城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析

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摘要:概述了近二十年國(guó)內(nèi)外管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究背景和現(xiàn)狀，對(duì)城市燃?xì)?/a>管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本步驟、重要事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行了總結(jié)，以某城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罏槔?，利用Phast軟件計(jì)算了重要事故的傷害面積指標(biāo)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析，最后對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法提出不足和展望。

關(guān)鍵詞:城市燃?xì)夤艿?，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

1概述

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市人口激增，加快了城市天然氣管道的鋪設(shè)，大部分城市已形成了密集的天然氣管道網(wǎng)。影響燃?xì)夤艿腊踩囊蛩赜泻芏?首先是城市天然氣管網(wǎng)的復(fù)雜性和密集性;其次，城市建設(shè)中的一些不合理規(guī)劃和現(xiàn)有管道老齡化現(xiàn)象突出;此外，由于燃?xì)獗旧順O易擴(kuò)散，又屬于易燃易爆物質(zhì)，且爆炸下限低，一旦發(fā)生泄漏，極有可能形成火災(zāi)、爆炸事故。因此，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究引起了廣大科研工作者的重視。工程上風(fēng)險(xiǎn)的定義是事故后果和事故概率的乘積，即事故后果的期望。該定義綜合了后果和概率的關(guān)系，能較好的反映實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)的程度，是對(duì)城市管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)。風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則是用來(lái)衡量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的重要依據(jù)?？紤]因素主要有個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)指標(biāo)。其中個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)衡量的是某一地點(diǎn)個(gè)體的傷亡概率，而社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)衡量的是某一區(qū)域的總體情況。而經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算方法通常運(yùn)用與F—N曲線類似的F—D曲線來(lái)表示，F(xiàn)—D曲線與經(jīng)濟(jì)損失的期望值可由經(jīng)濟(jì)損失的概率密度函數(shù)得出。最后，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)用于描述風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境或者周圍建筑、管道設(shè)施的影響。

2管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究

2．1國(guó)外研究現(xiàn)狀

管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)最早出現(xiàn)在美國(guó)，目前在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已得到普遍應(yīng)用。從20世紀(jì)70年代至今，經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，目前管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中最常使用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法有危險(xiǎn)與可操作性研究、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)、肯特法、事故樹(shù)法、故障樹(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度法等。如2005年Jo等［1］基于肯特法，利用地理信息系統(tǒng)(GIS)的人口密度信息計(jì)算事故的致死半徑和累計(jì)致死半徑，對(duì)肯特法進(jìn)行了改進(jìn)。2011年Y．Han等［2］將肯特法與事故樹(shù)法、故障樹(shù)法相結(jié)合計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)后果。發(fā)現(xiàn)定量方法更適用于有毒氣體擴(kuò)散，噴射火焰等事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，具體方法選擇取決于天然氣管道的實(shí)際基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精度要求。2014年Zhou等［3］基于QRA方法，分析了各重大事故風(fēng)險(xiǎn)的疊加效應(yīng)。并根據(jù)HSE劃分個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)將風(fēng)險(xiǎn)降到最低的情況下最大化的利用土地。2019年Tsinidis等［4］分析了不同地震強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的管道破壞模式，并利用脆弱性曲線對(duì)天然氣管道進(jìn)行有地震效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。結(jié)果表明脆弱性曲線的經(jīng)驗(yàn)公式與實(shí)際地震響應(yīng)有明顯差異，需要對(duì)不同地震破壞模式進(jìn)行修正。2019年Zhang等［5］將管道故障概率(P)和財(cái)產(chǎn)損失(L)的曲線圖與ALARP原理相結(jié)合，將管道故障的后果統(tǒng)一量化為貨幣以制定經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)可接受的標(biāo)準(zhǔn)。

2．2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法起步于20世紀(jì)90年代初，是在外國(guó)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，基于我國(guó)國(guó)情進(jìn)行改進(jìn)的，主要運(yùn)用了層次分析法、模糊評(píng)價(jià)法、肯特法、灰色理論法、貝葉斯概率法等。2008年黃小美等［6］以層次分析法為基礎(chǔ)，由專家評(píng)分法確定最底層概率，結(jié)合權(quán)重的模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)得到了城市天然氣管道總風(fēng)險(xiǎn)的級(jí)別。2009年王敏等［7］考慮到城市燃?xì)馐鹿实碾S機(jī)性，運(yùn)用灰色理論對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。以上海的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立灰色預(yù)測(cè)模型，并對(duì)其可靠性與準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)。2014年楊燕鵬等［8］通過(guò)統(tǒng)計(jì)我國(guó)2005年—2012年間的壓力管道事故傷亡數(shù)據(jù)，運(yùn)用線性回歸的方法進(jìn)行分析，采用F—N曲線與ALARP準(zhǔn)則相結(jié)合的方法確定我國(guó)壓力管道的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則。2016年趙新偉等［9］按照ALARP原則，結(jié)合中國(guó)油氣管道歷史事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，提出了中國(guó)油氣管道風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則，給出了社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受判據(jù)的F—N曲線模型，以及個(gè)人個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)可接受的臨界值。2019年王文和等［10］提出基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的燃?xì)夤芫W(wǎng)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析方法，構(gòu)建了燃?xì)夤芫W(wǎng)失效蝴蝶結(jié)模型并將其轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。該模型能夠在事故發(fā)生狀態(tài)下更新事件失效概率，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析。

