CN103488907A - 天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法，其包括以下步骤：（1）根据天然气管道设计资料和现场踏勘，收集待评价管段的管径、壁厚、埋深、地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视和管理现状的基础数据；（2）对待评价管段的地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视及管理现状进行评分，根据评分结果计算运行管理修正系数；（3）结合管径、壁厚、埋深以及运行管理修正系数，计算出天然气管道的第三方破坏失效概率。本发明的计算方法简便，计算结果能量化表示天然气第三方破坏的失效概率，为天然气管道的完整性管理提供了重要的管治依据。

Description

天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法

技术领域

本发明属于天然气长输管道的风险评价领域，尤其涉及一种天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法。

背景技术

管道输送是天然气运输方式中最为高效、经济的方式之一，我国已建成西气东输等总长超过8万公里的天然气输送管道。但是，建成的天然气管道却常因车辆碾压、地面耕作或挖掘等第三方原因遭到破坏。美国运输部（DOT）的管道事故统计表明，40%的管道事故是由第三方破坏引起的。因此，必须采取措施保障天然气管道的安全运行，维持工业生产和社会稳定。

管道的风险评价是一种主动预防管道失效的管理方法，它通过识别危险和管道风险排序，可以完成对管道检测、维护维修资源的科学决策。其中，管道失效概率的确定作为风险排序的依据，是整个管道风险评价的基础。客观有效的计算管道的失效概率能够对基础参数迥异的管道进行客观的风险排序，为不同管道间实施风险消除措施的顺序提供数据支持，对保障其免遭第三方破坏失效，维持安全运行，具有重要的意义。

管道的风险评价按计算失效概率的量化程度，可以分为定性、半定量和定量评价法三种方法。定性风险评价法以Kent打分法为代表（W.KentMuhlbauer.Pipeline risk management manual,3^rd Edition.Gulf Publishing Co.,Houston,Texas,2004），其主旨思想是：基于专家制定的调查表对管道现状进行打分，根据管道得分的高低，为管道风险提出高、中、低等多个等级的评定结果，其中，风险等级高对应管道的失效概率大。这种方法应用成本低、易于实现，是目前国内评价管道第三方破坏失效概率的主要依据。但是，Kent打分法的评价参数和得分权重是由专家商议决定的，具有一定的主观性和局限性，并且其评价结果不能获得量化的管道失效概率，这为管道风险排序带来了困难。以高、中、低三种风险等级为例，管道的第三方破坏失效概率在0–1之间，则中等风险的管道失效概率应为0.33–0.67。同样为风险等级中等的管道，其失效概率可能相差34个百分点，但定性风险评价结果却无法区分其差异，只能随机分配风险消除措施的实施顺序，这为管道的完整性管理埋下了隐患。

定量风险评价法主要以荷兰颁布的《定量风险评价指南》为依据（Guidelinesfor quantitative risk assessment.Ministerie van Verkeer enWaterstaat,2005）。其实施方法是预先给固定的、重大的和灾难性的事故的发生概率和事故损失后果都约定一个具有明确物理意义的单位，基于事件树或其它数学模型比较待评价管道与资料管道的相似度，从而根据管道历史失效数据库得到待评价管道第三方破坏失效概率的量化结果。定量风险评价方法的理论体系和评价过程均客观严密，且能获得量化的风险概率值，很好的弥补了定性风险评价的不足。但是，该评价方法不仅需要大型的失效数据库作为评价基础，还需建立完善的管道事件树。其对历史时效数据依赖度高、技术复杂，实现成本高，对于失效数据匮乏或事件树建立困难的复杂环境管道，定量风险评价法的准确性和适用性都有待拓展和提高。

半定量风险评价法是以风险的数量指标为基础，通过加和与除法等基本运算将各风险的失效概率进行组合，从而形成整个事故的评价结果。该方法能够区别对待不同的风险指标，对于易量化的指标进行定量求解，而不易量化的指标则进行定性评价，最终基于故障树等分析方法将定量和定性评价结果结合起来。其精度虽不及定量风险评价法，但评价过程大大简化，且能获得量化的失效概率评价结果，是理想的天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法。但是目前，国内外均没有颁布或出版半定量风险评价方法的标准和指南，更没有针对天然气管道第三方破坏失效概率的半定量计算方法。因此，尚不能基于现有标准法规，简便的计算天然气管道第三方破坏的量化失效概率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种以管道第三方破坏故障树为基础，结合欧洲天然气管道失效数据库与风险因素调查表，基于半定量风险评价理论所推导出的天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法，其包括以下步骤：

