CN101488213A - 城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化、组件式结构的定量/半定量城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统，本系统包括失效与事故数据库模块、风险评估数据库模块、动态分段模块、风险评估模块、决策支持模块。评价对象包括埋地和架设两种敷设方式的钢管、铸铁管和PE管以及阀门、凝水缸、补偿器等管道附属设备。所述失效与事故和风险评估数据库模块为风险计算提供数据支持；所述动态分段模块将管网动态划分成便于管理的管段；所述风险评估模块包含多个子模块，使用者可以选择性的进行风险计算；所述决策支持模块为管理者提供决策参考依据。本发明的各个模块是在调研多家燃气公司的基础上，结合科学分析建立而成，可以实现燃气管道的主动、动态管理。

Description

城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统

技术领域

本发明提供一种城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统，特别涉及一种具有模块化组件式结构的城镇燃气管道定量/半定量的风险评价及风险管理方法和系统，该系统包括燃气管道失效与事故数据库模块、风险评估数据库模块、动态分段模块、风险评估模块、风险管理决策支持模块。该系统包含了钢管、铸铁管和PE管三种管材、埋地和架设两种敷设方式的管道以及阀门、凝水缸、补偿器等管道附属设备，包含了城镇燃气管道系统的大部分形式和部件。本发明的各个模块在对多家具有代表性的燃气公司管道的运行情况进行详细调查的基础上，结合科学合理的理论分析而建立的。系统的核心部分是风险评估，该模型包括失效评估模块、后果评估模块和风险估计模块，其中失效评估模块和后果评估模块又由多个模块组成，以供评估人员根据其条件选择最合适的模块，从而使得风险评估结果更为准确。管道失效和事故数据库模块、风险评估数据库模块为风险评估提供数据支持，动态分段模块将管网划分成便于评估和管理的管段，风险管理决策支持系统模块是对风险评估结果的应用，以实现对燃气管道系统的预防、主动、动态管理模式，提高燃气公司管道的安全管理水平。

技术背景

城市燃气管道系统是城市重要的基础设施之一，随着我国城镇燃气事业的蓬勃发展，城镇燃气的应用日益普及。随着燃气管道埋地时间的增长，由于管道在多种因素影响下，管道安全状况逐渐变差，容易造成燃气泄漏并引发火灾、爆炸、中毒等严重事故。风险评价和管理技术正是在这种需求背景下被引入到燃气行业中的一种新型管理技术。国外在管道风险管理方面起步较早，但仍然集中于油气长输管线，由于管道特性、使用环境等与国内有很大的不同，所以国外的评估方法并不完全适用于国内，而国内在这方面的研究也主要集中在长输油气管线的风险评价，长输管线与城镇管网有着非常大的差别。而对于城市燃气风险评价目前国内刚刚起步，还没有形成相应的规范和成熟的系统。

发明内容

本发明的目的在于攻克现有风险评估技术在燃气管道安全管理的应用问题，提供一种针对城镇燃气管道运行状况进行风险识别、计算、监控和管理的计算机系统，为燃气公司的安全管理决策提供支持。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统，特别涉及一种具有模块化组件式结构的城镇燃气管道定量/半定量的风险评价及风险管理方法和系统，本系统包括燃气管道失效与事故数据库模块、风险评估数据库模块、动态分段模块、风险评估模块、风险管理决策支持模块。本系统评价对象包括钢管、铸铁管和PE管三种管材、埋地和架设两种敷设方式的管道以及阀门、凝水缸、补偿器等管道附属设备。本发明的各个模块是在对多家具有代表性的燃气公司管道的运行情况进行详细调查的基础上，结合科学合理的理论分析而建立的。