3風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

3．1基本步驟

根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法是將事故后果和概率結(jié)合，直觀量化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是其基本步驟可以總結(jié)如下:1)定義系統(tǒng)和范圍，辨識(shí)危險(xiǎn)源，并用可以量化的指標(biāo)描述;2)確定事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算公式，進(jìn)行事故情景概率和事故情景后果的綜合計(jì)算;3)根據(jù)具體情況，如天氣、地理位置、周圍建筑，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)修正，綜合計(jì)算事故風(fēng)險(xiǎn)值;4)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小和社會(huì)可接受程度劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采取適當(dāng)?shù)拇胧p少風(fēng)險(xiǎn)，直至風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到可接受范圍。

3．2重要事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算

事故后果風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本步驟中的重點(diǎn)，這里以城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罏榘咐M(jìn)一步具體說(shuō)明。城市燃?xì)夤艿赖闹匾鹿拾ㄈ紵?射流火、閃火)，爆炸(受限空間爆炸和開(kāi)敞空間爆炸)等。事故的概率一般通過(guò)歷史數(shù)據(jù)法或者專家權(quán)重評(píng)分的方式進(jìn)行確定，這里不再贅述。而事故后果的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者軟件計(jì)算獲得。這里以某城鎮(zhèn)埋地燃?xì)夤艿罏槔肞hast軟件模擬計(jì)算開(kāi)敞空間，常溫常壓下的重要事故后果的傷害面積?，F(xiàn)有某城鎮(zhèn)埋地燃?xì)夤艿?，已知該管道總長(zhǎng)800m，壓力級(jí)制為中壓A，管徑200mm，埋地深度0．8m，周圍環(huán)境為開(kāi)敞空間，常溫常壓，風(fēng)速1．5m/s。該地區(qū)由于監(jiān)管良好，建立了該管段的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合地方燃?xì)庑袠I(yè)專家的評(píng)估，可以初步得到管道事故后果的發(fā)生概率，以方便后續(xù)綜合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。將上述基本條件導(dǎo)入Phast軟件7．2后可以得到重要事故后果的傷害面積，見(jiàn)表1。由表1的模擬結(jié)果可以看出，城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿涝诎咐臈l件下:小孔徑(小于5mm)泄漏后點(diǎn)火，僅會(huì)發(fā)生閃火，基本不會(huì)發(fā)生射流火和開(kāi)敞爆炸的情況;而對(duì)于開(kāi)裂泄漏，泄漏核心區(qū)域點(diǎn)火會(huì)出現(xiàn)死亡和重傷情況，且能造成至少輕傷傷害的影響范圍較大。得到事故后果的傷害面積指標(biāo)后，接下來(lái)還需要結(jié)合具體情況，如事故情景后果發(fā)生概率、人口密度、財(cái)產(chǎn)密度、天氣等情況進(jìn)一步詳細(xì)計(jì)算事故損失，綜合求出定量的風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果。

3．3后果評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則是用來(lái)衡量前面得出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的重要依據(jù)，表2對(duì)目前國(guó)內(nèi)常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行了分類匯總。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)城市管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的探討和總結(jié)，最后提出不足和展望:1)目前，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)正逐步融入能源行業(yè)，推動(dòng)能源—互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)管道數(shù)據(jù)一般使用單一的數(shù)據(jù)庫(kù)，不同數(shù)據(jù)庫(kù)間的導(dǎo)入和管理上有很大局限性。如果能將所有管道數(shù)據(jù)在一個(gè)統(tǒng)一的云端進(jìn)行整合，結(jié)合人工智能技術(shù)比對(duì)和識(shí)別管道數(shù)據(jù)問(wèn)題，可以大大提高管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。2)在實(shí)際情況中，管道風(fēng)險(xiǎn)事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算不僅取決于靜態(tài)管道參數(shù)，還受到當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)溫度、風(fēng)向風(fēng)速、周圍環(huán)境等動(dòng)態(tài)環(huán)境參數(shù)的影響。氣象條件是易忽略的，且對(duì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果有較大影響的參數(shù)。因此管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系必須綜合考慮動(dòng)態(tài)因素的影響，以提高預(yù)測(cè)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確性。3)我國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系起步較晚，是在國(guó)外風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上提出的。實(shí)際上不同的國(guó)家和地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是有差異的，例如針對(duì)地震頻發(fā)、周圍有危險(xiǎn)建筑的高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的燃?xì)夤艿赖?。因此建立適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的科學(xué)、規(guī)范、系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法是目前亟待解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn):

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作者：張瓊雅 張勝杰 單位：南京市燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)院有限公司