CN108224096A - 一种城市油气管道重大事故风险预警评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了城市油气管道重大事故风险预警评估的方法，属于管道风险预警评估技术领域。根据管道运行过程中风险因素确定因素集，采用区间层次分析相对标量法确定各级因素指标权重矩阵，通过对指标进行风险评定，得到警度划分结果，以风险数量指标为基础，得到各因素风险评定结果，结合泄漏影响系数计算相对风险数。本发明将肯特管道风险评价方法与风险预警方法结合，基于各风险因子警兆风险评定，综合考虑管道事故发生概率与后果严重度，可判定管道警度并进行预警响应。

Description

一种城市油气管道重大事故风险预警评估方法

技术领域

本发明涉及一种管道风险预警评估方法，尤其涉及一种城市油气管道重大事故风险预警评估方法，根据城市油气管道警兆风险评定和层次权重计算相对风险指数，实现对城市油气管道预警等级划分和评估的方法。

背景技术

目前，管道运输已经成为继公路、铁路、水路及航运之后的第五大运输方式，是我国油气运输行业的命脉。我国超过70％的原油和99％的油气通过管道进行运输，油气管线对我国的日常生产生活和社会发展起着越来越重要的作用。截止2016年底，中国陆上油气管道总里程累计约为12.6万公里，而且30％以上已经运行了10年以上，已经进入事故易发期，而由于城市规划和城市建设不是同步进行，我国城市在发展过程中存在规划、建设、监管、维护等多方面的问题，这也导致城市油气管道事故的风险不断增大，千公里泄漏事故率年均4次，远远高于美国的0.5次和欧洲的0.25次。城市油气管道因位于人口密集区且与市政管网互相交错，潜在风险因素错综复杂且隐蔽性强，且容易遭受第三方破坏、外部干扰、地面建筑物挤压、腐蚀及管道老龄化等问题的影响，可能会发生泄漏，与此同时，由于石油油气自身具有易燃易爆、有毒等性质，泄漏事故极易演化为火灾、爆炸等重大事故，造成人员伤亡和经济损失。针对目前城市油气管道的风险现状，有必要开展监测预警策略研究，以确保它们的安全运行，这在工业安全生产中甚至是城市建设中是一个至关重要而且必须解决的问题。

预警作为风险管理的首要环节，可以通过分析风险因素，在危险到来之前预判事态的发展，迅速发布预警信息，使人们在危险到来之前做好应急准备工作，最大程度地减小危险造成的损失。风险预警强调预测和对研究对象造成不确定性程度的未知因素进行把控，提前做好防范措施，提高自身对风险的免疫力和随机应变能力。但目前广泛存在的预警等级分级方法中具有较多缺陷，主要体现在：预警对象较为粗犷，没有具体深入的分析；警度分级考虑的因素不够全面，量化手段过于单一，缺乏完善的预警评估模型等。当前针对油气管道安全预警的技术存在较多，如光纤传感类管道安全预警技术、地震波检测类管道安全预警技术等，但针对油气管道风险预警等级的方法研究还较缺乏，因此为了保证城市油气管道风险预警评估的科学性与准确性，迫切的需要一种新的城市油气管道风险预警方法，对管道未来状况进行预测，预报管道不正常状态的危害程度和时空范围，对管道已存在问题提出解决措施，对管道可能出现的问题发出报警并提供防范与改进措施，从而避免或减少管道发生事故。

发明内容

本发明基于事故调研与统计，辨识城市油气管道风险因素，筛选关键因素，结合区间层次分析法，从降低事故发生的可能性和降低事故后果严重度的角度，构建城市油气管道风险监测预警指标体系，建立城市油气管道泄漏事故链式模型，掌握管道泄漏事故灾变链式过程，并根据事故致灾环、激发环以及损害环，找出风险因素进行风险预警和根据事故断链环，找出事故断裂关键节点，提出早期预警后的风险策略，建立分级预警模型和预警决策方案，针对不同级别信号提出不同的预警决策方案，构建城市油气管道风险预警管理流程。实现对城市油气管道重大事故风险预警评估结果更加准确、客观、合理。

