摘要：針對杭州市鋼質(zhì)燃氣管道的運營現(xiàn)狀，建立鋼質(zhì)燃氣管道安全風(fēng)險評估系統(tǒng)。探討了風(fēng)險評估系統(tǒng)的建設(shè)思想、主要技術(shù)(ArcGIS平臺技術(shù)、組合檢測技術(shù)、概率分析與專家調(diào)查技術(shù)、管道剩余強度與剩余壽命預(yù)測技術(shù))、實現(xiàn)方法及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：?鋼質(zhì)燃氣管道；?風(fēng)險評估；?剩余強度；?因素權(quán)重；?ArcGIS平臺

Abstract：In view of the operation status of steel gas pipeline in Hangzhou City，a steel gas pipeline safety risk assessment system is established．The construction concept，main technologies(ArcGIS platform technology，combined detection technology，probability analysis and expert investigation technology．pipeline residual strength and life prediction technology)，implementation method and application of the risk assessment system are discussed．

Key words：?steel gas pipeline；?risk assessment；?residual strength；factor weight；?ArcGIS platform

杭州市作為“西氣東輸”工程的末端，于2003年6月開始了天然氣利用工程建設(shè)，于2004年8月開始向市區(qū)供應(yīng)天然氣。截至目前，杭州市已投運的高壓管道達70 km，中低壓管道逾3 500 km(其中高中壓管道多為鋼管，少數(shù)中壓管道為鑄鐵管，低壓管道為鋼管、鑄鐵管、PE管)，建成并投運北門站、南門站及星橋、下沙、良渚、留祥、西郊、臨平6座高中壓調(diào)壓計量站，供氣范圍覆蓋5大主城區(qū)和濱江區(qū)，實現(xiàn)杭州市主城區(qū)全部使用天然氣。與此同時，杭州市燃氣集團有限公司(以下簡稱杭燃集團)大力推進天然氣利用工程建設(shè)和用戶市場的開拓，每年新增管網(wǎng)逾100 km，新增燃氣用戶數(shù)達(4～5)×10⁴戶。

杭燃集團鋼質(zhì)燃氣管道安全風(fēng)險評估系統(tǒng)是基于埋地鋼質(zhì)燃氣管網(wǎng)事故發(fā)生原因和機制進行全面和系統(tǒng)的研究，并根據(jù)實地調(diào)研考察和專家建議尋求影響杭州市各級壓力管道失效及后果的各項因素，對于可能造成重大后果的事故隱患，建立響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并進行事故模擬，預(yù)測極端情況下事故的影響范圍和影響程度，以及事故發(fā)生的可能性，給出量化結(jié)果。通過對300 km中壓A管道實施外防腐檢測與開挖驗證修復(fù)，完善并量化管道與環(huán)境的相關(guān)參數(shù)，確定杭州市燃氣管網(wǎng)評估模型及總體架構(gòu)研究方法，健全影響杭州市各類管網(wǎng)風(fēng)險的因素、賦值及權(quán)重分配機制，建立管網(wǎng)安全評估系統(tǒng)，對運行的天然氣管網(wǎng)實施風(fēng)險評估，并根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果合理確定管網(wǎng)巡檢樣板，優(yōu)化人員配置，科學(xué)地確定管網(wǎng)維護和改造計劃，優(yōu)化資金的使用，實現(xiàn)從被動管理到主動管理的轉(zhuǎn)變。

整個系統(tǒng)建設(shè)的基本思想是：①對埋地鋼質(zhì)燃氣管網(wǎng)事故發(fā)生的原因和機制進行系統(tǒng)調(diào)研，收集燃氣管網(wǎng)失效與事故后果相關(guān)影響因素數(shù)據(jù)，并根據(jù)專家建議辨識和篩選影響因素集。②根據(jù)影響因素集的屬性特點以及專家指標權(quán)重建議，建立燃氣管網(wǎng)風(fēng)險因素指標權(quán)重體系，并對管網(wǎng)進行智能分段與風(fēng)險評估。③建立管道事故可能性和事故后果嚴重程度的二維風(fēng)險矩陣，確定管道風(fēng)險等級。④根據(jù)風(fēng)險評估的結(jié)果，對管道失效的原因與失效后果進行風(fēng)險分析。⑤根據(jù)風(fēng)險分析結(jié)果，首次制定各級風(fēng)險管段的風(fēng)險控制措施，并對措施的有效性進行評定。⑥按照制定的風(fēng)險控制措施對管道進行技術(shù)改造，對改造后的管道進行二次評估，直到風(fēng)險達到可接受水平。通過實現(xiàn)管道的計劃性維護與檢測，降低管道風(fēng)險，提高管道完整性^[1]4。

風(fēng)險評估^[2-3]根據(jù)潛在危險發(fā)生的概率確定風(fēng)險的可接受程度，決定是否采取措施。根據(jù)評判的過程及結(jié)果的定量程度可分為定性評估、半定量評估和定量評估3類^[4]。

