēng)險管理等問題，概括地

2、做些初步介紹。一、管線系統(tǒng)的風(fēng)險評估風(fēng)險是危險轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的概率及造成的損失程度的綜合。它由危險事件出現(xiàn)的概率及危險發(fā)生后造成的損失和影響兩部分組成。風(fēng)險評估是根據(jù)管線系統(tǒng)的有關(guān)資料和信息，對事故的概率及其造成的影響和結(jié)果所進(jìn)行的綜合評估。風(fēng)險評估可以根據(jù)得到的風(fēng)險值，綜合考慮各方面的因素，為重大決策提供依據(jù)。目前國內(nèi)外在工程上采用的風(fēng)險評估方法可分為兩大類，即量化分析法及模糊評分法，今具體介紹如下。1 管線系統(tǒng)風(fēng)險的量化分析法它是先將整個管線系統(tǒng)劃分出管段；然后利用概率模型對由于不同原因造成的事故的頻率或概率，分段進(jìn)行評估；再將整個管線系統(tǒng)看成是一個串聯(lián)系統(tǒng)，根據(jù)各個因素引起管線系統(tǒng)發(fā)生事故率

3、（頻率或概率）之和，求出整個管線系統(tǒng)的總事故率；隨后，利用后果模型，評估事故引起的經(jīng)濟(jì)上的、人身安全及環(huán)境影響上的后果，將三種后果綜合起來，得出總的后果，再將總后果與總事故率相乘，即可得出管線系統(tǒng)的總風(fēng)險值。1） 風(fēng)險值的計算模型風(fēng)險值是指事故出現(xiàn)的概率與事故出現(xiàn)的后果損失大小的乘積。今給出其計算模型如下：（1）單項事故的風(fēng)險值。設(shè)以Ri為第i種事故的風(fēng)險值，Pi為第i種事故出現(xiàn)的概率（或頻率）；Ci為第i種事故的后果損失（可以人民幣表示），則R=PiXCi對于油氣長輸管線來說，事故通?？煞殖桑和飧g、內(nèi)腐蝕、第三方破壞、土壤移動、設(shè)計（材料）因素、系統(tǒng)安全因素及應(yīng)力腐蝕裂縫等7類，這也就是說

4、i=1,2,3,，n,而n=7。（2）某段管段的某項事故的風(fēng)險值。設(shè)整個管線系統(tǒng)共劃分成m段，而第j段管段的第i項事故的風(fēng)險值為Rij，則可寫出Rij=Pij乂CijPij為第j段管段的第i項事故的概率；而Cij則為該段出現(xiàn)第i項事故后的后果損失。（3）整個管線系統(tǒng)的總風(fēng)險值。設(shè)以Rs代表此總風(fēng)險值。當(dāng)管線共劃分成m管段時，則mnmnRs=ZRRj=Z£PjxCjj=1i/j4i42）事故發(fā)生的概率從目前國內(nèi)外油氣長輸管線工程界來看，一般均將管線系統(tǒng)的事故劃分成7大類。它們各類事故發(fā)生的概率，應(yīng)該通過大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，但根據(jù)國外墨西哥PGPB石油及天然氣管道公司提供的數(shù)據(jù)，可供進(jìn)行風(fēng)

5、險評估時參考，其數(shù)據(jù)如下表所示。油氣管線的事故發(fā)生的概率管線事故類別概率外腐蝕35%內(nèi)腐蝕5%第二方破壞30%土壤移動5%設(shè)計（含材料）因素15%應(yīng)力腐蝕裂縫0操作方面10%3）事故出現(xiàn)后的后果計算油氣長輸管線系統(tǒng)出現(xiàn)事故以后的后果，從總的方面來看，可包括三方面，即：人身財產(chǎn)安全損失方面、環(huán)境污染破壞影響方面、長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)商業(yè)損失方面。但是，這三個方面的損失后果又可以歸納成為人員與金錢損失兩大類。這兩類的計算方法如下：人員的損失后果的計算。設(shè)管線系統(tǒng)發(fā)生事故的總概率為Rs,它可依式mnmnRs=ZRRj=£工PjxCj計算得出，在這些事故中要造成人員傷亡（如著火、爆炸等）的jmi4j1i

6、1事故的概率為Pp；事故時可能涉及到的人員總數(shù)為Np；在這些人員中有可能造成死亡的概率為Pd,則人員損失后果Cp的計算模型為：外Cp=R，Pp，Z（NpMR）內(nèi)內(nèi)、外是指本單位內(nèi)部人員與外部社會上的人員而言。因為，例如氣管線的泄漏，據(jù)專家評估在10mm內(nèi)的泄漏量可達(dá)230000kg,若爆炸著火后，則不僅影響到本單位的工作人員，而且還要影響到周圍社會上的人員，當(dāng)然這個涉及到的人員的多少，是與社會人口狀況分不開的。關(guān)于人口狀況。美國DOT將油氣管道所經(jīng)過的地區(qū)劃分成4類地區(qū)，即I類地區(qū)，居民少于10戶；n類地區(qū)，居民在1046戶之間；III類地區(qū)，居民多于46戶；IV類地區(qū)為城市。計算“外”人員總

7、數(shù)時.一般是以管線中心線兩側(cè)各201m,在沿管線長1600m范圍內(nèi)來考慮。至于造成人員傷亡的事故發(fā)生的概率，以及事故中可能波及到人員死亡的概率，也應(yīng)根據(jù)調(diào)查外研究及統(tǒng)計數(shù)據(jù)來求得。以式Cp=RsxPpxZ(NpxFd)中的概率Pp為例，以我國油氣長輸ppp內(nèi)管線為例，按運(yùn)營5000km的管線來統(tǒng)計，自建管至1993年的20年內(nèi)，共發(fā)生爆炸、著火的事故8起；而自1994年至1997年10月就發(fā)生了11起。這樣，若以每年、每公里管線發(fā)生的次數(shù)來做為事故率Pp,則11Pp=0.0005=0.55%(最低值)50004,11一或Pd=11一=0.0005=0.55%(最高值)p50004因此，概率Pp