为达到上述目的，提供一种新的城市油气管道重大事故风险预警评估方法，主要包括以下步骤：

一、建立城市油气管道风险监测预警指标体系

1.城市油气管道风险警兆辨识

对我国当期不断发生的管道事故进行统计分析，将事故原因进行分类，找出其失效统计的主要原因。

2.构建风险监测预警层次结构

根据风险警兆辨识结果，考虑构建各风险因素，从降低事故发生的可能性和降低事故后果严重度的角度，构建包括各个辨识出的风险指标的城市油气管道风险监测预警层次结构。

3.各层次结构局部权重及总权重排序

以区间层次分析法为基础，建立指标层次结构后，逐层建立判断矩阵，采用AHP的相对标量法，构建判断矩阵，并利用同一层次中所有层次单排序的结果计算针对上一层次而言本层次所有因素重要性的权值，最后根据准则层相对于目标层的权重和指标层相对于准则层的权重得到层次总排序。

二、城市油气管道风险监测预警警度分级

1.确定风险预警管理流程

根据预警过程特点将城市油气管道风险预警管理流程分为警源信息收集、警兆归类分析、警情风险评定、警度等级划分、警报发布与响应五个阶段。警度等级确定是结合了肯特管道风险评价方法和著名油气储运专家潘家华教授提出的风险模型进行的创新。

2.城市油气管道警兆风险评定

根据城市油气管道风险监测预警指标体系，对一级风险指标分别进行风险评定，并划分警度，在每个一级风险指标里对各项二级风险指标也分别进行评定。风险评判等级采用10分制，即：“很好”，“好”，“一般”，“差”，“很差”，评判得分为10，8，6，4，2，对应分为五个预警区，即低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区以及高风险区。

3.城市油气管道风险预警分级

以城市油气管道风险监测预警指标体系中各指标层权重排序和权重结果为分配值，结合对城市油气管道各指标层中风险指标的评定结果求取各相对风险加权后的风险指数，求和得到风险指数总和，再结合泄漏影响系数进行相对风险指数评定，管段相对风险指数越高越安全，预警等级越低，最后相对风险指数评定结果划分警度分级表。

对于某一具体管道，通过监测数据积累可以得出不同状况管道或不同区段管道的相对风险数。评估者或管道管理者在得出本管道的风险评估值后，通过相对风险指数警度分级表，判定该管段警度，并采取相应的预警措施。

本发明的有益效果是较之一般的风险监测预警分级方法确定警度更加合理客观，配合灾害链式模型能够将事故的发展更加直观的显示出来，以区间层次分析法获得各个警兆风险因素的权重更加准确,系统性更强；在求取风险指数总和时，将主观风险指标评分和客观层次权重相结合来计算综合风险指数，使评价结果更加科学、准确、公正、合理。

附图说明

图1是城市油气管道风险监测预警层次结构图。

图2是城市油气管道风险预警管理流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

第一步：建立城市油气管道风险监测预警指标体系

1.城市油气管道风险警兆辨识

对我国当期不断发生的管道事故进行统计分析，将事故原因进行分类，找出其失效统计的主要原因。现查阅我国2011年至2016年间发生的67起城市输气管道事故原因统计得事故原因分类统计见表1。可见造成城市输气管道事故的主要原因是挖掘机挖断、工程施工不当，挖掘机挖断、工程施工引发事故占据全部事故的62.7％，其次是管道故障。

表1事故原因分类统计表

事故原因	起数	占事故总数的比例，％
			挖掘机挖断	22	32.8
工程施工不当	20	29.9
			管道故障	6	9.0
车辆撞击	3	4.4
			腐蚀	2	3.0
试压	2	3.0
			塌陷	2	3.0
气温变化	2	3.0
			处理不当	1	1.5
原因不明	7	10.4
			合计	67	100

