油气管道风险专家评分方法的改进及应用

蒲宏兴 姚安林 赵新好 孙传青

（西南石油大学，成都 610500）

油气管道风险专家评分方法的改进及应用

蒲宏兴 姚安林 赵新好 孙传青

（西南石油大学，成都 610500）

研究肯特管道风险评价方法，发现风险评价模型中指数总和存在不尽合理。针对存在的问题，分析风险评价结果失真的程度，提出解决问题的修正模型，改善管道风险评价的可信度和准确性。

油气管道；可靠性；风险评价；肯特模型

20世纪90年代初，各种风险评价理论研究和实验逐步系统化，风险评价理论和方法日益发展完善。目前，常用的油气管道风险评价方法多达30余种。肯特(W Kent Muhlbauer)在其专著《管道风险管理手册》中介绍的专家打分法，是目前油气管道风险评价方法中较受推崇的一种典型半定量评价方法。国内外大多数管道风险评价软件系统都是基于其基本原理和指导思想。但通过对肯特管道风险评价法的研究分析及应用，我们发现风险评价模型仍存在一些缺陷。为此，我们提出一种更科学合理的修正模型。

1 肯特管道风险评价法及其模型缺陷

1.1 肯特管道风险评价法

根据肯特管道风险评价基本模型，可对管道危害因素从四方面划分，即第三方破坏、腐蚀、设计因素和误操作。据此划分方式将各因素再细化为若干项，按一定规则对各细化因素逐项评分，分别得到4个指数值，将期相加得到指标总和，所有指数总和最高400分，每个方面为100分。根据介质危险性和扩散指数来判断管道事故泄漏后果的危害程度，用泄漏影响系数表示：相对风险值=指标和/泄漏影响系数。相对风险值越小，表示相对风险越高，管道安全性越差。肯特管道风险评价法的基本模型如图1所示。

1.2 肯特管道风险评价模型缺陷分析

图1 肯特管道风险评价基本模型

肯特管道风险评价模型中，各指数值是各失效模式失效概率的度量，指数总和是总失效概率的度量。然而，通过对肯特管道风险评价法的研究与应用，发现管道总的失效概率不仅与指数总和相关，而且和单个指数值有紧密关联。例如，根据指数总和计算失效概率，虽然A、B两个管段的指数总和相等，但B管段中腐蚀指数很低，结果导致它们的失效概率分值差别较大。

为了进一步分析用指数总和来度量总失效概率所引起的评价结果失真程度，以国外某管道现场数据和管道失效概率数据举例说明。对该管道失效概率等级进行划分，2008年第三方破坏失效概率等级及其破坏指数如表1所示。

为了便于说明问题，假设该管道腐蚀、设计因素和误操作这三个方面各模式失效概率等级所对应的各平均指数值都和表1第三方破坏相同。现假设有5个管段分别为A、B、C、D、E，其指数值如表2所示。

表1 第三方破坏失效概率等级及其破坏指数平均值

表2 各管段指数及其总和

根据表1和表2，我们可以得到管段A的失效概率是0.000 1，管段B的失效概率应该大于0.000 25，管段C的失效概率应该大于0.002 5，管段D的失效概率应该大于0.025，管段E的失效概率是0.01，保守计算，可知管段B的失效概率是管段A的2.5倍，管段C的失效概率是管段A的25倍，管段D的失效概率是管段A的250倍。风险评价中，由于前4个管段的指数总和相等，则计算前4个管段的失效概率应相同。同时，管段E的指数总和比管段D的指数总和小71.6，理应管段E的失效概率更高；但实际上相反，管段D的失效概率是管段E失效概率的2.5倍。需要说明的是，对于不同管段，表1中不同第三方破坏失效概率等级所对应的第三方破坏平均指数值是有差别的。不难证明，同样的指数总和所对应的失效概率会有较大差距，更高的指数总和并不一定代表更低的失效概率。因此，不可否认肯特管道风险评价在实际应用中会导致风险评价结果失真。

2 肯特风险评价模型的改进

基于以上对肯特管道风险评价模型的缺陷的分析，通过三步对原模型中的指数总和进行改进。

第一步，指数值转换成失效模式的失效概率。根据管道资料和调查数据得到第三方破坏、腐蚀、设计、误操作4方面的指数值和失效模式、失效概率的对应关系，利用Curve Exper（曲线专家）曲线拟合软件得到4个方面的指数值和失效概率的曲线图［1-3］。为了进一步提高曲线拟合的准确性，根据指数值和失效模式失效概率关系的特点，将指数值与失效概率的关系分成两部分来研究：一部分失效概率比较大，如失效概率大于0.000 25；另一部分失效概率等级很小，如失效概率小于0.000 25。将表1中的数据代入Curve Exper中，得到图2和图3。

接着检验图2中曲线的准确性。将表1中的指数值代入图2中，得到的失效概率与实际失效概率对比结果见表3。可以看出，图2的拟合精度较好。

图2 第三方破坏指数值与破坏失效概率关系图

图3 第三方破坏指数值与破坏失效概率关系图

表3 失效概率对比

图3中，实际的指数值和失效概率应该是曲线关系，但由于该区段各指数值比较大对应的失效概率很小，可证明该区段指数值和失效概率的关系用线形关系图来表示对评价结果的影响完全可以忽略。

