川渝地区输气管道第三方破坏故障树分析

曹 斌 廖柯熹 吴 瑕

西南石油大学 石油工程学院 （四川 成都 610500）

川渝地区输气管道第三方破坏故障树分析

曹 斌 廖柯熹 吴 瑕

西南石油大学 石油工程学院 （四川 成都 610500）

第三方破坏是引起输气管道失效的主要因素之一，直接影响输气管道的可靠性和使用寿命。针对川渝地区引起输气管道第三方破坏的各个因素进行系统分析，建立了以第三方破坏致使输气管道失效为顶事件的输气管道第三方破坏故障树。通过对输气管道第三方破坏故障树的分析，得到了故障树的各阶最小割集和引起川渝地区输气管道第三方破坏的主要因素，并提出了相应措施以预防输气管道遭到第三方破坏。

川渝地区 输气管道 第三方破坏 故障树分析

国内外在管道第三方破坏风险因素的界定范围上存在一定区别，国外油气管道第三方破坏界定在人为非故意破坏和自然灾害破坏范围内，人为故意破坏不在此范围内。与国外相比，国内油气管道第三方破坏的范围是界定在人及其生产活动的破坏行为和自然灾害上，既包括人为故意破坏，又包括人为非故意破坏。本文针对川渝地区输气管道的敷设特征，并结合川渝地区的具体情况，采用后者的界定方法进行研究。因此，将“川渝地区输气管道第三方破坏”定义为由于非管道员工的行为而造成的所有管道意外伤害[1]。第三方破坏风险因素包括人为第三方破坏因素和自然第三方破坏因素。

第三方破坏是危害管道安全平稳运行的重要危险源,也是管道失效的主要诱发因素之一。数据统计表明，管道第三方破坏已成为管道失效的主要形式。比如，欧洲输气管道事故数据库资料表明：50.52%的输气管道事故由外部干扰造成[2]；据我国川渝地区管网失效统计表明，1969～1990年期间，四川地区输气干线发生事故原因中，第三方破坏占14.2%，但2000年后，其在川渝地区所辖的7个作业区中第三方破坏导致输气管线发生事故的比率已经上升到52.9%。由此可见，管道的第三方破坏已上升为川渝地区输气管道失效的最主要原因，所以非常有必要对川渝地区输气管道的第三方破坏进行研究分析，以确保输气管道安全、平稳、高效运行。

1 故障树分析方法[3]

故障树分析方法是从分析失效因果关系中的顶事件开始直到底事件，由果到因，自上而下进行。一个故障树就是一个逻辑图，该逻辑图描绘了事件之间发生的次序。

设xi(t)为底事件i在时刻t所处的状态。如果底事件i在时刻t发生，xi(t)=1；如果底事件i在时刻t不发生，则xi(t)=0。底事件i在时刻t发生的概率等于随机事件xi的期望值，因而有：

同理，顶事件的状态必然是底事件向量X(t)={x1(t),x2(t),…,xn(t)}的函数，设Y为描述顶事件的随机变量，则顶事件在时刻t发生的概率pY为：

故障树的结构函数可用最小割集进行有效描述，其结构函数一般分为或门、与门两种，分别由式（3）、式（4）表示：

天然气管线的失效故障树分析就是要找出天然气管线失效故障树的最小割集,，对导致管线发生失效的各因素进行分析。

2 第三方破坏故障树的建立

对于川渝地区输气管道，根据第三方破坏故障树建立时顶事件的确定原则，选取“第三方破坏致使输气管道失效”作为顶事件。考虑到川渝地区复杂的地质条件，自然灾害极易造成管道失效，如滑坡、泥石流、地震等，所以将人为第三方破坏因素和自然第三方破坏因素作为次顶事件。然后对相应的原因进行分析，建立以逻辑门符号表示的川渝地区输气管道第三方破坏故障树，如图1所示。图1中各符号代表的相应事件见表1。

3 第三方破坏故障树分析

3.1 最小割集

凡是能导致故障树顶事件发生的基本事件的集合定义为割集，而最小割集指在系统没有其他割集发生的条件下，只有割集中基本事件同时发生，顶事件才发生；割集中任一基本事件不发生，则顶事件不发生。采用“自上而下”的代换方法求出故障树的所有最小割集,将故障树转化为等效的布尔代数方程[3]，如下：

表1 输气管道第三方破坏故障树事件表

由式（5）可知，输气管道第三方破坏故障树由175个最小割集组成，其中有6个一阶最小割集，144个二阶最小割集，1个三阶最小割集，24个四阶最小割集。6个一阶最小割集直接影响系统的可靠性，为系统中的薄弱环节。另外，在各阶最小割集中重复出现次数很多的基本事件也是系统的薄弱环节，应该加以详细分析。