8、可以考慮自0.008%0.055%之間取值。至于人員死亡的概率Pd通常標(biāo)準(zhǔn)中要求為每年每1000km是0.0001%。為了便于確定事故的發(fā)生的概率Pi見式R=PjXCi,下表還給出了我國及其它國家的一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，供參考。下表中，中國的油管線是19701990年共20年的統(tǒng)計，氣管線是四川氣管線自19691990年的統(tǒng)計；歐洲輸油管線是19861990年的統(tǒng)計，輸氣管線是19701986年的統(tǒng)計；美國的油管線是19821991年的統(tǒng)計，氣管線是19701984年的統(tǒng)計；俄羅斯只有輸氣管線的數(shù)據(jù)，是19811990年的統(tǒng)計。其中，歐洲的輸氣管道的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，因事故次數(shù)的統(tǒng)計是以次/(km-a)表示

9、的事故率，故未在表中列出。國內(nèi)外一些油氣管線的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)事故類別事故次數(shù)，次占總事故的百分比，中國歐洲美國俄羅斯中國歐洲美國俄羅斯油管氣管油管氣管油管氣管氣管油管氣管油管氣管油管氣管氣管外腐蝕134211352397224821.313.5527.6615.9027.516.933.0內(nèi)腐蝕465229.676.9第三方破壞5261958131441278.314.2040.4250.5230.653.516.9管材1519119813191002.412.2623.406.985.222.513.3施工3841656.126.4513.378.6地面運(yùn)動74.3焊接54812.810.8誤

10、操作12921072220.54.265.62.9設(shè)備190421730.32.22.3其它702224964374011.13.874.2612.7826.15.3還應(yīng)當(dāng)指出，在計算人員損失后果時，對風(fēng)險貢獻(xiàn)最大的因素應(yīng)為事故發(fā)生的概率及周圍人口狀況兩個因素，應(yīng)盡量提高它們的精確度。（2）經(jīng)濟(jì)的損失后果的計算。經(jīng)濟(jì)損失的后果一般均以金錢來表達(dá)。計算時應(yīng)解決下列問題:單項經(jīng)濟(jì)損失的計算。應(yīng)將事故發(fā)生后涉及到的經(jīng)濟(jì)項目，逐項折合成錢來計算。現(xiàn)以美國對于處理一次油氣管線事故的花費(fèi)為例，給出以每米管線損失的美元數(shù)表示的經(jīng)濟(jì)損失，如下表所示。美國油氣管線事故的經(jīng)濟(jì)損失項目花費(fèi)費(fèi)用，美兀試壓400管內(nèi)檢

11、測500第二方花費(fèi)75全部更換管段21000各項經(jīng)濟(jì)損失的權(quán)重。計算出單項經(jīng)濟(jì)損失后，不是直接相加而得出總的經(jīng)濟(jì)損失，而是應(yīng)該考慮各項經(jīng)濟(jì)損失的權(quán)重系數(shù)，將其與相應(yīng)的各項經(jīng)濟(jì)損失相乘之后，再相加。至于權(quán)重系數(shù)的確定，它是根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由專家評定。例如上表所示的各項損失費(fèi)用中，管線內(nèi)檢測這一項的加權(quán)系數(shù)可取0.2。再例如在管線系統(tǒng)總損失中三項損失的權(quán)重，按照墨西哥油氣管線公司（PGPB）的統(tǒng)計如下表所示。管線系統(tǒng)總損失中的各項所占比例事故后果項目名稱權(quán)重人口影響40%環(huán)境影響35%商業(yè)影響25%上表中，環(huán)境影響是指油氣管線的氣體或液體介質(zhì)在事故時發(fā)生泄漏后，對環(huán)境污染所造成的后果損失；人口影響是

12、泄漏或爆炸、著火時所造成的人員損失的后果；商業(yè)影響是指商業(yè)經(jīng)營者在事故發(fā)生后導(dǎo)致的短期及長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)損失。此三項之和.即應(yīng)為管線總損失。（3）損失后果汁算的步驟?，F(xiàn)以油氣管線的流體泄漏為例，給出其分析與計算后果的步驟的框圖。如圖所示。自圖中可看出，其步驟如下：確定有代表性的流體及其性質(zhì)；選擇一套孔洞的尺寸，以得到風(fēng)險計算中的后果的可能范圍；估算流體可能釋放出的總量；估計潛在的流體釋放率（kg/10min）:確定釋放的類型（持續(xù)態(tài)或瞬態(tài)），以制訂模擬擴(kuò)散及其后果的方法；確認(rèn)流體的最終相（液態(tài)或氣態(tài)）；確定潛在的由于釋放受影響的區(qū)域面積及人口狀況；分別計算燃燒或爆炸的經(jīng)濟(jì)后果損失、毒害人員的經(jīng)濟(jì)后果

13、損失、環(huán)境污染的經(jīng)濟(jì)損失、生產(chǎn)中斷等商業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，再考慮人口、環(huán)境、商業(yè)三方面的權(quán)重后疊加得出總損失費(fèi)用。2.模糊評分法上面介紹的量化分析法，其優(yōu)點(diǎn)是分析比較客觀，可以得出較具體的、較精確的定量結(jié)果。但是，也可以看出，此法是比較復(fù)雜的，進(jìn)行分析計算還是存在不少困難。因此，目前在油氣管線工程上常用的是W.KentMuhlbauer提出的管線風(fēng)險評分法。評分法是將管線系統(tǒng)引起事故的影響因素分為：腐蝕、設(shè)計、第三方破壞和操作等四大類，并且將它們假設(shè)成為相互獨(dú)立的，然后，按照最壞的情況進(jìn)行評分，還要結(jié)合輸送介質(zhì)的危險和影響面，得出相對風(fēng)險數(shù)，風(fēng)險數(shù)越大，表明風(fēng)險越小。這種評分法，系統(tǒng)完整、應(yīng)用方便。作