（1）根据输气管道设计资料和现场踏勘，收集待评价管段的管径、壁厚、埋深、地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视和管理现状的基础数据；

（2）对天然气管道的地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视及管理现状进行评分，根据评分结果计算运行管理修正系数F=(C×30%+R×15%+I×40%+M×15%)/50；

上述步骤（2）的计算式中，F指管道的运行管理修正系数；C指管道的地表建设活动得分；R指管道的居民与社会环境条件得分；I指管道的线路巡视得分；M指管道的管理现状得分；

（3）将管径、壁厚和埋深以及运行管理修正系数F代入公式P=(1100d^-1.5503+2.0848e^-2.65h+1.8689t^-1.2258)F，计算得到天然气管道的高后果区第三方破坏失效概率；

上述步骤（3）的计算式中，P指天然气管道的第三方破坏失效概率；d指管道的直径；e指自然常数，e=2.7182；h指管道的埋深；t指管道的壁厚。

所述天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法，其中：所述步骤（2）中地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视及管理现状的满分均为100分。

有益效果：

本发明天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法简便，计算结果能量化表示管道第三方破坏的失效概率，为不同天然气管道间第三方破坏失效风险的排序提供了数据支持，是安排风险消除措施的实施顺序的主要依据。本发明基于欧洲失效数据库量化了管道直径、壁厚以及埋深与第三方破坏失效概率之间的关系，保证了计算结果的准确性。对于难以获得历史数据且建模复杂的管道环境风险，则利用故障树和半定量风险评价理论，将定性评价的结果通过运行管理修正系数与定量结果联系起来，简化了环境因素的量化评价过程，降低了应用难度和使用成本，解决了原定性风险评价无量化结果，而定量风险评价技术复杂、对历史数据依赖度高、应用成本高的问题，填补了半定量风险评价理论在天然气管道第三方破坏失效概率计算应用方面的空白，适于推广与应用。

附图说明

图1为本发明天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法的流程图；

图2为本发明天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法的管道第三方破坏失效的故障树结构图。

图2中各序号所对应的基本事件如表1所示。

表1故障树机构图的基本事件及其序号

具体实施方式

如图1所示，本发明中天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法，其包括以下步骤：

S001、根据输气管道设计资料和现场踏勘，收集待评价管段的管径、壁厚、埋深、地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视和管理现状的基础数据；其中，管道的基础参数按《第三方破坏风险因素调查表》收集，如表2所示。

S002、根据风险因素调查表的收集到的基础数据，分别对管道的地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视和管理现状四个部分进行打分，每个部分的满分为100分；各部分打分完成后按下式计算管道的运行管理修正系数F：

F=(C×30%+R×15%+I×40%+M×15%)/50；

式中F指管道的运行管理修正系数；

C指管道的地表建设活动得分，按表3计算得分；

R指管道的居民与社会环境条件得分，按表3计算得分；

I指管道的线路巡视得分，按表3计算得分；

M指管道的管理现状得分，按表3计算得分。

S003、将管径、壁厚和埋深以及运行管理修正系数F代入公式P=(1100d^-1.5503+2.0848e^-2.65h+1.8689t^-1.2258)F，计算得到天然气管道的第三方破坏失效概率；

式中P指天然气管道的第三方破坏失效概率；

d指高后果区天然气管道的直径，mm；

e指自然常数，e=2.7182；

h指高后果区天然气管道的埋深，m；

t指高后果区天然气管道的壁厚，mm。

表2第三方破坏风险因素调查表

上述表2中，人口密度等级1级：2km内住户数少于15户；2级：2km内住户数15-100户；3级：2km内住户数大于100户；4级：2km内聚集有多层建筑物。

表3环境因素打分表

上述计算方法简便，计算结果能量化表示管道高后果区第三方破坏的失效概率，降低了应用难度和使用成本，解决了定性风险评价无量化结果，而定量风险评价技术复杂、应用成本高的问题，填补了半定量风险评价理论在天然气管道第三方破坏失效概率计算应用方面的空白。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1一条输送天然气的管道，在某段距管道5m内有铁路建设项目，存在第三方破坏隐患，计算该管段的第三方破坏失效概率。

