风险评价体系在城市燃气管网改造中的应用

张凯 张丽莉 翟羽亮

摘 要：以辽宁省沈阳市为例，基于城市埋地燃气管线的特点，论述了建立风险评价体系在管网改造过程中的意义和必要性，介绍了综合指数法中各个参数的选取以及计算方法，为管网改造的决策提供参考，使得管网改造的目的性和经济性得以提高。

关键词：风险评价；城市燃气；燃气管网改造

随着现役的燃气管道的铺设时间日渐久远，一部分的管线已经进入了更新改造期，甚至有些已经超出了安全使用期限，如何有计划有针对性地进行改造安排，已成为科学管理的一项重要内容。1992年美国Muhlbauer W.K详细论述了管道风险评价模型[1]，但是这些模型是以美国系统为基础，一些项目的数据采集在我国现实较为困难，无法直接应用到现实改造的指导中，这就需要根据本地区的管网特点，建立相适应的风险评估体系，使得管网改造的经济性和效率得到提高。文章结合沈阳市燃气输配管网的特点，探讨风险评估体系的建立方法。

1 燃气管网改造的必要性及存在的问题

沈阳使用燃气的历史最早可以追述到日本人于1923年兴办的“奉天瓦斯作业所”，管道化的历史较为悠久。目前近3000公里的管线中，仍有一部分现役管线是铺设于上世纪中前期，其早已超过了正常的安全使用期限；80年代铺设管线也已经步入更新期，已到服役期的管线的运行，逐渐成为城市生活中的重大隐患。

城市的发展对管线所处位置的变化影响也非常大，许多原来铺设到人行道或者绿化带的燃气管道现在已变为在车行道下，最初的埋深当不能满足现在的要求时，将使得由于重载的增加而使管线发生破坏；部分早期管道铺设时的小街小巷，现在已经成为繁华的商业区，一旦发生泄漏事故，损失将非常严重；各种违章建筑占压燃气管线，一方面使得管线上载荷增加，造成管线负担；另一方面管线无法得到及时的监护，泄露之后将直接威胁违章建筑内的安全。

沈阳地区所使用的气源较为复杂，市区部分使用天然气，冷热交替会在管道内形成残留水，一方面会引起水堵，影响燃气供应，另一方面会引起电化学腐蚀；东部地区使用煤层气，其中含有粉尘等杂质，会在输送过程中沉积在管道壁上，造成管道堵塞；在西部地区部分使用人工煤气，其中含有的焦油、杂质等会引发管材的化学反应，造成管线腐蚀穿孔，相对于全部使用纯天然气的城市来说，气质问题也是沈阳地区进行管线风险评估不可忽视的一个重要方面。

燃气管线的正常运行关系到千家万户的安全，所以对城市埋地燃气管线的改造势在必行，但在资金较为有限的情况下，如何科学合理地安排改造计划，变定性分析为定量或半定量分析，提高资金的使用效率和改造的针对性，风险评价体系的建立，可较为直观地作出对比，为决策者提供改造参考和依据。

2 风险评价方法的选择

管道的风险评估实质上是对管道建设及运行成本的经济性的评估。20世界中后期，世界主要的发达国家的燃气管道相继进入老龄化阶段，在投入力量一定的条件下，如何平衡降低事故发生、延长管道使用寿命及合理使用维护费用等的问题上，各国针对自己的国情开始了创造性的研究。美国及欧洲一些公司，开始尝试用经济学中的风险分析理论来对管道进行安全性评估，并各自逐步建立起各种行之有效的风险评估方法，经过几十年的开发与研究，创造了良好的经济效益和社会效益[2]。其中以美国人Muhlbauer W.K的管道风险评价模型最为典型。

Muhlbauer在他的模型里面分第三方损害指数、腐蚀指数、设计指数、误操作指数以及泄漏影响系数等方面进行评价，每一方面中又细化为几类，其适用范围广，已经成为各种燃气管线风险评价体系的基础。目前燃气管道常用的风险评估技术有：危险性及可操作性研究（HAZOP），定量分析评价（QRA）或概率风险评价（PRA），初步风险分析（PHA），故障树分析（FTA）[3]，失效模型与影响分析（FMEA），时间树分析（ETA）等。

与许多燃气建设较早的老城市一样，沈阳地区在最初的管线投入运行之后，许多工程技术资料没有及时归档，造成管道的很多基本的工作参数无法取得；靠手工记录时期的运行参数，系统性不强，都使得一些成熟的风险评估技术无法直接应用到本地区的风险评估中，这就需要结合本地区现有的资料，建立一套可操作性较强的风险评估体系，直接应用到实际工作中。