14、者提出的模糊評分法的想法是既要利用W.KentMuhlbauer提出的評分法的比較完整、比較成熟的優(yōu)點(diǎn)，又要運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中模糊綜合評判法的適于解決具有模糊性問題的特點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來，進(jìn)行油氣管線系統(tǒng)的風(fēng)險評估。因為風(fēng)險本身就是既具隨機(jī)性，又有模糊性，危險的發(fā)生具有隨機(jī)性，危險的后果的評估沒有明晰的界定，是有模糊性的。而且，評分本身也是在一個區(qū)間內(nèi)，具有模糊性。所以，筆者認(rèn)為采用模糊評分法進(jìn)行油氣管線系統(tǒng)的風(fēng)險評估是一種可行的方法。下面圍繞棱糊評分法的幾個主要問題介紹如下。1）因素集以及評價集的分級管線系統(tǒng)引起事故的原因，在W.KentMuhlbauer提出的評分法中，將其歸結(jié)為：腐蝕、設(shè)計、

15、操作和第三方破壞等四大類，這是一個集合，可稱之為因素集。而對這些因素引起事故的可能性大小的評價，在評分法中是以得分多少來表達(dá)的，它也是一個集合，可稱為評價集。因為各個因素的影響大小是不容易以確定性量來表達(dá)的，具有模糊性，所以在模糊數(shù)學(xué)的模糊綜合評判法中即以模糊語言量詞來表達(dá)，例如“很大”、“較大”“較小”等。同樣，在評價集中對于引起事故的可能性大小的評價，也是有模糊性，也應(yīng)該用模糊語言量詞來表達(dá)。這樣，這兩個集合就都可以以模糊語言量詞，分成：“很大”、“大”、“較大”、“中等”、“較小”、“小”、“很小”等7個量級來表述。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中關(guān)于模糊語言量詞的隸屬函數(shù)的描述。即可分別寫出這7個量級的

16、隸屬函數(shù)如下：“很大”=0,0,0,0.07,0.35,1.0T“大”=0,0,0.04,0.16,0.99,0.98T“較大”=0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11T“中等”=0,0.15,1.0,0.53,0.08,0.0T“較小”=0.27,1.0,0.27,0.05,0.01,0.T“小”=1.0,0.53,0.08,0,0,0T“很小”=1.0,0.3,0,0,0,0T這樣，若根據(jù)W.KentMuhlbauer給出的各個因素的評分的上、下限之間，將其劃分成6個相等的區(qū)間，則上式中相應(yīng)某個模糊語言量詞評語的矩陣中的每一個元素，即應(yīng)為對應(yīng)這6個評分區(qū)間的隸屬度。例如，內(nèi)腐

17、蝕的評分是015分，即上限為15,下限為零分，將其6等分，則應(yīng)為：02.5,2.55.0,5.07.25,7.2510.0,10.012.50,12.515.0。若經(jīng)專家根據(jù)影響管線內(nèi)腐蝕的因素，如介質(zhì)腐蝕性程度以及管線內(nèi)保護(hù)層情況等，給出一個這些因素對內(nèi)腐蝕的影響“較大”的模糊語言量詞的評語，則按照上式中的“較大”的隸屬函數(shù)，即可求得對應(yīng)上述6個等分區(qū)間的隸屬度為：0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11。這樣，按照最大隸屬度原則，083為最大隸屬度，即內(nèi)腐蝕的影響應(yīng)依對應(yīng)0.83隸屬度的7.2510.0或10.012.5來評定，顯然，以評定為10分為最佳。2)單個因素的模糊綜合

18、評估因為引起管線事故的原因是多個，而每一個原因又為多個影響因素所制約，所以評估管線引起事故的可能性大小，應(yīng)先從一個因素開始，按照模糊綜合評估法來評估，這就叫做單個因素的模糊綜合評判。上面舉出的對內(nèi)腐蝕這個單個因素的評價，已經(jīng)是屬于單個因素的模糊綜合評判的例子。歸納這個例子的評判方法，可得出單個因素的模糊綜合評判方法的進(jìn)行步驟是：(1)劃分單個因素評分上下限間為6個等區(qū)間。例如上面將內(nèi)腐蝕評分的015分，劃分成6個相等區(qū)間。(2)給出各個影響因素的模糊語言量詞評語。例如影響內(nèi)腐蝕的因素有：介質(zhì)腐蝕性、管線內(nèi)保護(hù)層狀況等，分別給出它們對內(nèi)腐蝕的影響，如介質(zhì)腐蝕性的影響“較大”，管線內(nèi)保護(hù)層的影響“

19、中等”。(3)給出各個影響因素對單因素評價的隸屬度。例如，介質(zhì)腐蝕性的影響“較大”，因而對內(nèi)腐蝕的評價的6個區(qū)間的隸屬度分別為：0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11。而管線內(nèi)保護(hù)層的影響“中等”，對內(nèi)腐蝕評價6個區(qū)間的隸屬度則分別為：0,0.15,1.0,0.53,0.08,0.00。(4)考慮因各個影響因素貢獻(xiàn)不同的加權(quán)系數(shù)。例如，對內(nèi)腐蝕的評價中，介質(zhì)腐蝕性與管線內(nèi)保護(hù)層狀況這兩個影響因素的貢獻(xiàn)大小不同，若前者貢獻(xiàn)稍大，則可取加權(quán)系數(shù)的=0.6,而32(管線內(nèi)保護(hù)層狀況)=0.4。但必須使Z颯=1。i1(5)列出模糊關(guān)系矩陣計算對評價的綜合隸屬度。設(shè)模糊關(guān)系矩陣對于第j個單

