油气管道伴行光缆失效统计及对策措施研究

张明星

（中国石油西部管道分公司，新疆 乌鲁木齐 830013）

0 引言

油气管道伴行光缆评价的目的在于识别光缆存在的危害因素，分析各个危害因素所占比重，对其进行风险评估排序，提出风险管控措施，进而保证伴行光缆的正常通讯，预警、监控等功能，为油气管道的安全运输提供保障。

国内外许多学者对油气管道定量风险评价开展了大量的研究，但对油气管道伴行光缆的研究较少。有些学者对伴行光缆的铺设、安全管理进行了一些研究，如丁楠[2]等分析了油气管道伴行光缆损伤因素，并对这些危害因素进行了重要度排序，进而提出了光缆损伤的应对措施。吴勇[3]等人研究了油气管道伴行光缆敷设一次性通过的保障办法，进而避免光缆损伤概率。徐斌[4]等人对油气管道伴行光缆安全管理进行分析，对光缆损伤的主要危害因素进行了分类研究，提出了相应的安全管理方法。这些学者对油气管道伴行光缆的研究主要是在定性评价层面,统计数据不够全面。基于此，本文将利用新疆某输油气公司历年伴行光缆损伤数据，归纳分析光缆失效的原因，并应用鱼刺图来梳理光缆失效原因类别，应用故障树分析法对光缆失效进行分析，从最小割（径）集、结构重要度方面对光缆失效因素分析，并针对不同的危害因素提出合理的风险管控措施。

1 光缆失效统计与分析

1.1 操作过程S-O-R的人因素的综合模型

系统理论指把人、机械和环境作为一个系统（整体），研究人、机、环境之间的相互作用、反馈和调整，从中发现事故的致因，揭示出预防事故的途径[5]。

在光缆失效事故分析过程中应用系统理论，将人、机械和环境作为一个系统（整体），按照操作过程S-O-R的人因素的综合模型一步一步对过程进行分析，寻找事故致因链，为后续开展事故调查分析提供基础信息。

图1 瑟利模型S-O-R人因素综合模型Fig.1 Thurley model S-O-R human factor synthesis model

1.2 光缆失效数据分析

管道伴行光缆的主要失效模式为光纤断裂，进而使光缆失去通讯、监测、预警等作用。根据位于新疆的某输油气公司2012～2018年统计数据，从以下4个方面进行分析。

1.2.1 失效数据分析

如图2历年光缆失效统计图所示，从2012～2018年，这7年光缆失效事故整体呈下降趋势，由数据得出的趋势线（图中虚线）可以看出，光缆失效事故在不断减少。2018年该公司管道里程为16684km，每百公里光缆失效次数为0.0479/a，这与公司不断提高管理水平，完善规章制度有很大关系。

图2 历年光缆失效次数统计图Fig.2 Fiber optic cable failure statistics from 2012 to 2018 year

1.2.2 光缆失效时间分析

光缆失效事故在时间上有差异，其发生月份趋势统计如图3中虚线。4～11月是光缆失效事故发生的高峰期，1、2、3和12月份失效事故较低。新疆冬季气候严寒，冰雪覆盖，工程作业无法进行，自然灾害如洪水、山体滑坡、泥石流等相对较少，光缆失效事故发生率较低；5～9月春耕及施工陆续开展，融雪性洪水、泥石流、山体滑坡等灾害，造成光缆失效事故增高；9、10、11月，秋耕及施工周期的日渐缩短，很多施工单位为了追赶工期违章施工，导致光缆失效事故频繁发生。

图3 光缆失效时间段Fig.3 Optical cable failure time

1.2.3 光缆失效责任人分析

Drake等人[15]研究证明，低于50%的乳脂含量会导致切达奶酪风味物质损失，造成异味。所以黄油中的高乳脂的含量会对黄油质构、特性和风味有重要影响。同时，黄油蛋白质含量虽少，但却是重要的滋味成分，对黄油的浓厚感有重要作用[16]。