杭州市燃氣管網(wǎng)具有敷設(shè)環(huán)境多樣性、多壓力級制運行、管齡差異大、管道干擾因素多、事故后果差異大等特點，單獨采用某類方法難以滿足評估的需要。因此，系統(tǒng)開發(fā)過程中，通過研究各類風(fēng)險評估方法的適應(yīng)性、優(yōu)缺點，并綜合考慮杭州市燃氣管網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)等因素，結(jié)合國際國內(nèi)相關(guān)標準，參照W．Kent Muhlbauer提出的專家評分法^[5]，采納了其將風(fēng)險分成管道失效可能性和失效后果兩大部分的建議，確定杭州市燃氣管網(wǎng)風(fēng)險評估模型采取以KENT打分法為原型(事故可能性歸結(jié)于第三方破壞、腐蝕因素、設(shè)計因素、操作因素等4個主要因素，各因素設(shè)有若干評估指標，專家設(shè)定指標權(quán)重；事故后果嚴重程度由管道內(nèi)介質(zhì)的急劇危害、長期危害、人口分布、泄漏影響等共同決定)，根據(jù)因素情況確定管道系統(tǒng)發(fā)生事故可能性的分值和事故后果嚴重程度的分值，再將這些分值分成5個級別，根據(jù)事故可能性的級別和事故后果的級別以風(fēng)險矩陣法^[6]原理確定風(fēng)險等級。在風(fēng)險評估過程中，將專家函詢、概率分析有機融合，建立了一套完整、準確、便于實施的風(fēng)險評估體系。

3．2．1 ArcGIS平臺技術(shù)

天然氣管網(wǎng)的運行、維護在新形勢下離不開地理信息系統(tǒng)(GIS)的支持。杭燃集團歷來重視GIS的建設(shè)，l999年就已經(jīng)建立起了GIS，該系統(tǒng)是一個圍繞MapInfo產(chǎn)品實施的平臺。隨著杭燃集團的高速發(fā)展，先前系統(tǒng)已不能滿足發(fā)展要求，2008年遷移到ArcGIS9．3平臺上。ArcGIS^[7]是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所于20世紀70年代后期推出的地理信息系統(tǒng)，早期的ArcGIS稱為ArcInfo，主要運行在UNIX系統(tǒng)下，后來陸續(xù)移植到基于Windows NT的平臺上和基于DOS的平臺上。20世紀90年代推出全新的基于桌面的地理信息系統(tǒng)，稱為ArcGlS，主要包括ArcGIS Desktop、Workstation、ArcIMS、ArcObjects、ArcSDE、ArcGIS Server等6個部分，為用戶提供地圖瀏覽、數(shù)據(jù)組織、制圖綜合、地圖輸出、空間分析、數(shù)據(jù)管理等全面的空間數(shù)據(jù)引擎。目前杭燃集團以該平臺為基礎(chǔ)已實施的系統(tǒng)包括：杭州市燃氣管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)、杭州市燃氣管網(wǎng)地理維護系統(tǒng)、杭州燃氣GPS管道巡檢系統(tǒng)、燃氣管道安全風(fēng)險評估系統(tǒng)等。

3．2．2組合檢測技術(shù)

燃氣管道檢測是進行風(fēng)險評估之前必須完成的數(shù)據(jù)收集工作，主要包括：查明防腐層破損、缺陷點的位置；評估防腐層的防護性能；測試陰極保護系統(tǒng)的保護效果；調(diào)查管道沿線土壤腐蝕性(如土壤電阻率、腐蝕速度等)等方面。考慮到杭州市道路擁擠、地下管道眾多、周邊環(huán)境復(fù)雜等因素，為保證檢測的準確性和客觀性，需針對不同的檢測對象和環(huán)境采取不同的儀器與技術(shù)組合來完成，如采用C掃描^[8]、DCVG測試技術(shù)^[1]62-64、皮爾遜儀器、多頻智能管線定位儀等，通過比較和開挖驗證，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)組合和最佳檢測步驟。

3．2．3概率分析與專家調(diào)查技術(shù)

因素權(quán)重是一級權(quán)重、二級權(quán)重、三級權(quán)重的集合，是風(fēng)險評估的基準指標。在研究過程中，同時采取了概率計算、專家調(diào)查論證結(jié)合的方式，來確定各因素的多級指標權(quán)重。

①???? 采用概率計算計算一級權(quán)重

從現(xiàn)有統(tǒng)計資料可知，管道的事故發(fā)生一般滿足浴盆曲線規(guī)律^[9]，初期處于磨合階段，管道工作不穩(wěn)定，后期接近設(shè)計壽命，事故發(fā)生也較頻繁。若只考慮中間的穩(wěn)定期(大約l0～20年)，則管道失效速率可視為常數(shù)，每類因素引起的事故時間間隔服從指數(shù)分布，每類因素引起的事故次數(shù)服從Poisson分布。分別求得各類因素引起的管道發(fā)生故障的概率，然后進行歸一化處理，得到各類因素的一級權(quán)重。

②專家調(diào)查取得二、三級權(quán)重

專家調(diào)查法就是把在評判或決策問題中所要考慮的因素，由調(diào)查人員先制定出表格，然后根據(jù)研究問題的具體內(nèi)容，在行業(yè)內(nèi)邀請資歷高、專業(yè)知識豐富并且有實際經(jīng)驗的專家就各因素重要程度進行打分，填入調(diào)查表，最后匯總，計算出各因素重要程度系數(shù)。具體步驟如下。

a．制定調(diào)查表

因素重要程度系數(shù)α_i的調(diào)查表見表1。

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α_ij表示第j位專家對因素μ_i給定的重要程度系數(shù)值，要求滿足。調(diào)查時，要聘請足夠數(shù)量的專家，一般認為專家越多越好。填寫調(diào)查表時，要求每位專家獨立完成，不要互相討論或交換意見。

b．編制調(diào)查的匯總表

將專家的調(diào)查表進行匯總，見表2。

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