20、個因素內(nèi)腐蝕來說，以Rj表示；而影響內(nèi)腐蝕的各個因素的加權(quán)系數(shù)矩陣以c表示，則介質(zhì)腐蝕性及管線內(nèi)保護(hù)層狀況兩個因素對內(nèi)腐蝕評價的綜合隸屬度bj為：0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11bj=31Rj=31,處兒=b1,b2,b3,b4,b5,b60,0.15,1.0,0.53,0.08,0.0(6)按照最大隸屬度原則給出單個因素的評價。若必及仞給出，則自上式可計算出b=b1,b2,b3,b4,b5,b6,它們就是對內(nèi)腐蝕評價的6個區(qū)間的綜合隸屬度。其中最大的例如是b5,則對內(nèi)腐蝕的評價應(yīng)是第5個區(qū)間，即10.012.5分。換一種表達(dá)方式，若對內(nèi)腐蝕的評價，也用模糊語言量詞來表達(dá)，

21、則第5個區(qū)間的模糊語言量詞等級應(yīng)為“大”。3)引起管線事故的因素分析上面已經(jīng)介紹了引起管線系統(tǒng)發(fā)生事故的單個因素的模糊綜合評判的方法與步驟。下面將給出引起管線發(fā)生事故的所有單個因素的評分上、下限及影響它們的所有因素。按照國外的標(biāo)準(zhǔn)，是將油氣管線發(fā)生事故的原因分成7類：(1)外腐蝕。評分上、下限為070分，對其影響因素有：陰極保護(hù)?？蓮乃欠穹显O(shè)計及規(guī)范要求；對其檢查是否經(jīng)常等方面給評語。管線外部涂層?？勺酝繉拥姆N類及質(zhì)量；涂層的施工質(zhì)量；涂層檢驗的嚴(yán)格程度；涂層的缺陷是否及時正確修補(bǔ)等方面，給出評語。土壤腐蝕性。可自土壤的電阻率的大小來給出模糊語言量詞評語。其它金屬埋設(shè)物。因為管線附近(15

22、0m以內(nèi))若埋設(shè)有其它金屬物時，會對陰極保護(hù)產(chǎn)生干擾，故應(yīng)根據(jù)評估管段的長度內(nèi)，在管線附近埋設(shè)的其它金屬物的數(shù)量，來給出評語。電流干擾。管線附近有高壓交流電線時會在管線附近產(chǎn)生磁場或電場，并在管線內(nèi)形成電流，而電流離開管線時則會損害涂層或管線。因此，應(yīng)根據(jù)有無干擾及有否保護(hù)措施來評判。使用年限。應(yīng)根據(jù)管線服役時間的長短，對外腐蝕的影響給出模糊語者量詞評語。(2)內(nèi)腐蝕。評分上、下限為030分，即內(nèi)腐蝕與外腐蝕之和，作為腐蝕一項，其評分上、下限為0100分。對內(nèi)腐蝕的主要影響因素包括有：介質(zhì)腐蝕性。應(yīng)根據(jù)介質(zhì)中是否含有H2S、H2CO3(天然氣)以及S(原油)等來給出評語。內(nèi)保護(hù)層及其它措施?？?/p>

23、自是否加設(shè)內(nèi)涂層或采取注入緩蝕劑或清管等措施情況評判。(3)第三方破壞。第三方破壞是指由第三方破壞管線所造成的介質(zhì)泄漏、防腐層損傷、管線出現(xiàn)刮痕及壓坑等事故。它的評分上、下限為0100分，它對于管線出現(xiàn)事故可能的影響因素有：最小埋深。埋深越淺，越容易受到第三方破壞。陸地管線應(yīng)根據(jù)埋深量大小評判；穿越江、河、湖泊的管線，應(yīng)考慮管線處于水面下的深度、低于河床表面下的深度以及管線的涂層狀況進(jìn)行評判；海底管線可參考穿越河流的情況，進(jìn)行對最小埋深的影響的評判?；顒铀健；顒铀绞侵溉嗽诠芫€附近的活動狀況，如建設(shè)活動，鐵路、公路狀況，以及有無埋地設(shè)施等，因這些活動與第三方破壞的潛在危險有關(guān)，故需根據(jù)活動的

24、多少評判。管線線路上的地上設(shè)備。如干線截斷閥等設(shè)備極易被車輛或行人等第三方破壞，應(yīng)根據(jù)是否有鏈條、鋼管、樹木、深溝等防護(hù)設(shè)施情況評判。公眾教育。公眾教育狀況直接影響到管線附近第三方的人員素質(zhì)，故應(yīng)根據(jù)居民愛護(hù)公共財物的意識、法治觀念、道德品質(zhì)來評判。線路與巡線狀況。線路狀況是指沿線的標(biāo)志情況以及防止破壞管線的宣傳告示等；巡線是指管線管理人員檢查線路的頻率高低及有效性。應(yīng)根據(jù)每周或每月巡線的次數(shù)多少以及線路標(biāo)志和安全告示的設(shè)置多少及清楚程度來評判。(4)設(shè)計方面。設(shè)計方面包括管材，其評分上、下限也是0100分，它主要涉及到：管材安全因素。鋼管的厚度往往是設(shè)計計算的與實際用的有誤差，這將影響管線安

25、全，故應(yīng)根據(jù)此誤差大小來進(jìn)行評判。系統(tǒng)安全因素。它是指從最大允許操作壓力MAOP與實際操作壓力的差別大小，來考慮整個管線系統(tǒng)安全的評判。因此，應(yīng)按照此兩者壓力之差的大小，來給出模糊語言量詞評語。疲勞失效因素。當(dāng)管線承受交變應(yīng)力作用時，則將發(fā)生疲勞失效。因此應(yīng)根據(jù)交變應(yīng)力幅大小、循環(huán)次數(shù)多少，來給出評語。水擊可能性。管線系統(tǒng)啟停泵及迅速開閉閥門時，均易引起水擊。水擊值與介質(zhì)的密度和彈性、流動速度、流動停止的速率等因素有關(guān)，應(yīng)考慮這些情況，給出評語。水壓試驗狀況。通常以為提高水壓試驗的壓力，可以增加管線的安全性。一般可按照試驗壓力與MAOP的比值大小以及管線服役期間試壓間隔時間的長短等因素來給出評