光缆失效历年责任人主要有公司、施工单位、村委会和个人。由于施工方在施工中监管不到位造成光缆失效的事故占21%，由于农牧民耕地，村委会沟通不及时造成光缆失效的占25%，由于公司内部施工监管不严的占43%，由于个人违章操作、失误造成光缆失效的占11%，如图4。从4种责任人分析，公司内部、施工方、村委会监管不严、沟通不到位、宣传走访不到位、保护意识淡薄，其次是个人技能、培训、不到位。

图4 光缆失效责任人比例饼状图Fig.4 Pie chart of the proportion of people responsible for the failure of optical cable

1.2.4 光缆失效类型分析

按照安德森提出的S-O-R模型对光缆失效原因类型进行分析，充分考虑了人因素综合模型，将人的操作问题与机械及其应用环境的运行过程，提出路由环境差、第三方施工、农民耕地和其他原因这4种造成光缆失效的事故类型方面。笔者基于统计数字和以往断缆原因分析[7]，绘制了光缆失效原因鱼刺图，如图5，共有4大类原因，每一大类原因又可以分为若干小类。

图5 光缆失效原因鱼刺图分析Fig.5 Fishbone diagram analysis of fiber optic cable failure

光缆失效的4类原因中，路由环境差占比最高，为46%；第三方施工占34%；农民耕地占10%；其他原因占10%，如图6。因此，以占比最高的路由环境差为顶事件，运用Free fta软件对其进行故障树分析。故障树分析，如图7。

图7 路由环境差故障树模型Fig.7 Fault tree model with poor routing environment

（1）最小割集分析。

通过Free fta软件可自动计算出故障树模型最小割集，该故障树的最小割集数量为21，即有21种组合方式可能路由环境差，分别为{X1}、{X2，X10}、{X2，X7}、{X2，X8}、{X2，X9}、{X3，X10}、{X3，X7}、{X3，X8}、{X3，X9}、{X4，X10}、{X4，X7}、{X4，X8}、{X4，X9}、{X5，X10}、{X5，X7}、{X5，X8}、{X5，X9}、{X6，X10}、{X6，X7}、{X6，X8}、{X6，X9}。最小割集都是路由环境差发生的一种可能性，最小割集表示系统的危险性，数目越多，危险性越大。如果能够控制最小割集不发生，即可保证光缆不会失效。一般地说，一个事件的割集比两个事件的割集容易发生，因此，在本例中，降低事件X1发生频率，即减少区域人类活动频率。

（2）最小径集分析。

由Free fta软件可知，共有2个最小径集，分别是{X1X2X3X4X5X6}和{X1X7X8X9X10}。最小径集表示系统的安全性，即要使事件不发生有2种方案，使1个最小径集中的基本事件都不发生，那么即可使顶上事件路由环境差不会发生。

（3）结构重要度分析。

结构重要度分析是从故障树结构上入手分析各基本事件的重要程度，通过最小割集来判断结构重要度，各基本事件结构重要度为：

通过结构重要度分析，可以看出X1区域人类活动频繁对路由环境差的影响重要程度最大，因此在进行预防措施时，在线路设计阶段就考虑在人类活动少的地方进行管道铺设。

2 风险管控措施

2.1 自然灾害断缆风险管控措施

结合以上光缆失效的故障树分析中自然灾害的分析，结合新疆地区的自然生态环境，对将要敷设的管道光缆在设计前进行风险识别，建立台账，并制定相应的减灾措施和应急方案；对已经敷设的光缆进行全面检查，收集光缆所处的自然环境条件，建立完善的自然条件信息网，对地质灾害风险高地段等高后果区重点地段的地面标识补充设置工作，确保光缆线路的通透性和可视性；对光缆敷设经过恶劣环境及易发生自然灾害等地段时，对光缆采用铠装、加固等措施严密保护；公司适当增加对自然灾害造成断缆的考核方式，奖惩并举，积极调动下属单位的管理积极性，科学、合理、有效的提升管理水平。