2.构建风险监测预警层次结构

根据风险警兆辨识结果，考虑构建各风险因素，从降低事故发生的可能性和降低事故后果严重度的角度，构建包括各个辨识出的风险指标的城市油气管道风险监测预警层次结构，具体包括腐蚀因素、设备材料、误操作、第三方破坏4个方面的风险指标。城市油气管道风险监测预警层次结构图如图1所示。一级准则层风险监测指标重要度依次为腐蚀因素、第三方破坏、设备材料，误操作。各一级准则层风险监测指标对应不同的二级指标层因素，具体如图1所示。

3.各层次结构局部权重及总权重排序

以区间层次分析法为基础，建立指标层次结构后，逐层建立判断矩阵，参照表2中1-9区间标度法，将专家对各指标评判的语言描述标量化，得到各指标判断区间，构建基于一级评判指标和二级评判指标结果共5个判断矩阵，参见表3至表7。

表2风险监测预警指标体系

取值	含义
		1	表示a因素与b因素相比，同等重要
3	表示a因素与b因素相比，稍微重要
		5	表示a因素与b因素相比，明显重要
7	表示a因素与b因素相比，强烈重要
		9	表示a因素与b因素相比，极端重要
2，4，6，8	上述判断的中间值

表3一级指标区间判断矩阵

项目O	腐蚀因素A	设备材料B	误操作C	第三方破坏D	W
						腐蚀因素A	[1,1]	[2,3]	[3,4]	[1,2]	0.4109
设备材料B	[1/3,1/2]	[1,1]	[2,3]	[1/3,1/2]	0.1746
						误操作C	[1/4,1/3]	[1/3,1/2]	[1,1]	[1/4,1/2]	0.0987
第三方破坏D	[1/2,1]	[2,3]	[2,4]	[1,1]	0.3248

表4腐蚀因素二级指标区间判断矩阵

表5设备材料二级指标区间判断矩阵

设备材料B	管材质量B1	焊缝质量B2	疲劳因素B3	W
					管材质量B1	[1,1]	[1/2,1]	[1,2]	0.3430
焊缝质量B2	[1,2]	[1,1]	[2,3]	0.4571
					疲劳因素B3	[1/2,1]	[1/3,1/2]	[1,1]	0.1999

表6误操作二级指标区间判断矩阵

表7第三方破坏二级指标区间判断矩阵

利用同一层次中所有层次单排序的结果计算针对上一层次而言本层次所有因素重要性的权值，最后根据准则层相对于目标层的权重和指标层相对于准则层的权重得到层次总排序，得到各影响因素的综合评价权重，具体总排序结果参见表8。

表8城市油气管道各风险监测指标的权重总排序

第二步：城市油气管道风险监测预警警度分级

1.确定风险预警管理流程

根据预警过程特点将城市油气管道风险预警管理流程分为警源信息收集、警兆归类分析、警情风险评定、警度等级划分、警报发布与响应五个阶段。警度等级确定是结合了肯特管道风险评价方法和著名油气储运专家潘家华教授提出的风险模型进行的创新。在结合城市油气管道目前的风险现状，对城市油气管道各风险指标进行的风险评定和警区划分后得出如图2所示的城市油气管道风险预警管理流程图。

2.城市油气管道警兆风险评定

根据城市油气管道风险监测预警指标体系，对一级风险指标分别进行风险评定，并划分警度，在每个一级风险指标里对各项二级风险指标也分别进行评定。风险评判等级采用10分制，即：“很好”，“好”，“一般”，“差”，“很差”，评判得分为10，8，6，4，2，对应评判向量C＝[10，8，6，4，2]^T，若8<C≤10，则指标风险处于低风险区；若6<C≤8，则处于较低风险区；若4<C≤6，则处于中等风险区，需要关注；若2<C≤4，则处于较高风险区，需要监控；若0<C≤2，则处于高风险区，考虑到采取相关措施。建立的各指标的风险评定准则参见表9所示样式。

表9设计误操作因素风险评定准则

3.城市油气管道风险预警分级

以城市油气管道风险监测预警指标体系中各指标层权重排序和权重结果为分配值，结合对城市油气管道各指标层中风险指标的评定结果求取各相对风险加权后的风险指数，求和得到风险指数总和，再结合泄漏影响系数进行相对风险指数评定，管段相对风险指数越高越安全，预警等级越低，最后相对风险指数评定结果划分警度分级表。其中评定风险指数总数计算公式参见下列公式：