26、語。(5)土壤移動狀況。它可以包括在設(shè)計因素中，但國外也有時將它單獨(dú)列為與設(shè)計因素并列的項目(如墨西哥的統(tǒng)計)。若單列則其評分上、下限也應(yīng)自0100分。造成土壤移動最主要原因是由于滑坡，再者，不穩(wěn)定土壤中的土壤溫度及水份的變化，也會使土壤移動；還有，管線埋設(shè)在冰凍線以上，冬季土壤結(jié)冰或形成冰柱，使土壤膨脹，也會使土壤移動。這樣，就需根據(jù)這些情況，給出評語。(6)操作方面因素。它是指人的誤操作所造成的災(zāi)害，其上、下限評分也可定為自0100分。操作方面因素，又可分解為下列4個因素：設(shè)計誤操作因素。它是指由于設(shè)計上的失誤所引起的事故，例如設(shè)計的消防措施不完善、材料選擇不當(dāng)?shù)?。?yīng)根據(jù)設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣評判

27、。施工誤操作因素：施工誤操作是指未按設(shè)計規(guī)定的技術(shù)要求的行為，例如焊縫有超過規(guī)定值的缺陷、涂層質(zhì)量不佳，以及下溝回填時造成的涂層或鋼管本身的損傷等，它也是根據(jù)施工的“優(yōu)”、“良”、“中”、“劣”等級情況，進(jìn)行評判。運(yùn)營誤操作因素：它是指管線運(yùn)行過程中，由于未按操作規(guī)程操作、維修不及時不完善、工人技術(shù)不熟練等因素所引起事故的原因，也應(yīng)按運(yùn)營的優(yōu)、良、中、劣等級進(jìn)行評判。維護(hù)誤操作因素。它是專門指對設(shè)備、儀表的維護(hù)不當(dāng)而言，應(yīng)根據(jù)文件檢查、計劃檢查和規(guī)程檢查的結(jié)果情況，給予模糊語言量詞評語。(7)應(yīng)力腐蝕裂縫狀況。此項一般均列入腐蝕因素中，但如墨西哥等國外單位也有將它單獨(dú)作為一項的。應(yīng)力腐蝕必須是

28、在：有拉應(yīng)力、有腐蝕環(huán)境、有缺陷等三個條件具備時才會發(fā)生。因此，應(yīng)根據(jù)這三個條件的具體情況評判。4)事故可能的模糊綜合評估風(fēng)險分析由兩部分組成，首先，就是要將發(fā)生事故的可能性大小分析出來，它應(yīng)該用模糊綜合評判法來進(jìn)行評估，今將具體步驟介紹如下：(I)建立因素集。將前面介紹的引起事故發(fā)生的因素，歸納成為4大因素U1,U2,U3,U4,則因素集U為U=u1,u2,u3,u4=腐蝕，第三方破壞，設(shè)計方面，操作方面(2)建立評價集。對事故發(fā)生的可能性大小的評價，按照模糊語言量詞劃分成7個等級，v1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,因而事故可能性的評價集V即可寫成V=V1,V2,V3,V4,v5,V

29、6,V7=很小、小、較小，中等、較大，大、很大(3)列出模糊關(guān)系矩陣。因為4大因素對事故發(fā)生的影響大小，已通過上面介紹過的單個因素模糊綜合評判，得出了以模糊語言量詞表達(dá)的評語，而這些量詞的隸屬函數(shù)又可以自上式得到，因此，就可以按照4大因素每個的量詞評語及其隸屬幽數(shù)，給出對應(yīng)評價集7個等級的隸屬度rj,于是模糊關(guān)系矩陣R即應(yīng)為R=r”n(i=1,2,，m)(j=l,2,，n)以上面的4大因素為例，m=4,而評價集，n=7,若根據(jù)單因素的評判結(jié)果,4個因素的影響分別為：腐蝕，“中等”；第三方破壞,中等”；設(shè)計方面，“較大”；操作方面，“中等”，則可寫4X7的模糊關(guān)系矩陣R為00R=00.030.0

30、300.110.830.830.1100.110.830.830.1100.030.110.830.830.1100.030.110.830.830.110對于每個模糊語言量詞，若劃分成7個隸屬度等級時，則應(yīng)對下式略作調(diào)整,“很大”=0,0,0,0.07,0.35,1.0T“大”=0,0,0.04,0.16,0.99,0.98T“較大”=0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11T“中等”=0,0.15,1.0,0.53,0.08,0.0T“較小”=0.27,1.0,0.27,0.05,0.01,0.T“小”=1.0,0.53,0.08,0,0,0T“很小”=1.0,0.3,0,0,

31、0,0T除“中等”及“較大”已如式R所示外.其它為“很大”=0,0,0,0,0.07,0.35,1.0“大”=0,0,0.04,0.16,0.99,0.99,0.98“較小”=0,0.15,1.0,0.53,0.08,0,0“小”=0.27,1.0,0.27,0.05,0.01,0,0“很小”=1.0,0.3,0.3,0,0,0,0(4)給出加權(quán)集。對于影響事故發(fā)生的4大因素，因每個因素對事故發(fā)生的貢獻(xiàn)不同，故應(yīng)依前面Z出的4大因素順序，依次賦予加權(quán)系數(shù)明，32,5。參考國內(nèi)外經(jīng)驗，可考慮期=0.4,32=0.3,3=0.15,04=0.15,于是，加權(quán)集W為W=31,%嗎，叫=0.4,0.3