S101、按《第三方破坏风险因素调查表》收集管道的基础参数，收集到的数据如表4所示。

S102、根据收集到的基础数据，分别对环境条件进行打分，打分结果如表5所示，各部分打分完成后按下式计算管道的运行管理修正系数F：

F=(71×30%+34×15%+40×40%+39×15%)/50=0.973。

S103、将管径、壁厚和埋深以及运行管理修正系数F代入公式计算得到第三方破坏失效概率P：

P=(1100×222^-1.5503+2.0848e^-2.65×1.5+1.8689×6^-1.2258)×0.973=0.533

计算结果表明，实施例管道1的第三方破坏失效概率为0.533。

表4实施例1管道的第三方破坏风险因素调查表

表5实施例1管道的打分表

实施例2

本发明实施例2一条输送天然气的管道，在某段距管道10m内有民宅建筑建设项目，存在第三方破坏隐患，计算该管段的第三方破坏失效概率。

S101、按《第三方破坏风险因素调查表》收集管道的基础参数，收集到的数据如表6所示。

S102、根据收集到的基础数据，分别对环境条件进行打分，打分结果如表7所示，各部分打分完成后按下式计算管道的运行管理修正系数F：

F=(56×30%+45×15%+69×40%+38×15%)/50=1.137。

S103、将管径、壁厚和埋深以及运行管理修正系数F代入公式计算得到第三方破坏失效概率P：

P=(1100×321^-1.5503+2.0848e^-2.65×1+1.8689×8^-1.2258)×1.137=0.496

计算结果表明，实施例管道2的第三方破坏失效概率为0.496。

表6实施例2管道的第三方破坏风险因素调查表

表7实施例2管道的打分表

表8是根据Kent打分法得到的实施例管道1和实施例管道2的定量评价得分，两条管道均属于中等风险管道（满分为100分），但难以区分两条管道间的风险差异。

表8实施例管道的Kent法得分

项目名称	实施例管道1	实施例管道2
			覆盖层最小深度	19	13
活动程度	8	8
			地面设施	1	9
直呼系统	5	5
			公共教育	7	7
管道用地标志	3	3
			巡线频率	6	6
总分	49	51
			风险等级	中等	中等

图2所示为管道第三方破坏失效的故障树，根据定量风险理论，顶事件即管道发生第三方破坏失效的概率计算公式应为：

T=x₄x₉x₁₀x₁₂x₁₃x₁₅x₁₇x₁₈x₁₉x₂₀x₂₂x₂₃x₂₄x₂₅

+x₁x₂x₃x₅x₆x₇x₁₂x₁₃x₁₆x₂₃

+x₁x₂x₃x₆x₇x₁₂x₁₃x₁₄x₁₆x₂₃

式中x₁,x₂,x₃……x₂₅指25个基本事件的发生概率。

对于25个基本事件而言，其发生概率需要依靠历史数据进行推算（近10年或20年的发生频率），但部分基本事件如野生物破坏、牲畜破坏以及绿化植物应力破坏等都很难获得历史记录，因而难以计算出最终的失效概率。可见对于失效数据匮乏的复杂环境管道，定量风险评价法的逻辑模型庞大，且应用有较大限制。

而本发明通过简便的计算过程，得到了实施例管道的失效概率，且计算结果表明，实施例管道1的失效概率大于实施例管道2（0.533>0.496），因此在采取风险消除措施时应优先考虑实施例管道1。

由此可见，本发明不仅解决了定性风险评价无量化结果的问题，还利用运行管理修正系数简化了环境因素的量化评价过程，降低了对历史数据的依赖，解决了定量风险评价法技术复杂、应用成本高的问题，具有实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种天然气管道第三方破坏失效概率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据天然气管道的设计资料和现场踏勘，收集待评价管段的管径、壁厚、埋深、地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视和管理现状的基础数据；

（2）对待评价管段的地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视及管理现状进行评分，根据评分结果计算运行管理修正系数F=(C×30%+R×15%+I×40%+M×15%)/50；

上述步骤（2）的计算式中，F指管道的运行管理修正系数；

C指管道的地表建设活动得分；

R指管道的居民与社会环境条件得分；

I指管道的线路巡视得分；

M指管道的管理现状得分；

（3）将管径、壁厚和埋深以及运行管理修正系数F代入公式P=(1100d^-1.5503+2.0848e^-2.65h+1.8689t^-1.2258)F，计算得到天然气管道的第三方破坏失效概率；

上述步骤（3）的计算式中，P指天然气管道的第三方破坏失效概率；

d指管道的直径；

e指自然常数，e=2.7182；

h指管道的埋深；

t指管道的壁厚。

2.如权利要求1所述的输气管道第三方破坏失效概率的计算方法，其特征在于：所述步骤（2）中地表建设活动、居民与社会环境条件、线路巡视及管理现状的满分均为100分。

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