3.2 结构重要度

结构重要度分析是从故障树结构上分析各基本事件的重要程度，即在不考虑各基本事件的发生概率或假定其发生概率都相等的情况下，分析各基本事件的发生对顶事件发生所带来的影响程度。可采用如下两种方法进行分析[4]：一种是计算结构重要系数，以系数大小来排列各基本事件的重要顺序；另一种是利用最小割集或最小径集来判断系数的大小以排出顺序。本文采用最小割集判断系数的方法对基本事件的结构重要度进行排序[5]，即

式中I(xi) —基本事件xi的结构重要度大小的近似判别值；

xi∈Kj—基本事件xi属于最小割集Kj；

ni—基本事件xi所在最小割集Kj包含的基本事件个数。

运用该式对输气管道第三方破坏故障树的各个基本事件结构重要度进行计算。各个基本事件的结构重要度大小排序如下：

4 川渝地区第三方破坏主要因素及预防措施

对故障树和基本事件结构重要度进行分析可得引起川渝地区输气管道第三方破坏的主要因素有：自然灾害、管道自身条件、公众教育和法制观念、施工作业以及地面活动度。

4.1 自然灾害发生频繁

川渝地区地质条件复杂，地质灾害发生频繁，管道沿线时有滑坡、泥石流、塌方甚至地震发生。对这种路段的管线就应当加强保护措施，加固管线，必要时也需要进行改线以消除隐患。对沿线可能遭受洪水的管道要加强水工保护，做好防洪工作。

4.2 管道自身条件欠缺

川渝地区输气管道覆盖层的深度一般小于0.8～ 1m，必要的时候应增加最小埋深，以保护管道免遭第三方破坏。对一些公路及施工便道穿越管段应采用套管或水泥涵洞加以保护。

4.3 公众教育和法制观念薄弱

管道公司通过发布公告、开展公众教育和媒体宣传等手段，加强与管道毗邻居民地经常性沟通，甚至通过适当的激励措施，以提高公众保护管道的意识，使他们成为管道的保护者，这样做可以大大减少第三方破坏事件的发生[7]。

4.4 施工作业损伤

随着我国西部大开发政策的不断推进，川渝地区社会经济发展速度逐渐加快，施工建设力度很大，对沿线输气管道安全运行造成严重影响，需要管道公司及时与当地政府部门和施工单位进行沟通，加强对管道的保护力度。

4.5 地面活动程度高

管道失效是一种区域性概率，它受管道附近活动程度的强烈影响。而川渝地区人口密度大，管道所在地区的等级往往都比较高，活动强度比较大，所以平时应该加强这些区段的监控力度，发现异常情况应立即处理并上报。

5 结 论

针对川渝地区输气管道第三方破坏的各种因素进行归纳和分析，采用具有直观、简明的故障树分析方法，对输气管线可靠性进行定性分析。建立了川渝地区输气管道第三方破坏失效故障树，该故障树一共考虑了39个基本事件，通过故障树分析确定了川渝地区输气管线第三方破坏的主要因素，并提出了相应的预防措施，为减少和防范川渝地区输气管道第三方破坏的发生提供了指导，对分析其他地区输气管道第三方破坏具有一定的参考价值。

[1]赵忠刚,姚安林,蒋宏业,等.油气管道第三方破坏的研究进展[J].石油工业技术监督,2008,24(11):5-9.

[2]钱成文,侯铜瑞,刘广文,等.管道的完整性评价技术[J].油气储运, 2000,19(7):11-15.

[3]廖柯熹,姚安林,张淮鑫.天然气管线失效故障树分析[J].天然气工业, 2001,21(2):94-96.

[4]易云兵.新建输气管道失效故障树分析[J].天然气技术,2008,2(4): 73-76.

[5]彭力,李发新.危害辨识与风险评价技术[M].北京:机械工业出版社, 1988.

[6]张镇,李著信,石进.长输油气管道第三方破坏故障树分析[J].油气储运,2008,27(6):37-40.

[7]吕宏庆,李均峰.管道第三方破坏的原因及预防措施[J].天然气工业, 2005,25(12):118-120.

Third party damage is one of major factors leading to the gas pipeline failure,which directly affects the reliability of gas pipelines and shortens the service life of them.In this paper,the systematic analysis is carried out about different factors that cause the third party damage to gas pipelines in Sichuan-Chongqing region.Then,the fault tree of third party damage to gas pipelines has been built up according to the top event that third party damage results in the failure of gas pipelines.Next,the minimum cut of every stage of fault tree and main factors causing third party damage to gas pipeline in Sichuan-Chongqing region have been concluded based on the analysis of fault tree about third party damage to gas pipelines.Finally,some measures are presented so as to prevent third party damage to gas pipelines.

Sichuan-Chongqing region;gas pipeline;third party damage;fault tree analysis

曹斌（1987-），男，现为西南石油大学油气储运工程在读研究生，主要从事输气管道安全风险评价方面的研究。

黄永场

2010-11-17