第二步，失效模式的失效概率转换成失效模式的均分失效概率。根据可靠度原理，计算管道总的绝对失效概率［8］，再将其均分给四个失效模式，得到4个方面的均分失效概率。

第三步，失效模式的均分失效概率转换成均分指数值，并计算指数总和。利用第一步得到的指数值和失效概率曲线图，把4个均分失效概率转换成均分指数值，4个均分指数值之和即为指数总和。

3 改进模型应用结果分析

3.1 原模型风险评价的应用

如前例所述，2008年国内某埋地输气干线进行了管道基线风险评估项目的研究，选取其中5个管段各种失效模式的指数值、泄漏影响系数及评价结果（表4）。

表4 各段管道的评价结果

3.2 改进模型风险评价的应用

建立指数值与对应失效模式的失效概率关系图，第三方破坏指数值与第三方破坏失效概率的关系如图2和图3所示。根据表5所示腐蚀、设计、误操作的失效概率等级与所对应的指数平均值，利用Curve Exper曲线拟合软件，即可得腐蚀、设计、误操作指数值与对应失效模式的失效概率关系图。

表5 腐蚀、设计、误操作失效概率等级与所对应的指数平均值

计算管道总的绝对失效概率和四个失效模式的均分失效概率。将表4中各管段各方面的指数值分别代入第一步所建立的指数值与失效概率关系图中，得到各管段各失效模式的失效概率。根据可靠性原理，可以得到总失效概率，总失效概率再平均分配到各失效模式，即给各失效模式一个相等的失效概率，得到各失效模式的均分失效概率（表6）。

再次利用指数值与对应失效模式的失效概率关系图计算均分指数值和指数总和。由于各管段的均分指数值均大于0.000 25，把5个管段的均分失效概率分别代入得到第三方破坏、腐蚀、设计、误操作指数值与对应失效模式的失效概率关系图，就可得到各管段各失效模式的共20个均分指数值，均分指数值相加得到指数总和。根据指数总和对管段做风险评价，结果如表7所示。

表6 各段管道的失效概率

表7 各段管道的评价结果

3.3 改进模型与原模型风险评价结果的对比

表4是根据原模型评价的结果，表7是改进模型评价的结果。原模型对5个管段的评价结果都是中等风险，改进模型的评价结果为3个是中等风险，2个是较高风险；原模型指数总和最小的是管段C，改进模型指数总和最小的是管段E；原模型管段E与管段A的指数总和的差值是2.5，两者相对风险值差值是0.6；改进模型管段E与管段A的指数总和的差值是73.7，两者相对风险值差值是16.8。可以看出，改进模型考虑了低指数值对管道总失效概率的重要影响，明显比原模型的评价结果更加合理准确。

4 结 论

通过对肯特管道风险评价模型中指数总和的深入分析，发现用指数总和不能准确核定失效概率，尤其对于含有较低指数值的管段，评价结果容易失真。改进模型建立指数和与失效概率间的一种强有力的曲线关系，同时利用功能强大的Curve Expert曲线拟合软件参与计算，采用分段拟合的方法保证了曲线拟合高精度的效果。可以看出，虽然改进模型增加了工作量，但对管道风险评价结果的可信度和准确性有提高作用；因此，在含较低指数值的管道中，或在人口密集区、高后果区、高敏感区的风险评价中具有应用价值，至少可以作为一个重要的参考。

[1]李国强,马溶慧,朱云集.Curve Expert在农业实验数据曲线拟合中的应用[J].农业网络信息,2005(5):49-51.

[2]邓震宙,陈清清.用Curve Expert分析盘车数据[J].江西电力，2003，26(1):42-43.

[3]李伟,李鑫,胡建东,等.应用Curve Expert求解生物分子相互作用的化学模型参数[J].计算机与应用化学,2010,27(2):267-270.

[4]杨庆阳,戴联双.管道绝对风险评价方法分析[J].油气储运,2009，28(4)4-8.

On the Improvement and Application of Oil and Gas Pipeline Risk Grading System

PU Hong-xing YAO An-lin ZHAO Xin-hao SUN Chuan-qing
(Southwest Petroleum University,Chengdu 610500)

Through the research and application of the Kent pipeline risk assessment method,the index sum of risk assessment model was found to be kind of unreasonable.According to the nature of the sum of the index,based on reliability theory,combined with the pipeline database statistics failure probability data and curve fitting software,the causes of the problem and the distortion degree of risk evaluation results are analyzed,and the problem-solving correction model to improve the reliability of pipeline risk assessment and accuracy is proposed.

oil and gas pipelines；reliability；risk assessment；Kent model improvement

TE978

A

1673-1980（2011）06-0085-04

2011-06-07

蒲宏兴(1982-)，男 ，湖南邵阳人，西南石油大学建筑工程学院在读硕士研究生，研究方向为油气管道风险评价与完整性管理。