32、,0.15,0.15(5)計算綜合隸屬度。設(shè)4個因素對事故發(fā)生可能性評價的每個等級的綜合隸屬度為bj,則此綜合隸屬度矩陣B即可寫成為B=W-R=bi,b2,b3,b4,b5,b6,b7=bj(j=1,2,，7)(6)給出事故發(fā)生可能性評語。按照最大隸屬度原理.若bj中的最大者為bmax則對應(yīng)bmax的評價集中的等級的模糊語言量詞，即為事故發(fā)生可能性的評語。例如將式0 0.03 0.11 0.830 0.03 0.11 0.83R=000.030.110 0.03 0.11 0.830.83 0.110.83 0.110.83 0.83的R及式0.110.83 0.110W= 3, 32,33,

33、04=0.4,0.3,0.15,0.15的W代入式B=WR=b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7=bj(j=1,2,，7)中,并進(jìn)行矩陣運(yùn)算，則可得出B=b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7=0,0.025,0.098,0.722,0.830,0.218,0.016從上式可看出：bj=b5=bmax=0.830。這就是說綜合考慮4個因素及其權(quán)重之后，得出的綜合隸屬度中以b5=0.830為最大，即隸屬于評價集的第5個等級的模糊語言量詞“較大”的程度最大.因而評估事故發(fā)生的可能性為“較大”5)危害后果的模糊綜臺評估風(fēng)險是由兩部分組成的，除了按上述方法求得事故發(fā)生可能性大小之外，還必須要分析

34、事故出現(xiàn)以后造成的危害損失的大小。舉例來說，盡管求得的事故發(fā)生的可能性“較大”，但若事故發(fā)生后的后果損失很小，則風(fēng)險并不一定大。對危害后果的評估，因其具有模糊性，故仍用模糊綜合評判法。(1)建立影響后果的因素集。對于油氣長輸管線來說，事故的后果就是輸送介質(zhì)的泄漏，伴隨著泄漏引起了爆炸、火災(zāi)、劇毒，從而造成附近人員的傷亡以及財產(chǎn)的損失和對環(huán)境的污染。顯然，影響后果嚴(yán)重程度的主要因素是：介質(zhì)的危險性(u1)、介質(zhì)的泄漏量(U2)、附近人口狀況(U3),即因索集U應(yīng)為U=U1,U2,U3=介質(zhì)危險性，介質(zhì)泄漏量，附近人口狀況(2)單個因素模糊綜合評判。介質(zhì)的危險性：它分為當(dāng)前危險與長期危險兩方面，前

35、者指突然發(fā)生的火災(zāi)、爆炸、劇毒等.后者指持續(xù)較長時間的有毒物的污染、擴(kuò)散等。對于當(dāng)前危險，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的可燃性、活化性及含毒性等三個方面進(jìn)行模糊綜合評估；對于長期危險也應(yīng)按照介質(zhì)的含毒性、活化性來考慮。介質(zhì)的泄漏量。首先應(yīng)區(qū)分介質(zhì)為氣體或是液體，若為氣體則應(yīng)依l0min的泄漏量大小來模糊綜合評判；若為液體，則除考慮泄漏量之外，還應(yīng)考慮土壤的滲透率，因為土壤的滲透率越高，危險性越大，后果越嚴(yán)重。附近人口狀況：前面已經(jīng)介紹過，可參照美國DOT的地區(qū)分類法，根據(jù)附近人口戶數(shù)的多少情況來進(jìn)行模糊綜合評判。(3)后果危害模糊綜合評判。將上述三方面因素的單獨(dú)評判結(jié)果，以模糊語言量詞來表達(dá);將后果危害的程度也

36、劃分成以模糊語言量詞表達(dá)的7個等級，再根據(jù)3個影響因素的評語量詞的隸屬函數(shù)，給出分屬后果7個等級的隸屬度，并給出3個因素的加權(quán)系數(shù)(例如介質(zhì)危險性wi=0.7,介質(zhì)泄漏量W2=0.15,附近人口狀況W3=0.15),從而求得綜臺隸屬度，按照最大隸屬度原則，得出后果危害程度的模糊語言量詞評語。這樣，對風(fēng)險評估，不僅得到了對事故發(fā)生可能性的評語；而且還得了后果危害的評語。二、管線系統(tǒng)的風(fēng)險優(yōu)化分析上述對管線系統(tǒng)的風(fēng)險評估只是相對風(fēng)險狀況而且是以模糊語言量詞表達(dá)的。若根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，針對其中影響事故發(fā)生的一些可變動因素，采取措施，減小風(fēng)險，從而得到最佳的對策，則稱這種分析為風(fēng)險優(yōu)化分析。其步驟如下

37、。1分析可變動與不可變動因素根據(jù)油氣長輸管線的影響事故發(fā)生與后果危害的主要因素，可對其劃分成可變與不可變因素兩類，其中可變因素如下：(1)腐蝕方面?？勺儎右蛩匕ㄓ校簝?nèi)保護(hù)層及其相關(guān)措施(x1)；管線外層陰極防護(hù)及其相關(guān)措施(x2)；(2)第三方破壞?？勺儎右蛩睾汗娊逃?x3)；路線狀況(x4)；巡線頻率(x5)；(3)設(shè)計方面?？勺円蛩赜校浩谝蛩?x6)；水擊可能性(x7)；水壓試驗狀況(x8)；(4)操作方面?？勺円蛩匕ǎ涸O(shè)計誤操作因素(x9)；施工誤操作因素(x10)；運(yùn)營誤操作因素(x11)；維護(hù)誤操作因素(x12)；2建立風(fēng)險優(yōu)化分析數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型包括：(1)設(shè)計變量。設(shè)以