评定风险指数总数＝腐蚀因子指数×权重系数+设备材料因子指数×权重系数+误操作因子指数×权重系数+第三方破坏因子指数×权重系数。

泄漏影响系数风险评定

首先对可能输送的介质进行标准评分，依据美国消防协会(NEPA)给出的相关评定，当前危险根据其可燃性、活化性及毒性三个方面进行评分，每个方面最低0分，最高4分，分数越高则危险性越大，部分介质危险性评分参见表10。

再进行后果影响系数评定，该影响系数评定由泄漏指数和人口状况指数决定，泄漏指数风险评定对于气相介质，其泄漏指数与泄漏物的分子量有关；对于液相介质，其泄漏指数＝0.5×(土壤渗透率风险指数+泄漏量风险指数)；人口状况指数风险评定根据人口密度进行，参见表11所示。

根据如下公式，基于以上评判结果，依次计算后果影响系数泄漏影响系数、以及相对风险数，各计算示例结果参见表12。

表10介质危险性评分

表11人口状况风险指数评定表

地区类别	规定面积内的人口状况	风险指数
			1类地区	少于10户	1
2类地区	多于10户少于46户	2
			3类地区	多于等于46户	3
4类地区	城市	4

表12相对风险指数风险评定

根据上表，极端最坏情况到极端最佳情况其相对风险数为0-40。根据警区划分，若40<C≤50，则管段相对风险处于低风险区；若30<C≤40，则处于较低风险区；若20<C≤30，则处于中等风险区；若10<C≤20，则处于较高风险区；若0<C≤10，则处于高风险区。相对风险数的风险评定考虑管道泄漏事故后果影响，给出城市油气管道相对风险指数警度分级表参见表13。

表13城市油气管道相对风险指数警度分级表

对于某一具体管道，通过监测数据积累可以得出不同状况管道或不同区段管道的相对风险数。评估者或管道管理者在得出本管道的风险评估值后，通过相对风险指数警度分级表，判定该管段警度，并采取相应的预警措施。

本发明的有益效果是较之一般的风险监测预警分级方法确定警度更加合理客观，配合灾害链式模型能够将事故的发展更加直观的显示出来，以区间层次分析法获得各个警兆风险因素的权重更加准确,系统性更强；在求取风险指数总和时，将主观风险指标评分和客观层次权重相结合来计算综合风险指数，使评价结果更加科学、准确、公正、合理。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种城市油气管道重大事故风险预警评估方法，其特征在于包括以下步骤：(1)综合考虑城市油气管道运行过程中能够导致泄漏事故发生的各种风险因素，构建城市油气管道风险监测预警指标体系，所述因素集包括：使管道泄漏风险的一级因素指标、影响一级因素指标的二级因素指标；(2)采用区间层次分析的相对标量法，逐层构建判断矩阵；(3)对四个指标分别进行风险评定，并划分警度；(4)以风险数量指标为基础，得到各因素风险评定结果，并求取泄漏影响系数，得到各管段相对风险数。

2.根据权利要求1所述的步骤(2)，其特征在于：采用区间层次分析法确定各层因素指标权重矩阵的方法为对同层风险因素指标两两比较得到每一因素指标在该层指标中的相对重要度，进而得到风险因素指标区间判断矩阵，进行一致性比率验证后可得到因素指标权重矩阵。

3.根据权利要求1所述的步骤(3)，其特征在于：对因素指标进行风险评定的方法为根据各类规范标准制定不同因素指标的风险评定准则，得到各因素指标的评判得分，根据得分进行风险预警区划分，从而确定预警等级与控制水平。

4.根据权利要求1所述的步骤(4)，其特征在于：以风险数量指标为基础求取相对风险数的方法为对单因素进行事故概率和后果严重度权重分配，将因素指标权重矩阵、风险概率矩阵进行乘法运算，得到各因素风险评价结果，根据介质危险性和后果影响系数得到泄漏影响指数，进而求取各管段相对风险数。