上述技术方案中所述管道失效与事故数据库模块包含安全管理信息数据库、管道失效记录数据库和管道事故记录数据库，其中安全管理信息数据库包括安全管理机构信息、抢险机构信息、安全管理制度信息、管网及设备台帐信息、安全教育与投入信息等；管道失效记录数据库包括失效的时间、地点、模式、原因等信息；管道事故记录数据库用于记录每次事故的信息，如事故类型、事故原因、损失统计、处理结果等。失效与事故数据库系统根据使用者的权限不同分别提供数据录入、导出、修改、删除、条件检索、统计及条件统计、报表输出、打印等功能，其中统计功能可以计算具有任意特性的管道的各种失效原因概率和失效总的概率、各类事故概率和事故总概率。因此该系统不仅可以作为日常安全管理、抢险抢修的管理软件，还可以为风险评估系统提供数据支持。

所述的风险评估数据库模块用于保存实现风险评价模型算法的基础数据，包括管道设备参数数据库、环境参数数据库、燃气性质数据库和维护管理数据库。风险评估数据库可以和已有的GIS数据相互传输数据，也可以手动添加数据。该数据库系统根据使用者的权限不同可分别提供数据录入、导出、修改、删除、条件检索、统计及条件统计、报表输出、打印等功能。

所述的动态管道分段模块，是将燃气管网分别按照管网组成管道的压力级别、管材类型、埋设方式、服役年龄、防腐层种类、人口密度、土壤类型等因素进行划分，使得按照划分后的管段进行评估既能达到精度要求，又不至于太繁琐。该模块能够自动划分管道，当管道相关参数发生变化时，能自动识别，且定期重新分段，因而是一种动态的分段模式。

所述风险评估模块由是不同层次的多个模块组成。其中，第一层次模块为失效概率评估模块、失效后果评估模块和风险计算模块。失效概率评估的基本方法是故障树(FTA)和层次分析法(AHP)相结合的方法；失效与事故数据库中各个失效原因统计所得的失效概率作为失效可能性的补充；对于埋地钢管的腐蚀失效评估本发明还提供了另外两种备选方法模块：神经网络训练法和主成分分析法，以供燃气公司根据自身情况进行选用。这两种方法以外防腐层检测数据为基础，根据现场开挖所测得相关参数利用神经网络自学习的非线性方法或主成分回归法，找出腐蚀深度、腐蚀寿命或腐蚀等级的规律，以预测埋地钢管腐蚀失效的可能性。

所述后果评估模块包括事件树分析模块、泄漏模型模块，扩散模拟模块、爆炸危害评估模块、射流火危害评估模块、火球危害评估模块、中毒与窒息危害模块、经济损失统计模块。

风险管理决策支持系统模块具有管段风险值保存、查询及条件查询、统计及条件统计、排序、打印、导出等功能。该模块为燃气公司提供了风险减缓措施，为决策者建立快速、合理的管道检修计划提供参考依据。同时该系统可与GIS系统结合，并在GIS管道图上显示该管段的风险结果。该系统能够定期对所有管段的风险进行排序，也可以指定按某个下级风险因素进行排序，以为维护管理人员的维护次序和方法提供决策支持。

本发明的特点

1、兼顾了不同类型城镇燃气管道

本发明风险评估方法分别对埋地钢管、埋地铸铁管、埋地PE管、架设钢管、架设铸铁管、附属设备分别进行了建模和分别建立模块。而且本系统风险评估数据库涵盖各种管材的各种规格信息、不同类型城市(南方、北方、沿海、内陆)环境信息(包括土壤、人文、地理等)、不同的气质种类(天然气、人工煤气、液化石油气)，系统具有广泛的适用性。

2、具有模块化、组件式结构，可以根据条件不同选择最合适的模块

整个系统都由一些即可单独运行又可互相输入输出的模块组成，考虑到不同燃气公司在基础数据、检测手段、维护手段、投入的人力资源都不一样，在一些关键功能模块设计了同功能的多个模块，以供燃气公司选择最合适的模块进行风险评估。

3、专家评估方法、数据统计方法和记录理论推导方法相结合

由于目前国内燃气公司关于管道失效与事故的资料很少，且不详细，单独利用历史数据统计分析的方式可能会影响评估精度，因而本系统采用了数据统计、理论推导和专家调查相结合的方法进行失效概率和失效后果的分析，使得两种方法优势互补。