38、x表示設(shè)計向量，則=Xi,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12(2)目標(biāo)函數(shù)。設(shè)以R's。代表管線系統(tǒng)的風(fēng)險，并以風(fēng)險相對來說最小，作為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)應(yīng)為R's=f(x)-min(3)約束函數(shù)。例如以經(jīng)濟(jì)使用壽命Te及操作壓力p和投資費(fèi)用C三者作為約束條件，則約束函數(shù)可寫成為Te(X)>P(X)>C(X)w上式中，Td與Pd及Cd分別為要求的使用壽命、操作壓力及投資費(fèi)用。顯然，它們是不等式約束條件。歸結(jié)上述，若將諸變動因素均看成模糊變量X,而且將要求的使用壽命和操作壓力也都看成是浮動在其上、下限之間的模糊參數(shù)Td及Pd,則即可將油氣

39、管線系統(tǒng)模糊風(fēng)險優(yōu)化分析的數(shù)學(xué)模型寫成為Min=R's=f(X)s.t.Te(X).TdL,TdU1=Pdp(x)Pdp；=Pdc(x)CL,c；1=Cd自上式可看出，油氣長輸管線系統(tǒng)的模糊風(fēng)險優(yōu)化分析的數(shù)學(xué)模型是一個多模糊變量的目標(biāo)函數(shù)和多模糊參數(shù)不等式的約束函數(shù)的數(shù)學(xué)模型。模型中，和，及，分別代表要求的使用壽命Td及要求操作壓力Pd加和投資費(fèi)用Cd的下限和上限值。3模糊風(fēng)險優(yōu)化分析數(shù)學(xué)模型求解關(guān)于模糊優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型的求解問題，在本書前面本章第三節(jié)有關(guān)管線系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)壽命的模糊優(yōu)化分析問題的求解時，已做過詳細(xì)介紹，這里不再重復(fù)。只要先將模糊集合，通過a-截集法，確定合理的閾值，轉(zhuǎn)變成為普

40、通集合；然后，再按照多目標(biāo)、不等式約束、非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃的理論，進(jìn)行多目標(biāo)的單目標(biāo)化、多約束的無約束化、多維數(shù)的降維數(shù)化，采用逐點(diǎn)搜索的內(nèi)點(diǎn)尋優(yōu)的直接法，應(yīng)用SUMT計算程序計算，即可得解。這里，還應(yīng)指出的是：所謂風(fēng)險最小，不是絕對的，而是相對的，也就是不能絕對說風(fēng)險越小越好，一般的做法是限定在一個可以接受的水平上。所謂風(fēng)險優(yōu)化分析，就是通過研究影響風(fēng)險的各個可變因素，找出滿足管線壽命及壓力要求，符合合理投資可能的、可接受的風(fēng)險水平的方案的分析方法。還要指出：雖然危險是無法改變的，客觀存在，但是，風(fēng)險卻在很大程度上，可以依人們意志而改變，風(fēng)險優(yōu)化分析的目的就是要通過人們的主觀努力，采?。赫_選材

41、、嚴(yán)格制管、精心施工和增加對泄漏的檢查和頻率等一系列措施，使風(fēng)險保持在一個合理水平上，而付出的投資費(fèi)用又是最合理的、最經(jīng)濟(jì)的。三、管線系統(tǒng)的風(fēng)險管理所謂風(fēng)險管理是指在油氣長輸管線的設(shè)計、施工、運(yùn)營及維護(hù)各個環(huán)節(jié)中，為了預(yù)防事故的發(fā)生及降低風(fēng)險的水平，而進(jìn)行的計劃、協(xié)調(diào)、控制、監(jiān)督和組織工作。它應(yīng)該包括有：風(fēng)險的評估、風(fēng)險的控制和風(fēng)險的檢測等三個組成部分，下面即圍繞這三個組成部分，做些介紹。1 .風(fēng)險的評估給出了風(fēng)險管理的組成的主要環(huán)節(jié)，風(fēng)險的評估是風(fēng)險管理的首要環(huán)節(jié)，也可以說，它是風(fēng)險管理的基礎(chǔ)。只有進(jìn)行了風(fēng)險的分析與評估才有可能去研究風(fēng)險的控制以及為達(dá)到對風(fēng)險的控制而實施的風(fēng)險檢測與風(fēng)險管理

42、的功能監(jiān)測。風(fēng)險的評估包括有：對風(fēng)險來源的識別與分析以及對風(fēng)險的大小的評估等，關(guān)于這些問題，本節(jié)前面已做了詳細(xì)介紹，這里不再重述。2 .風(fēng)險的控制1)風(fēng)險控制的目的風(fēng)險控制的目的主要有兩個：(1) 防止事故的發(fā)生；(2) 降低系統(tǒng)的風(fēng)險。2)風(fēng)險控制的防止事故發(fā)生的措施其措施主要有：(1)含缺陷管線的“合于使用”原則實施的完善?！昂嫌谑褂谩?Fitforpurpose)原則，又稱為適用性。它是指含缺陷的管線可以允許在存在缺陷(裂紋)的情況下。繼續(xù)工作一段時間。但是這是有條件的，即繼續(xù)工作的時間，不能超過缺陷發(fā)展到將造成管線失效的臨界值時。目前已在管線系統(tǒng)中施行“合于使用”原則，但仍存在不完善之

43、處有待進(jìn)一步改進(jìn)。關(guān)于這個問題，已在本章第一、二、三節(jié)中有所論述，不再詳述。(2)長輸管線系統(tǒng)中視情維修技術(shù)的推行。視情維修屬于不定期的根據(jù)需要的合理維修，它實際上是為了保持管線系統(tǒng)完整性，在風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上，根據(jù)風(fēng)險優(yōu)化分析，合理排出維修管段的順序，并做出最佳修理決策的問題。關(guān)于這些問題本書已在經(jīng)濟(jì)壽命的評估以及模糊風(fēng)險優(yōu)化等方面做過介紹，這里也不再做重復(fù)介紹。3)風(fēng)險控制的降低系統(tǒng)風(fēng)險的措施風(fēng)險的降低措施或稱降低風(fēng)險策略，它主要包括有下列措施：(1)加強(qiáng)風(fēng)險的法規(guī)的建設(shè)與執(zhí)行。有關(guān)風(fēng)險的法規(guī)、規(guī)范非常重要，它的健全、完善與否，以及執(zhí)行的力度如何，對風(fēng)險的高低有直接關(guān)系。風(fēng)險的法規(guī)中，應(yīng)明確

