楊玉鋒1 薛吉明2 祁惠爽1 張強1 張希祥1 劉碩1

1.國家管網集團科學技術研究總院分公司；2.國家管網集團 

 

摘要：為加強對油氣管道風險識別、評價與分級，借鑒國內外管道風險評價軟件先進經驗，研發了油氣管道風險評價模型及評價軟件，軟件包含第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、地質災害、誤操作以及泄漏后果影響等七個方面的指標，可全面評價管道面臨的主要風險因素；包含指標數據管理、動態自動分段、風險計算、風險折線分析、風險矩陣自動分級、風險結果GIS可視化、風險管理等核心功能，涵蓋從數據采集到輸出評價結果全流程。以某管道A為例闡述了采用該軟件開展風險評價過程和風險評價結果，以某管道企業為例介紹了軟件的規模化應用情況，可為油氣管道企業風險評價工作提供參考。

關鍵詞：管道風險評價模型；風險評價軟件；風險折線；風險分級；風險結果可視化

 

油氣管道是國民經濟重要基礎設施，我國現有85%的石油和99%的天然氣通過管道進行輸送，一旦管道中斷供應，將直接威脅國家能源安全，影響人民群眾正常生產生活秩序。截至2023年底，我國油氣長輸管道總里程已達18.5萬公里，已基本建成連通海外、覆蓋全國的油氣主干管網，全國一張網初步形成。油氣管道已成為我國國民經濟和社會發展的能源安全生命線，保障油氣管道安全可靠輸送是建設國家能源安全體系的重要組成部分。

1  工作依據

風險評價是識別油氣管道系統各類風險和隱患的重要手段，國家監管部門和管道運營企業都將風險評價作為管控油氣管道風險的重要手段。《石油天然氣管道保護法》規定了管道保護范圍、保護措施、法律責任等，為油氣管道的安全運行提供了法律保障。原國家安全監管總局等八部委聯合發文《關于加強油氣輸送管道途經人員密集場所高后果區安全管理工作的通知》（2017年），要求開展管道沿線人口密集型高后果區識別與風險評價。國務院安委會發布《油氣長輸管道安全風險專項治理工作》（2022年）等文件，明確提出了隱患排查治理、高風險區域排查與評價、風險管控聯動機制等工作要求。其他指導性文件包括國務院安委辦印發的《落實大型油氣儲存基地安全風險管控措施工作方案》（2022年），應急管理部印發的《油氣儲存企業安全風險智能化管控平臺建設指南（試行）》（2022年）以及國家應急管理部印發的《長輸管道人口密集型高后果區風險評估指南》（2024年）等。

目前，現行關于管道風險管理的國家標準有4項、行業標準有5項。GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》、GB/T 27512―2019《埋地鋼質管道風險評估方法》、GB/T 34346―2017《基于風險的油氣管道安全隱患分級導則》、GB/T 38076―2019《輸油管道環境風險評估與防控技術指南》等明確要求油氣管道應定期開展風險評價。

2  管道風險評價技術及軟件研究

2.1  管道風險評價技術進展

管道風險評價技術按照量化程度可分為定性法、半定量法和定量法[1]。當前管道定性風險評價方法應用較少，半定量風險評價方法和定量風險評價方法是管道行業研究的熱點，在管道企業中應用也較為廣泛。管道半定量風險評價技術一般針對管道全線開展，側重于識別危害因素和評價失效概率，發現管道的主導風險因素。管道定量風險評價技術一般針對高后果區等關鍵區域，側重于評價管道失效后果，通常用于分析泄漏后可能引發火災、爆炸的影響范圍和安全距離。

我國長輸油氣管道風險評價技術研究起步于20世紀90年代，1995年著名油氣儲運專家潘家華教授在《油氣儲運》雜志上介紹管道風險評價技術后，很快引起管道企業管理和科技研究人員的關注[2-3]。21世紀前10年管道半定量風險評價技術得到快速發展，中國石油、中國石化，西南石油大學、中國安全科學研究院等科研機構和院校在管道線路風險評價領域做了大量研究工作[4]。如嚴大凡、翁永基等出版《油氣長輸管道風險評價與完整性管理》，姚安林等提出我國管道風險評價技術的發展戰略，構建了管道第三方損壞事故樹等[5-7] 。

