浙江省天然气长输管道智能风险评价

李保平 季寿宏 钱济人

浙江浙能天然气运行有限公司

截至2020 年底，全球在役油气管道总里程约201.9×104km，其中，中国油气管道总里程为14.40×104km[1]。按照中国油气管网发展规划，2025 年将达到24×104km[2]。油气管道压力高、口径大、距离长，其输送石油、天然气等易燃易爆介质，且随着经济的快速发展，越来越多的输气管道沿线区域条件已和设计投产初期不一致，原本人口稀少甚至荒无人烟的区域变为人口稠密、商业活动频繁的中心地带[3]，一旦管道失效将会造成严重的人员伤亡、环境破坏、财产损失等，危害公共安全，因此油气管道的风险评价已引起世界各国高度重视。

目前管道风险评价分为定量、半定量和定性评价3类，涉及的方法有安全检查表（SCL）[4]、故障模式及影响分析（FMEA）[5]、预先危险性分析法（PHA）、危险与可操作性研究（HAZOP）[6]、故障假设分析（What-If）、事故树法[7]、肯特评分法、量化风险评价法（QRA）[8]等。风险评价的基本思想是考察管道失效后果与失效可能性，最终确定管道的绝对风险大小或相对风险等级。定量风险评价是最科学合理的管道风险评价分析技术，也是管道风险评价未来的发展趋势，但由于其所需的管理信息和基础数据庞大，另外全面反映风险因素与失效频率之间数学模型的制定需要大量基础研究工作，所以目前仍处于探索阶段，实际应用较少。而半定量、定性的风险评价方法以其操作方便、简单明确等优势在生产实际中得到了广泛应用，成为管道运营企业主流的风险评价工具[9]。国内外常用的管道风险评价方法主要是基于故障树的管道风险评价方法和基于肯特法的半定量风险评价方法。其中基于肯特法的半定量风险评估是由美国运输部（DOT）通过大量管道研究而得出的一套风险评价方法，因其评价成本相对较低，所需原始数据相对较少，精度能够满足工程实践需要，而被世界各国普遍采用。中国石油从2010 年开始开展管道完整性管理工作，基于肯特法的半定量风险评价已经成为其风险管理的重要手段和工具。将肯特法中的各项风险因素作为长输管道风险因素，具有指标全面、准确有效的优点[10]，可以有效分析各段管道的风险等级，为管道维护和风险控制提供了科学的决策依据，取得了良好的应用效果。

1 风险评价方法和过程

浙江省地处我国东南沿海一带，多为山地、丘陵地形，地质条件复杂，年降雨量较大，易受台风等恶劣天气影响，且浙江地区经济活跃，第三方施工活动频繁，人口密度和建、构筑物密度较大，天然气管道一旦发生事故，将严重威胁管道沿线人民生命财产安全，因此对浙江省天然气管道进行风险评价尤为重要。浙江浙能天然气运行有限公司（以下简称公司）负责浙江省约2 400 km省级天然气管道的调度、生产运行、维修、应急、技术服务等工作，年输气量达150×108m3。近年来不断加强管道完整性管理，定期对管道开展高后果区识别、管道内检测、管道外检测等工作，并搭建浙江省天然气智慧管网平台，利用光纤震动预警、地质灾害监测预警、无人机巡线、智能机器人巡检、智能阴保桩等技术措施保障浙江省天然气管道的安全平稳运行。

公司于2020 年根据GB 32167《油气输送管道完整性管理规范》和公司制度规程等，对所辖范围内的1 768.11 km 浙江省级天然气管道进行高后果区识别，识别出高后果区长度约740 km，占管道里程的41.86%。其中，Ⅰ级高后果区393 km、Ⅱ级高后果区316 km、Ⅲ级高后果区31 km。公司在高后果区识别的基础上，将半定量的肯特打分法进行改进优化，利用自主开发的管道智能风险评价系统（图1）开展风险评价工作。

图1 浙江省天然气智能风险评价系统界面Fig.1 Interface of Zhejiang Natural Gas Pipeline Intelligent Risk Assessment System

肯特打分法计算公式如下：

失效可能性=1-（1-第三方损坏失效可能性）×（1-腐蚀失效可能性）×（1-制造与施工缺陷失效可能性）×（1-地质灾害失效可能性）

后果=人员伤亡后果+财产损失后果+停输后果

风险值=失效可能性×失效后果

管道智能风险评价系统根据采集到的管道属性数据和管道周边环境数据自动对管线进行全属性分段，即当任何一个管道属性或周边环境数据沿管道里程发生变化时，插入一个分段点，将管道切分成多个管段后再计算每个管段的风险值。该系统将危害管道安全运行的因素主要分成四大类：腐蚀、制造与施工缺陷、第三方损坏和地质灾害，其中腐蚀包含18 种属性数据，第三方损坏包含19 种属性数据，地质灾害包含10 种属性数据，制造与施工缺陷包含12 种属性数据。由风险评价工作小组负责收集表1中影响管道安全运行的四大类共计59种属性数据，并对每个数据指标赋值后录入管道智能风险评价系统，系统根据各指标之间的逻辑关系综合计算出每段管道的失效可能性。然后，风险评价工作小组收集并录入表1中与后果相关的10种属性数据，结合应急预案、维抢修力量等具体情况，系统自动计算出人员伤亡、财产损失和停输后果的分值，确定失效后果值。风险评价小组对计算结果进行分析、核实、修正，根据风险矩阵确定风险等级后，由软件自动输出风险评价结论和报告。

