張華兵

油氣管道完整性管理技術委員會

摘 要： 采用Bow-tie 分析法將油氣管道風險管控體系劃分為7大失效原因，及導致管道意外泄漏和泄漏后可能產生的4種不利影響。相比故障樹和事件樹的分析結果頗具優勢�；�于分析結果建立了定量評價模型，量化管道風險，并可實現風險管控效果的衡量，直接指導管道風險管控實踐。

關鍵詞： 管道； Bow-tie；風險評價；風險管控；效果

管道風險評價是管道完整性管理的核心環節之一，通過實施管道風險評價，管道管理人員可以系統地識別所轄管道的風險因素，掌握管道的風險情況，從而可以針對性的采取措施管控管道風險，保證管道的安全運行。

管道面臨的風險因素較多，管道管理者也采取了大量措施進行預防。風險評價將風險量化，有助于分析管道安全水平，指導管道風險管控。目前用于管道風險評價研究的方法有故障樹法和事件樹法等，管道企業常用的方法則有安全檢查表法、風險矩陣法、評分法等[1-3]。為了更直觀的展示管道風險因素與管道企業采用的管控措施，本文采用Bow-tie 法對油氣管道風險管控體系進行分析。

1 Bow-tie分析法簡介

Bow-tie分析法是一種方便使用和操作的風險評估方法，它具有高度可視化、允許在管理過程中直接進行處理的特點，能夠使人們非常詳細地識別事故發生的起因和后果，并幫助使用者在事故發生前后分別建立有效的措施來預防及控制事故發生。

Bow-tie法的基本圖形猶如一個蝴蝶結，能夠同時分析和描述幾種不同的導致事件發生的潛在危險因素及后果，同時提出合理的預防及控制措施。將被分析的事件放在圖的中心，將導致事件發生的潛在危險因素放在圖左側，事件發生后導致的后果放在圖右側。同時，還允許在圖上標出為了預防事件發生所采取的預防措施及事故發生后為減小事件損失所能采取的控制措施[4-5] （圖 1）。

圖1 Bow-tie方法示意圖

Bow-tie法結合了故障樹和事件樹分析方法，是一種更加綜合的風險評價方法。

2 管道風險分析

例如將蝴蝶結圖的中心事件定義為管道泄漏。中心事件的左側，分析管道泄漏的原因，中心事件的右側，分析管道泄漏的影響后果。

根據以往已經發生的大量油氣管道泄漏事故，并梳理相關標準和規范內容，可以繪制成圖 2。

圖2 油氣管道蝴蝶結圖

圖 2左側是導致管道意外泄漏的7大失效原因，右側為泄漏后可能會產生的4種不利后果。當4種后果中1種或多種比較惡劣時，還會對管道企業聲譽產生不利影響。

可以將各風險因素/失效原因繼續細分如下。

（1）第三方損壞，包括地表開挖、地下施工、農耕、打孔盜油氣、恐怖襲擊等各種可能損壞管道的活動。

（2）內腐蝕，包括介質本身的腐蝕性、管道內部試壓殘留水、低點積水等。

（3）外腐蝕，包括土壤腐蝕、防腐層破損老化剝離、補口失效、陰保失效、套管內腐蝕、雜散電流干擾等。

（4）應力腐蝕開裂，包括管材的敏感性、腐蝕環境和管道的應力水平等。

（5）制造缺陷，包括管道制造階段的各種缺陷，如螺旋焊縫/直焊縫缺陷、鋼板的分層、夾雜等。

（6 ） 施工缺陷，包括管道施工階段的各種缺陷，如現場焊接連頭時的環焊縫缺陷、管體凹陷等。

（7）自然與地質災害，包括滑坡、崩塌、泥石流、水毀、采空區塌陷、黃土濕陷、凍漲融沉等。

管道防護措施見表 1。

管道應急措施見表 2。

圖 2形象地展示了導致管道泄漏的原因和管道泄漏后的主要影響后果，并據此分析，制定針對性的防護措施和應急措施。與故障樹分析相比，將管道風險因素與管道企業采取的防護措施分開，管道管理者可以很方便地找出可以采取措施的變量。