2.2 第三方破坏断缆风险管控措施

通过光缆失效鱼刺图分析看出，违章占压、管道标识和公众教育是第三方破坏断缆的主要因素，因此在进行第三方施工断缆风险管控措施时，应从以下方面着重考虑：

（1）注意提高第三方施工现场评估的时效性和宣传联系的具体性。要避免在光缆线路附近有施工迹象时，没有及时与施工方联系，未设立相关标识或派人现场看护的问题；对外宣传联系中，要讲清楚在光缆线路附近施工需要通过哪些程序、各种建筑物的安全间隔距离、限制使用机械和施工方法宣传不够的问题；要坚持外力影响无小事的原则，对小工程也必须做好标识临时设置、派人看护等工作。

（2）注意防止各类施工中协调配合不当的问题。当用探测仪不能准确测定光缆位置和深度时，要进行人工开挖确认，杜绝将光缆线路的位置和深度错误地提供给施工方；要杜绝发生在光缆安全操作中指挥不当造成光缆线路损坏的问题；要严防对限制使用的机械和施工方法，以及限定施工范围放宽控制的问题。

2.3 农耕断缆风险管控措施

由鱼刺图分析可知，农民耕地是光缆失效的一个因素，其中违规取土、农业灌溉和车辆碾压等都会影响光缆的可靠性，因此要加强对沿线农民保护光缆线路的宣传工作。通信光缆运维单位、各下属单位要大力宣传有关保护管道设施的法律、法规，对项目建设施工单位和线路沿途各乡镇、村组、农户要进行重点宣传，增强管道沿线有关部门、单位和群众保护通信线路和设施的法律意识，形成保护管道设施的良好环境，尤其针对春、秋两季的农业耕作，要坚持在每年的3～5月份和9～10月份开展光缆保护的宣传工作，对农田穿越段要重点排查，宣传到户，在农忙和春汛期间，加强管道巡护频次，提高管道巡护质量，做到早发现，早处置。同时要加强对光缆线路的巡视和看护，及时了解、发现、掌握光缆线路上出现的各类隐患，将光缆线路隐患消灭在萌芽状态，确保光缆线路的安全和通信畅通。

2.4 公司断缆总体风险管控措施

公司要建立完善的断缆事故上报系统，对历年发生的断缆事故进行详细的存档，包括事故的原因、类型、采取的措施以及造成的后果。同时要保证公司下属单位上报断缆事故的及时性并加大对事故报告的分析力度，避免对问题的浅尝辄止，要深入分析，吸取教训，为日后的管理工作提供充足的依据。

2.5 构建断缆风险保护层

通过对断缆事故风险辨识、原因分析，识别出来光缆运行过程中的各种风险，从“人-机-环-管”4个方面对断缆事故进行风险管控，同时从光缆设计阶段进行优化，系统的制定相应管控措施，构建断缆风险保护层。

3 结论

本文对某公司7年来的断缆事故进行统计，从时间、空间、类别等方面不同层次的分析了断缆事故的原因，并应用鱼刺图来梳理光缆失效的4大原因类别，应用故障树分析法对光缆失效进行分析，从最小割（径）集、结构重要度方面对光缆失效因素进行分析，并针对不同的危害因素提出合理的风险管控措施，对油气管道伴行光缆的防护，得到以下结论：

图8 光缆保护层Fig.8 Optical cable protection layer

（1）造成光缆失效主要原因为路由环境差、第三方施工、农民耕地和其他原因。

（2）9、10、11月，秋耕及施工周期的日渐缩短，很多施工单位为了追赶工期违章施工，导致光缆失效事故频繁发生。

（3）构建光缆失效保护层，从自然灾害断缆风险管控措施、农耕断缆风险管控措施、第三方施工断缆风险管控措施、公司断缆总体风险管控措施。