表1 59种属性数据Tab.1 59 kinds of attribute data

2 风险等级划分

根据GB 32167《油气输送管道完整性管理规范》并结合实际情况，采用风险矩阵法对各管段的风险水平进行分级。风险矩阵如图2所示。

图2 管道风险矩阵Fig.2 Risk matrix of pipeline

图2中失效可能性是指未来一年内发生的可能性，共有5 级，分别为1～5 级，依次表示几乎不可能、不太可能、偶尔可能、可能、很可能。失效后果主要考虑3个方面：人员伤亡、财产损失、停输影响。将后果描述分为A～E 级，依次表示轻微影响、一般影响、较大影响、重大影响、特别重大影响，当同时存在多个方面的后果且等级不同时，取等级最高者。

各模型计算流程如图3至图8所示。

图3 外腐蚀失效可能性计算流程Fig.3 Calculation flow of the external corrosion failure possibility

图4 内腐蚀失效可能性计算流程Fig.4 Calculation flow of the internal corrosion failure possibility

图5 第三方损坏失效可能性计算流程Fig.5 Calculation flow of the third-party damage failure possibility

图6 地质灾害失效可能性计算流程Fig.6 Calculation flow of the geological disaster failure possibility

图7 制造与施工缺陷失效可能性计算流程Fig.7 Calculation flow of the manufacture and construction defects failure possibility

图8 失效后果计算流程Fig.8 Calculation flow of the failure consequence

管道风险分为高、较高、中、低四个等级，如图9所示。

图9 管道风险等级Fig.9 Risk level of pipeline

3 失效可能性分析

根据管道智能风险评价系统计算，各段管道第三方损坏失效可能性为0.841%～36%，制造与施工缺陷失效可能性在0.197%～20.594%，地质灾害失效可能性为0.4%～8%，腐蚀失效可能性为0～0.239%。

浙江地区经济活跃，工程施工活动频繁，第三方施工易对管道造成损伤是管道失效的最主要因素。此外管道制造与施工缺陷直接影响管道本质安全，是较为重要的失效因素。另外，由于浙江地处东南沿海一带，地形复杂，多为山地、丘陵地区，当地降雨量较大，且易受台风等恶劣天气影响，因此管道较易遭受崩塌、山体滑坡、泥石流等地质灾害影响，存在一定的失效可能性。

管道智能风险评价系统根据各段管道各因素的失效可能性，自动计算得出各段管道失效可能性。

各段管道的综合失效可能性=1-（1-第三方损坏失效可能性）×（1-腐蚀失效可能性）×（1-制造与施工缺陷失效可能性）×（1-地质灾害失效可能性）。

浙江省级天然气长输管道综合失效可能性如图10所示，包括：几乎不可能（1级）62.11%，不太可能（2级）32.9%，偶尔可能（3级）3.36%，可能（4级）1.54%，很可能（5级）0.1%。

图10 浙江省级天然气长输管道失效可能性Fig.10 Failure possibility of Zhejiang provincial natural gas longdistance pipeline

4 失效后果分析

浙江省级天然气长输管道失效后果如图11 所示，包括：轻微影响81.56%，一般影响15.29%，较大影响2.79%，重大影响0.28%，特别重大影响0.08%。

图11 浙江省级天然气长输管道失效后果Fig.11 Failure consequence of Zhejiang provincial natural gas long-distance pipeline

浙江省天然气长输管道的失效后果值在0.09分至47.134分之间，后果较高的管段大部分处在高后果区，部分管段途径人口密集区，导致人员伤亡的后果得分较高；部分管段10 m 内存在并行或交叉其他油气管道，财产损失的后果得分较高。浙江省经济发达，浙江省天然气管道高后果区占比高达41.86%，管道附近工业园区、物流园区、工厂等较多，管道沿线人口密度和建筑物密度较大，管道一旦发生事故将造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失，因此失效后果值较高。

5 风险评价结果

全长1 768.11 km 的浙江省天然气长输管道风险评价结果如图12 所示。无高风险管段；较高风险管段共10.5 km，占比0.59%；中风险管段共78.57 km，占比4.44%，低风险管段共1 679.04 km，占比94.96%。

图12 浙江省级天然气管道风险等级Fig.12 Risk level of Zhejiang provincial natural gas pipeline

6 结论

（1）通过对浙江省1 768.11 km 天然气长输管道风险评价，浙江省级天然气长输管道不存在高风险段，较高风险管道10.5 km，中风险管段78.57 km，低风险管段1 679.04 km，浙江省级天然气长输管道风险整体可控。

（2）结合浙江省天然气长输管道实际情况将危害管道安全运行的因素主要分成腐蚀、制造与施工缺陷、第三方损坏和地质灾害四大类共计59 种属性数据。其中第三方损坏（失效可能性0.841%～36%）和制造与施工缺陷（失效可能性0.197%～20.594%）是管道失效的主要因素，地质灾害（失效可能性0.4%～8%）是管道失效的次要因素，腐蚀（失效可能性0～0.239%）对管道失效的影响较低。

（3）结合浙江省天然气长输管道实际情况将后果相关属性数据分为10 种，通过计算得出失效后果值较高（0.09～47.134）。浙江省经济发达，管道沿线人口密度和建筑物密度较大，管道一旦发生事故将造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失，因此失效后果值较高。

（4）管道风险是随着管道属性、管道周边环境和人类活动影响等因素而不断进行动态变化的，目前国内外管道风险评价基本是定期开展静态评价，难以实现对管道风险的实时动态评价。利用视频监控、泄漏监测预警、无人机巡线、光纤震动预警、智能机器人巡检、地质灾害监测预警、智能阴保桩等技术对管道进行实时监测、监控，实现管道的全面感知，对管道进行实时的动态风险评价，将成为油气管道风险评价的未来发展趋势。