4、故障树、事件树方法和层次分析法相结合

故障树分析具有明显逻辑结构的失效原因，而层次分析法则用于分析故障树底层事件的原因，以求得底层事件的失效可能性，然后通过故障树定量计算计算得到各上层失效因素的可能性。事件树用于分析失效的各种后果，并根据失效的可能性计算出后果事件的概率。

5、半定量和定量方法相结合

故障树和事件树均采用定量计算，以专家估计法为基础的失效可能性层次分析法是半定量分析法，以失效数据条件统计为基础的失效概率分析法是定量的方法，以PCM和土壤腐蚀性检测数据为基础的神经网络训练法和主成分分析法是定量方法，后果危害半径、经济损失统计等都是定量的方法，而事件树的后续事件概率分析中对于无数据支持的量采用了半定量处理。

6、建立安全管理决策系统

本发明根据风险评估结果及安全评价指标体系，提出基于风险完整性管理的最优的维护决策系统，建立合理、快速的管道维护、抢修反应机制和反应流程，实现管线系统维修的优先排序。

7、与其他系统的集成和共享

本发明的风险评估系统既可以独立运行，也可以与其他系统进行集成和共享，比如燃气管网地理信息(GIS)系统。

附图说明

图1为本发明的系统功能构架示意图

具体实施方式

参看附图1所示，城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统是由燃气管道失效与事故数据库模块、风险评估数据库模块、动态分段模块、风险评估模块、风险管理决策支持模块5大部分组成。管道失效和事故数据库模块、风险评估数据库模块为风险评估提供数据支持，动态分段模块将管网化分成便于评估和管理的管段，风险评估模块通过计算分析软件对各个管段进行风险值的计算，风险管理决策支持系统模块是对风险评估结果的应用，以实现对燃气管道系统的动态管理模式。

所述管道失效与事故数据库模块包含安全管理信息数据库、管道失效记录数据库和管道事故记录数据库。本数据库系统具有数据录入、导入、导出、修改、删除、条件检索、统计及条件统计、报表输出、打印等功能，其中统计功能可以计算具有任意特性的管道的各种失效原因的概率和失效总概率、各类事故概率和事故总概率。数据库系统根据使用者的权限不同，给与不同的操作范围。

所述风险评估数据库模块是用于保存实现风险评价模型算法的基础数据，其中所包含的数据从参数类型上考虑，包括管道基本参数、管道环境参数、燃气性质数据和维护管理数据4个部分；从管道材质上考虑，包括钢管、铸铁管和PE管道3种类型；从数据采集范围上考虑，数据涵盖了南方、北方、沿海、内陆不同城市类型的管道参数。本数据库系统具有数据录入、导入、导出、修改、删除、条件检索、统计及条件统计、报表输出、打印等功能，为风险计算提供数据支持。

所述动态分段模块根据管道基本参数、环境参数和专家建议将管网划分成便于评估和管理的管段，根据划分后的管段分别对其进行风险计算和风险管理，使得风险评估结果既能达到精度要求，又能减少不必要的资金投入。该模块能够对风险评价数据库中的管道进行自动划分，若管道相关参数发生变化，则能自动识别，且定期重新分段，因而是一种动态的分段模式。

所述风险评估模块包括失效概率评估模块、失效后果评估模块和风险值计算模块。风险值计算模块通过失效评估模块和后果评估模块的计算结果计算出管道段的风险值。

失效概率评估模块是评估管道段失效的可能性，本发明通过层次分析和故障树定量计算，得出管道各种失效原因的概率；失效与事故数据库中各个失效原因统计所得的失效概率作为失效可能性的参考；对于埋地钢管的腐蚀失效评估还提供了另外两种备选方法模块：神经网络训练法和主成分分析法。使用者可以根据自身燃气公司特点，选择不同的失效概率计算方法，也可以同时选择几种方法分别计算。

后果评估模块包括事件树分析模块、泄漏模型模块，扩散模拟模块、爆炸危害评估模块、射流火危害评估模块、火球危害评估模块、中毒与窒息危害模块、经济损失统计模块。其中，事件树模块用来分析各种后果事件的发生概率；泄漏模型模块首先根据管道的敷设方式和失效原因判断泄漏的模式，计算泄漏流量；本发明对各种失效后果分别进行了危害程度、人员伤亡和经济损失等各方面的计算和分析，便于燃气公司人员对各种后果的识别和判断。