2.2  管道風險評價模型

基于威脅與防護風險評價模型將影響管道安全運行的風險因素分為第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、地質災害、誤操作以及泄漏后果影響等七個方面。該模型系統分析了各個指標之間的邏輯關系，對每個指標進行賦值評分，綜合分析各風險因素引起管道泄漏的可能性及泄漏后的事故嚴重程度，建立指標體系。

在管道風險評價模型構架中（圖1），將六類失效可能性的風險因素的分值設定在0～1之間，將4類失效后果的分值設定為1～5級，利用故障樹對評價因素進行梳理，建立邏輯計算模型，利用風險矩陣的直觀形象特點進行風險分級。該模型綜合考慮了導致管道失效的各種因素，梳理了各因素之間的邏輯關系，通過應用內外檢測數據，使得評價結果更加符合實際情況。

圖 1 管道風險評價模型架構

2.3  管道風險計算方法

（1）管段風險計算方法。油氣管道為線性工程，在風險評價過程中需要根據管道屬性對管道分段，以管段為單元開展風險評價，根據各個管段的失效可能性與失效后果計算結果，得到各個管段的風險值，管道風險計算公式如下：

式中，R為風險值，L為失效可能性值，C為失效后果值，k為失效原因編號（1～6分別代表第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、誤操作、地質災害）。

失效可能性分值在0～1之間，分值越大表示越可能發生。失效后果分為5級，等級越高表示后果越嚴重。風險值為兩者的乘積，值越大表示風險越大，最后將風險分為4級。

（2）管道總風險計算方法。從兩個角度進行說明管道總體風險情況，根據木桶理論，管道整體風險由風險最大的管段決定，取管道全線風險最大管段風險值為風險極值，反映管道整體風險情況。同時計算管道全線風險均值，采用里程加權平均的方式計算管道風險均值，計算公式如下： 

式中，R為風險均值；j為管段編號，j=1，2……，J；Rj為管段 j 風險值；lj為管段 j長度。

（3）風險分級方法。風險分級準則的研究以4萬公里管道風險數據為基礎，對管道風險值分布情況進行統計分析，測試評價模型計算的準確性，并研究了風險分級準則；制定了風險分級閾值，實現了風險評價結果的自動分級。

2.4  管道風險評價軟件功能模塊

在基于威脅與防護邏輯的評價模型基礎上，研發了管道風險評價軟件和管道風險數據采集App兩款軟件，可實現移動端采集數據、云端儲存、評價結果展示等功能。包括數據管理、風險計算、結果查詢、風險管理、風險地圖和幫助6個功能區，每個功能區包括多項子功能，實現新建評價項目、數據錄入、風險計算、結果查詢等功能。軟件采用分類線性數據管理技術，基于動態分段技術，全面細致反映管道沿線風險，評價結果直觀，表現形式多樣。利用多種工具分析導致風險的根本原因，有利于提出可操作性強的管理建議。采用量化風險矩陣，自動確定管道風險等級；利用風險致因分析，提出風險管控建議措施。積累了連續多年的風險評價數據與結果，匯成管道風險數據庫，自動學習優化模型，打造智慧系統。

3  風險評價技術推廣應用情況

3.1  某管道風險評價應用案例

某輸油管道A線路全長約758 km，設計輸量為700×104 t/a，設計壓力6.3 MPa。管道規格為Ф508×7.1 mm，管材一般段采用L415螺旋縫埋弧焊鋼管，穿越段采用L415直縫埋弧焊鋼管。以該管道為例分析管道風險評價軟件的主要功能和計算結果。

（1）數據采集與分段。軟件能夠根據錄入的數據實現自動分段，按照一個屬性值變化即劃分一個新管段的原則，將管道劃分為多段（圖 2）。以管段為評價單元開展評價工作，每個管段都會計算得到一個風險值，根據風險值對各個管段風險進行排序。根據分段方法，軟件將A管道全線劃分為946段，并逐段進行了風險計算。

圖 2 管道動態分段示意

（2）風險折線圖。針對油氣管道線性工程的特點，軟件以風險折線圖的形式展示管道全線風險變化情況。風險折線圖中的橫坐標代表管道里程，縱坐標代表管道風險值，可直觀分析管道風險隨著管道里程變化情況，進而識別出風險部位。

