基于风险分析的城市燃气管道检验与评价

周靖+孟凡昊+张俊青+余孟栗+王莉

摘要：构建了燃气管道检验与评价的流程框架，以某一早期城市燃气管网为例制订了全面检验的工作路径和建立了风险评价模型。根据检验和评价结果，按照轻重缓急提出可行、有效的整改措施，为我国城市燃气管道的检验与评价工作提供参考。

关键词：城市燃气管道；检验；评价；措施

1.引言

燃气管道的服役周期事故率服从“浴盆曲线”规律，前期和后期事故率高，中期较稳定，目前我国燃气管道大部分属于前期和后期阶段[1]。城镇燃气管道敷设于人口密集区，一旦发生事故后果将十分严重。因此，对燃气管道进行检验和风险评价，将被动变主动，以保障其长期安全可靠运行。

2.检验与评价

管道的全面检验，是指按一定的检验周期对在用管道进行的基于风险的检验[2]。管道的风险评价是以管道事故诱因为依据， 以风险可能性为条件， 以综合经济损失为指标， 对在役管道安全程度进行综合评价。检验和评价作为有机整体，目的是降低管道的风险水平，提高其安全性与经济性。检验为评价提供依据，评价对检验的实施起指导作用。

通过资料审查划分检验与评价单元，基于资料和现场检验的基础进行危险因素辨识。对资料审查、现场检验及调研发现的问题进行分析，建立失效可能性模型和失效后果模型，利用风险矩阵进行风险评价。根据相关标准规范，按轻重缓急对问题项提出整改措施，评价结果风险较高的单元优先进行整改。

下面笔者以一个燃气管网为例，具体阐述燃气管道风险检验与评价的流程。

3.检验

3.1管网描述

某公司于1992年发展管道气，先后使用甲烷化水煤气、液化气掺混空气，于2008年更换为天然气。管网主干管总长度约52.3公里、户内支管约63.3公里。主干管采用钢管和铸铁管，过河或架空部分为钢管，支管和庭院管采用铸铁管，入户管采用镀锌管或PE管。钢管为焊接连接，铸铁管连接采用柔性机械接口，耐油橡胶圈密封。将整个管网分为782个管段，按管段为单位对其逐一进行检验与评价。

3.2检验内容

检验内容分为资料审查、实地调研、现场检验三个部分。

3.2.1资料审查

审查管道的设计、制造、安装和运行记录等资料。

3.2.2实地调研

调研工作主要包含管道沿线的运行环境：1）、道路和交通情况；2）、建筑类型及人口密集程度；3）、对居民素质和管理者的素质进行评判；4）、观看维修情况，评判维修对管道运行的影响；5）、查看生活区消防设施、查询消防演练记录来对消防影响进行评判。

3.2.3现场检验

地下燃气管道的现场检验项目主要由沿线路巡查、腐蚀性检查、开挖检查三个部分组成。

1）沿线路巡查。

检查管线布置，管道净距是否满足要求；管道弯头、三通、四通、管道末端以及穿越河流等处的路面标志的位置、间隔、完整和清晰程度等是否满足相关规定；管道是否被占压，在安全保护范围内是否有土壤塌陷、滑坡、下沉、人工取土、堆积垃圾或重物、管道裸露、種植深根植物等现象；泄漏检查等。

2）腐蚀性检查。

通过抽样检查地下管道有敏感点的河边，排污口等可能有酸、碱性环境存在区域。对抽样管道经过地区的土壤，进行pH值、电阻率、含水率的测定。

3）开挖检查。

根据管道所处环境，以及管道类型和尺寸，采取分层抽样的方法，进行开挖点位置和数量的确定。开挖检查项目包括：管道埋设深度的测量；沟底的敷设条件；防腐层状况；管道接头的类型、腐蚀状况及安装情况；几何尺寸的测定；管道腐蚀状况、表面损伤检查；泄漏检查，对泄漏点进行影像采集、标示并进行初步的泄漏原因分析，及时通知委托方进行抢修。