本发明风险评估模块中的所有子模块都能够单独运行和单独输出结果，也可以按照默认的或者指定的模块组合运行，评估管道段的风险值。

风险管理决策支持系统模块为管理者提供了管道安全管理的决策参考，本模块可以对各个管段风险值进行保存、查询及条件查询、统计及条件统计、排序、打印、导出等操作。管理者可以根据风险评估的结果反向寻找风险的影响因素，按影响大小程度找出系统的薄弱环节，参考本模块中与之相应的风险减缓措施建立合理、快速的管道维护、抢修反应机制和反应流程，节省不必要的浪费，提高管道的安全管理水平。

另外，为了与其他相关系统的集成和共享，本发明除了提供独立的组件式风险评估功能模块外，还提供了必要的接口以实现与其他相关系统的集成和共享功能。

Claims (9)

1、一种城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统，其特征在于提供一种具有模块化、组件式结构的城镇燃气管道定量/半定量风险评价及风险管理系统，该系统包括燃气管道失效与事故数据库模块、风险评估数据库模块、动态分段模块、风险评估模块和风险管理决策支持模块。

2、根据权利要求书1所述管道失效与事故数据库模块，其特征在于包含安全管理信息数据库、管道失效记录数据库和管道事故记录数据库，数据库系统根据使用者的权限不同分别提供数据录入、导出、修改、删除、条件检索、统计及条件统计、报表输出、打印等功能；

3、根据权利要求书1所述风险评估数据库模块，其特征在于存储风险评价模型算法所需的基础数据，包括管道设备参数数据库、环境参数数据库、燃气性质数据库和维护管理数据库，风险评估数据库既可以和已有的GIS系统中数据进行相互传输，也可以直接对风险评估数据库进行数据的录入、导出、修改、删除、条件检索、统计及条件统计、报表输出、打印等。

4、根据权利要求书1所述动态管道分段模块，其特征在于将燃气管网分别按照压力级别、管材类型、埋设方式、服役年龄、防腐层种类等因素自动、定期、动态的划分管段，使得风险评估过程既能达到精度要求，又能减少不必要的投入。

5、根据权利要求书1所述风险评估模块，其特征在于包括失效概率评估模块、失效后果评估模块和风险计算模块；

所述失效概率评估模块采用故障树(FTA)和层次分析法(AHP)相结合的方法进行失效概率分析，评价对象包含了钢管、铸铁管、PE管等三种管材管道的失效评估模块和附属设备失效概率评估模块，管道失效因素分为腐蚀失效模块、第三方破坏失效模块和其他失效模块；

所述失效后果模块包括事件树分析模块、泄漏模型模块，扩散模拟模块、爆炸危害评估模块、射流火危害评估模块、火球危害评估模块、中毒与窒息危害模块、经济损失统计模块。

6、根据权利要求书5所述腐蚀失效模块，其特征在于采用三种方法进行腐蚀失效分析：故障树和层次分析相结合模块、神经网络训练模块、主成分分析模块。

7、根据权利要求书1所述风险管理决策支持模块，其特征在于对管段风险值进行保存、查询及条件查询、统计及条件统计、排序、打印、导出等操作，该系统能够定期对所有管段的风险值进行排序，并根据管道风险状况提供相应的减缓措施和事故应急方案等，为维护管理人员的维护次序和方法提供决策支持。

8、根据权利要求书1所述模块化、组件式结构，其特征在于整个系统由众多即可单独运行又可互相输入输出的模块组成，燃气公司可以根据自身情况选择适当的模块进行风险评估。

9、根据权利要求书1所述城镇燃气管道风险评价和安全管理决策支持系统，其特征在于整个风险评估系统既可以单独运行又可以与其他系统进行集成和共享，提供与其它系统集成的接口。例如GIS系统，本发明系统可以与GIS系统中的数据实现共享，风险评估结果也可以在GIS系统的管道图上进行显示。

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