根據風險評價結果，A管道全線風險值位于0.18～2.2之間（圖 3），風險較高位置主要集中在959 km～1300 km之間的管段。該地區人類活動較頻繁，第三方損壞風險較大，外腐蝕檢測結果顯示，防腐層缺陷主要集中在該區域。同時該段屬山區，地形復雜，易發生地質災害，地質災害風險點占全線78%。風險值最大管段分別位于859 km～960 km、972.1 km～972.5 km、1230 km～1232 km等管段。

圖 3 管道全線風險折線圖

通過軟件可進一步對風險評價結果分類展開分析，分析第三方損壞、外腐蝕、內腐蝕、制造與施工缺陷、地質災害等不同類型的風險因素導致的失效可能性。

根據分類失效的可能性分布情況（圖 4），A管道第三方損壞導致失效可能性分值范圍在0.0243～0.2966之間，管道外腐蝕失效可能性分值在0.0065～0.0742之間，管道內腐蝕失效可能性分值在0.0097～0.0138之間，管道制造與施工失效可能性分值為0.0225，管道地質災害失效可能性分值在0～0.112之間。管道主導風險因素為第三方損壞，其次為地質災害，應當將這兩類風險因素作為管道風險管控的重點。

圖 4 管道失效可能性評價結果

軟件可分析管道失效后果分布情況，其中后果值較大的位置是管道泄漏后導致較大的人員傷亡、環境影響、財產損失或停輸影響的區域。

依據折線圖分析結果，失效后果的最大值為8.05，該處為管道穿越某大中型河流，河流下游匯入黃河，距離黃河約23 km，一旦發生泄漏后果十分嚴重。失效后果值在6以上的區域均為人口密集地區，主要為社區、工廠建筑群、學校等區域，該類地區一旦發生管道泄漏、著火、爆炸等事故事件，會造成較大人員傷亡和財產損失。

（3）風險分級。軟件可以實現對管道全線的風險分級，根據管道動態自動分段結果，并對每個管段進行編號，根據各個管段失效可能性分值和失效后果分值確定管道的風險等級。通過風險矩陣將管段風險分為高、較高、中、低4個級別。A管道全線高風險5段，較高風險216段，中風險395段，低風險330段。

（4）制定風險控制措施。在軟件風險管理模塊可完成管道風險管段篩選和風險控制措施制定。根據風險計算結果，篩選出需要重點管理的風險區域，并進一步制定風險控制措施和風險消減計劃。針對選定的風險管段，需要明確主要風險因素、風險特征、已采取的風險控制措施、風險是否控制到可接受范圍、風險控制措施分類、風險控制措施詳細描述、風險控制措施費用與實施時間、應急預案與現場處置方案。通過風險管理模塊可以直接導出管道風險管段及管控措施一覽表，作為管道管理單位開展風險控制措施的依據。

3.2  風險評價軟件規模化應用

2022年，國家管網集團公司將管道風險評價技術及軟件列入首批集團公司級技術推廣目錄，在集團公司范圍內開展科技成果轉化與推廣應用，目前已在12家區域公司完成了8.9萬余公里管道基礎信息入庫，組織開展了多輪次技術培訓，實現了技術的全面推廣應用，有效實現了風險分級與管控。

4  結語

管道安全運行關系管道沿線人民群眾生命財產安全，是公共安全的重要組成部分，管道風險評價技術是識別、評價和管控管道運行風險的重要技術手段。2000年以來，國內外管道風險評價技術、標準和軟件均取得了快速進步，風險評價技術基本成熟并得到廣泛應用。油氣管道風險評價模型及評價軟件可實現對油氣管道風險識別、評價與分級，已經在9萬余公里管道規模應用，對于保障油氣管道安全運行發揮了重要作用。隨著油氣管道運營進入到“智能管道、智慧管網”時代，以數據為核心的動態管道風險評價技術將成為研究熱點，未來以動態數據為核心的管道風險評價技術將在管道安全運行中發揮更加重要的作用。

 

參考文獻：

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[4]王天瑜.天然氣管道風險分析與安全距離計算方法研究[D].北京：中國礦業大學，2017：18-21.

[5]中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院. 石化裝置定量風險評估指南[M]. 北京：中國石化出版社，2007：56-98.

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[7]雷云，余建星，吳朝暉，等.基于模糊ANP的海底管道失效風險綜合評價[J].中國安全科學學報， 2019，29(5)：178-184.

作者簡介：楊玉鋒，1985年生，高級工程師，博士，主要從事管道完整性管理及風險評估方向的研究工作。聯系方式：13426368869，yangyf@pipechina.com.cn。