44、規(guī)定要進(jìn)行風(fēng)險評估；而且還要規(guī)定出風(fēng)險應(yīng)降低到的一個指定水平；還要寫明法規(guī)允許采用的從所處環(huán)境出發(fā)因地制宜的實施辦法。例如，美國正在油氣管線的風(fēng)險管理中，推行一種叫做基于概率的功能標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險法規(guī)，它規(guī)定必須要用概率法對風(fēng)險進(jìn)行定量風(fēng)險評估，它強(qiáng)調(diào)要將風(fēng)險與社會后果聯(lián)系起來，還嚴(yán)格限定管線系統(tǒng)每年每千公里的死亡率要小于0.001等，顯然，這種風(fēng)險法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格執(zhí)行，必然會對控制油氣長輸管線系統(tǒng)的風(fēng)險降低，起重要約束作用。(2)加強(qiáng)基于風(fēng)險的檢測技術(shù)實施?；陲L(fēng)險的檢測技術(shù)RBI(Risk-basedInspection)是1995年由美國API組織開發(fā)的，目前已形成.APIRP580標(biāo)準(zhǔn)，使其將

45、服役管線的檢測標(biāo)準(zhǔn)與正在擬訂的API“合于使用”原則評估法(APIRP579)之間，建立聯(lián)系。RBI技術(shù)是以風(fēng)險評估為基礎(chǔ)，對檢測的管段和裝備的程序，進(jìn)行優(yōu)化安排和管理的一種技術(shù)方法。它的目的是通過優(yōu)化得出的最佳檢測程序和檢測水平，來實現(xiàn)降低風(fēng)險的要求。具體地來說，可概括為下列幾項內(nèi)容：調(diào)查管線系統(tǒng)中運(yùn)行的裝備或管段，識別出具有高風(fēng)險的管段部位或裝備所在。對管線系統(tǒng)各個管段及裝備，進(jìn)行風(fēng)險評估。根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，對管線系統(tǒng)的各個管段及裝備，進(jìn)行排序。從充分降低風(fēng)險及適當(dāng)增加檢測活動的水平及頻率(概率)兩個方面考慮，得出優(yōu)化的最佳檢測程序。設(shè)計適當(dāng)?shù)臋z測程序以降低管線系統(tǒng)的總的風(fēng)險，并節(jié)約財力、

46、人力，將檢測和維修的主要精力用于高風(fēng)險的管段及裝備上。基于檢測，提出加強(qiáng)風(fēng)險控制、改進(jìn)風(fēng)險管理的措施。3 .風(fēng)險的檢測管線系統(tǒng)缺陷的檢測與評估是管線系統(tǒng)完整性評估的重要內(nèi)容之一，同時，管線系統(tǒng)的檢測程序的優(yōu)化安排又是風(fēng)險管理中降低總風(fēng)險、節(jié)約資源的重要措施。因此，對于管線系統(tǒng)的風(fēng)險問題，不僅需要研究風(fēng)險評估、風(fēng)險控制，而且還需要研究風(fēng)險檢測。下面以RBI為主，介紹有關(guān)風(fēng)險檢測的問題。1)合理選擇檢測方法問題評估服役管線的缺陷，必須采用有效的檢測方法與工具。這就需要針對不同的缺陷的特點(diǎn)，合理地選擇不同的檢測方法與工具。目前從國內(nèi)外已報導(dǎo)的智能檢測器工作原理來看，有超聲波法、漏測法、電位法、渦流法

47、、脈沖法等多種，這在本書第二章已做過詳細(xì)介紹，這里。不再重復(fù)。但應(yīng)該指出，目前使用最廣泛的智能檢測器，還是基于超聲和漏磁兩種方法，它已被定型為國外一些有關(guān)長輸管線的大公司在世界范圍內(nèi)維護(hù)管線的重要手段。為了便于合理選擇，今將常用的超聲檢測與漏磁檢測方法的比較給出，下表。超聲檢測與漏磁檢測的比較檢測方法測量最大臂厚mm測量最小臂厚Mm對材料敏感性液體對檢測影響漏磁檢測20(30)0高無超聲檢測1003無有檢測方法可測最小減薄值mm測量精度Mm數(shù)據(jù)采集檢測面積%漏磁檢測0.1T±0.2T可以100超聲檢測士0.2可以100檢測方法對焊縫的敏感性對檢測器速度影響對蠟質(zhì)層敏感性對金屬層敏感性

48、漏磁檢測小有中高超聲檢測大無高低檢測方法檢測裂縫最小探頭尺寸，mmr檢測數(shù)據(jù)分析漏磁檢測超聲檢測不適宜適宜50.0815.24復(fù)雜簡單測厚取決于漏磁檢測器大小超聲檢測環(huán)境需要單一液體；T為管壁厚度.限于高性能漏磁檢測器；如果蠟質(zhì)層很厚；如焊瘤等；需要改進(jìn)檢測器。2)正確制訂檢測方案問題關(guān)于檢測方案的內(nèi)容等細(xì)節(jié)，已在本書第二章做過介紹，這里，不再重述。這里，只提出所謂“依次優(yōu)先檢測法”。為了正確地制訂檢測方案，首先要解決在整個管線系統(tǒng)中，各個管段的檢測的排序先后問題.這就需要采用“依次優(yōu)先檢測法”。這種方法是根據(jù)管線系統(tǒng)風(fēng)險評估的結(jié)果，依各個管段的風(fēng)險的高低，自風(fēng)險高的至風(fēng)險低的依次排出順序，然后，檢測即按照這個順序進(jìn)行，優(yōu)先從風(fēng)險高的管段開始。顯然，這樣做，符合經(jīng)濟(jì)原則，是正確的檢測方木。3