與事件樹分析相比，圖 2直指事故最終結果的本質，不會根據是否著火進行演化，防止管道管理者注意力被誤導而認為只需要控制點火源。

3 定量分析

根據圖2，可以建立管道風險評價模型對油氣管道風險進行計算分析。

采用評分模型將P1至P7量化為0～1之間，表示發生概率。評分模型可以參考kent法的指標體系，但必須進行優化。將F1至F7量化為0～1之間，表示防護措施的效果。從圖 2可以看出， P1至P7為邏輯或關系。將C1至C4量化為0～1之間，表示失效后果。 將E1至E4量化為0～1之間，表示應急措施的效果。E1至E4為累計關系。這樣可以建立以下管道風險評價計算公式：

式中：

R—管道風險值；

i—風險因素編號；

j—失效后果編號；

P—風險因素；

C—失效后果；

F—防護措施；

E—應急措施。

對某輸油管道的一個站間進行實際應用。管道長90 km，輸送汽油，管徑610 mm，設計壓力8 MPa，運行壓力5 MPa。收集分析所需要的數據，將管道最終劃分為6個管段。隨后對每個管段進行了風險計算，結果見圖 3。

圖3 管段風險直方圖

從圖 3可以看出，進行風險排序后，可以快速找出風險排序第1的為第3管段。

對高風險段進行風險致因分析，可以得到圖 4。

圖4 管道失效原因對比圖

該管段的具體情況為經常發生施工活動，但管道

標識不全，也沒有加密巡線，周邊還存在人口，所以風險較高。建議管道管理者針對性的加強防護措施，包括每50 m設1個管道標志樁，加密管道標識為，每天巡線3次，每年開展公眾宣傳2次，發動周邊民眾保護管道。實施這些措施后，重新進行風險計算，發現管道風險值能降低80%，體現了風險管控成效。

4 結論

采用Bow-tie分析方法，繪制了管道風險蝴蝶結圖，建立了定量計算模型，應用于某輸油管道進行風險計算，得到以下結論。

（1） Bow-tie分析方法可以形象展示導致油氣管道泄漏的失效因素和管道泄漏后的不利后果，并可以在此基礎上可系統梳理對應可用的防護措施和應急措施，相比故障樹和事件樹分析結果具有優勢。

（2）根據油氣管道風險的Bow-tie圖，可建立管道風險評價模型，對管道進行定量風險計算。

（3）在某管道上進行了實際應用，可以量化管道風險，對風險實現排序。可以方便進行風險致因分析，找出高風險的根本原因。

（4）可以分析風險管控措施對風險的降低效果，體現管道管理者工作成效。

參考文獻：

[1]張華兵，程五一，周利劍等.管道公司管道風險評價實踐[J]，油氣儲運， 2012， 31（2）： 96-98.

[2]張華兵，馮慶善，鄭洪龍等.油氣長輸管道定量風險評價[J]，中國安全科學學報， 2008，（3）：161-165.

[3]張華兵，王新.基于風險評價的管道安全距離確定方法[J]，油氣儲運， 2018，（01）： 20-23.

[4]王春雪，呂淑然.城市燃氣管道泄漏致災混合概率風險評估研究[J]，中國安全科學學報， 2016，（12）： 146-151.

[5]李婷婷，趙姚峰.基于FTA、 ETA、 Bow-tie 三種評價方法的結合及其應用研究[J]，價值工程，2013，（27）： 35-37.

作者：張華兵，中國地質大學（北京）安全技術及工程專業博士，目前在中國石油管道科技研究中心工作，兼任中國石油學會石油儲運專委會管道完整性管理技術委員會秘書長，長期從事油氣管道完整性管理技術的研究與應用。