4.评价

影响埋地管道事故发生可能性及后果的因素众多，且许多因素难以量化。本例采用模糊评价法，分别以失效可能性和失效后果为评价对象，对审查、调研、现场检验的资料、数据进行分析，将影响失效的各因素作为模糊评价因素，建立因素集和备择集；用层次分析法（AHP法），建立模糊关系矩阵和评价因素的权重集，求得模糊综合评价结果向量，设定模糊隶属度函数，得到评价对象的模糊等级。最后根据失效可能性和失效后果的等级，采用风险矩阵法进行风险级别判定。

4.1建立评价模型

建立评价模型包含：评价对象的因素集、确定权重系数、建立备择集、进行评判等。采取多级模糊综合评价的方法[3]，影响因素大致分为腐蚀破坏、第三方破坏、设计与施工失误、操作失误等，然后逐层分解，得到下级因素[4，5，6]。如图1所示建立失效可能性三级模糊综合评价模型，

对于管网失效后果严重度的评价，采用层次分析法[7]与模糊集理论[8]相结合的评价模型。图2显示了失效后果分析的思路。

4.2风险矩阵

风险矩阵作为结构性方法用于辨别风险重要性 [9]。本例中，风险矩阵的横坐标为管道失效后果，分为五个等级，代表管道失效后果的不同严重等级， A表示管道失效后果不严重， E代表着管道失效后果非常严重。风险矩阵的纵坐标为管道失效可能性，即Ⅰ级表示管道发生失效的可能性小，Ⅴ级为管道失效可能性大。按照失效后果和失效可能性的不同组合，将风险划分为低、中、中高、高风险4个级别，如图3所示：

5.整改

在对该管网进行检验后，主要发现如下问题：

1）泄露多发生于铸铁管，与钢管和PE管相比，铸铁管的接口更易出现泄漏。原因是当气源由湿变干后，橡胶圈等由于失去水分和多羟基化合物等干燥收缩；

2）与铸铁管相连接的钢管易发生腐蚀以致泄露。原因是在二者的接头部分，由于存在电位差，容易产生电偶腐蚀，导致钢管部分的腐蚀加剧；

3）管网在设计初没有充分考虑改造，燃气介质、运行压力的改变，配套设备或设施的更换，尤其是周围环境的变化，导致某些管段不再适应当前的运行；

该管网的评价结果显示中高、高风险的管段正是以上问题集中出现的地方。

通过对检验和评价结果的分析，对该管网的每个管段提出整改措施，参照相关标准，按轻重缓急，提出了补漏、设标、清占道等立即整改措施，重点管段重新防腐、设防护装置、补缺土等限期整改措施，加强管理和宣传、逐步更换管网材料等建议措施。

参考文献：

[1] 汪涛，张鹏，刘刚等.城市天然气管网运行的可靠性分析[J].油气储运， 2003，22（3）： 15-18.

[2] 压力管道定期检验规则-公用管道 TSG D7004-2010

[3] 王晓梅.城市埋地燃气管道的风险评价（硕士学位论文）[D].南京：南京工业大学，2006.

[4] W. Ken U Muhlbauer. Pipeline Risk Management Manual [M]. Gulf Publishing Company， 2004.

[5] 王文和，易俊，沈士明.基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用[J].中国安全生产科学技术， 2010， 6（3）： 163-166.

[6]赵新好，姚安林，蒋宏业.油气管道第三方破坏风险等级划分方法研究[J].石油工业技术监督， 2011 （4）： 5-9.

[7]俞树荣，马欣，梁瑞等.基于层次分析法的管道风险因素权数确定[J].天然气工业，2005， 25（6）： 132-133.

[8]李鸿吉.模糊数学基础及实用算法[M].北京：科学出版社，2005：83-88.

[9]马跃东.哈尔滨市管道煤气事故分析及其预防[J].工业安全与防尘， 1999（5）：1-4.