大部分风险评价方法的理论性较强，需要选取的因素较多，运算复杂，而这里我们将直观性和可操作性为首要的参考因素，故选取综合指数评价法作为风险评估体系的基本方法。将要改造的管线划分成段，对每一段管线依据评分标准对各主要因素逐项打分，分值与其权重系数相乘得到各因素的指数，所有指数相加即为此管段的风险总分。对总分进行排列，即可做出优先改造的顺序。权重系数采用专家评分法，我们发放了调查表，分别对三种管材的风险影响因素权重进行评分，经过数据综合处理后得到各因素的权重值。然后对每项因素细化为具体的评分项，经论证后付予一固定值。当某段管线的资料齐全时，经加权计算相加后其综合指数值即为一固定值。本方法结合到燃气GIS电子地图信息系统，在后台将各种属性进行量化后，即可得到某段管线的风险指数值，而且随着管线属性的变化（如发生抢修事故、其他管线施工造成相应管线之间距离变化、有违章建筑搭建等），其风险指数也会发生变化，当超过一定数值时，便进行系统提示，为管线的维修、重点监护以及改造提供参考和依据。

下面以铸铁管评分体系为例，介绍其相应的因素的权重及细化的评分条件：

2.1 评价因素权重表（如表1）

2.2 每一项评价因素的评价项

材质：灰口铸铁；球墨铸铁。

接口类型：承插（青铅水泥，灰口，梯唇）；机械式（压兰，丁晴橡胶接口）。

管径：100mm；75mm；250mm；350mm；450mm；200mm；300mm。

管道位置：车行道下；人行道下；绿化带内。

与建筑物距离：I中压：0-0.5m；0.5-1.0m；1.0-1.5m；1.5-2.0m；2m以上。II低压：0-0.2m；0.2m-0.4m；0.4m-0.7m；0.7m以上。

管线年代：1970以前；1970-1980；1981-1983；1984-1995；1996-2005；2005-2013无资料，或者不详。

管道深度：I车行道：0.5m以下；0.5-0.8m；0.81-1.1m；1.11-1.4m；1.4以上。II人行道：0.3m以下；0.31-0.6m；0.61-0.9m；0.91-1.2m；1.21-1.4m；1.4m以上。III庭院线：0.1m以下；0.1-0.15m；0.16-0.3m；0.31-0.45m；0.46-0.6m；0.6m以上。

所处地区环境：无任何活动；低活动程度地区；中等活动程度地区；高活动程度地区。

泄露频率及泄露种类：I2次及以上：管材腐蚀，自身断裂；管材断裂（沉降等原因）；接口泄露（微露）；外力破坏；II1次：管材腐蚀，自身断裂；管材断裂（沉降等原因）；接口泄露（微露）；外力破坏；III无泄漏。

与其他管线的距离：未达到标准（垂直）；未达到标准（水平）；未达到标准但有保护措施（垂直）；未达到标准但有保护措施（水平）；满足标准。

土质与管道周围环境：潮湿（pH值5以下）；潮湿（pH值5-6）；干燥。

管道保护措施：没有任何保护；警告带；套管保护；警告带+套管保护；警告带+有套管保护+钢盖板。

气源种类：纯天然气（干）；混天然气（湿）；人工煤气（焦炉气等）；煤层气。

占压：严重占压，存安全隐患；有占压；轻微占压；无占压。

施工质量：施工次数少，经验少的单位；外委单位；输配公司，管网工程处等内部单位。

压力级别：中压；低压。

根据每一评价项的影响程度赋予相应的数值，设定影响最显著的值为10，其余项依次递减。

2.3 计算方法

所评价管线的分数=Σ（每项评价因素分值*权重）

2.4 评估建议

2.5 实例分析

某年沈阳市管网改造计划草案中，自然排序较为靠后的沈河区风雨坛街西侧的中压管线为1982年的水泥接口铸铁管，管径为DN400，管线位于机动车道上，埋深约2米，管线所处街道两侧为居民区以及五爱市场，人员活动频繁，曾发生过三次泄漏事故，泄漏点均为接口处。通过赋值计算，此段管线的风险评价分数为87分，属于强烈建议立即更换的范围，虽然在最初的计划改造管线的排序中处于第八位，但风险评价分数之高，立即引起了诸如监管、安全等相应部门的重视，列为重点改造项目。经过现场开挖发现，此段管线的失效程度也远高于分数较低的管线。

3 结束语

在目前情况下，应用由16项因素组成风险评价体系对燃气管线的运行风险进行分析基本上可以达到预期的要求，能够对改造计划和过程进行有效的指导。但是随着管网改造的进行，管线材质逐渐由铸铁向钢管和PE管转变，而且管线的各种资料也在逐渐地完善，如何进一步优化评价因素及其权重值，使其更加贴近实际情况，更具指导意义，将是本项目继续研究的方向。

参考文献

[1]Muhlbauer W K.管道风险管理手册 [M].第2版.杨嘉瑜，等译.北京：中国石化出版社，2005.

[2]Jones D，Dawson J. Risk Assessment to Pipeline Life Management [J]. Pipes and Pipeline International，1998，43（1）：5-18.

[3]高文学，李建勋，等.故障树分析发在城市燃气管道安全评价的应用[J].煤气与热力，2009，29（12）：B29-B35.

作者简介：张凯（1980，6-），男，汉族，辽宁葫芦岛市人，中级工程师，博士，从事燃气工程管理及燃气管道设计工作。