CN111191959A - 一种长输天然气管道衍生灾害评价系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长输天然气管道衍生灾害评价系统和方法，包括获取模块，其用于获取管道的设计参数、运行参数、历史失效数据及管道周边承灾体的分布数据；建立模块，其用于根据所述获取模块获取的数据，建立灾害评价矩阵；修正模块，其用于根据灾害对承灾体破坏程度的不同将影响范围划分为不同区域，不同区域赋予不同的权值，对灾害评价矩阵进行数据修正；分析模块，用于根据修正后的灾害评价矩阵，对长输天然气管道衍生灾害进行分析评价。本发明在分析总结自然灾害评价、管道风险评价方法的基础上，结合当前行业发展需求，给出长输天然气管道衍生灾害的定义。
Description
技术领域
本发明涉及天然气管道领域，具体的，涉及一种长输天然气管道衍生灾害 评价系统和方法。
背景技术
管道运输具有低成本、高效率等优势，已经成为天然气输送的重要手段。 天然气管道事业高速发展的同时，管道事故也频繁发生。天然气管道事故对管 道周边社会公众、财产及自然生态环境造成了严重威胁。
管道风险评价是一种主动预防、管理管道失效事故的管理方法。该方法通 过识别危险和管道风险排序，完成对管道检测、维护维修资源的科学决策。管 道风险评价可以分为定性、半定量和定量评价三种方法。其中前两种方法简单 易行、但不能定量计算长输天然气管道的失效概率、失效后果及风险绝对数值， 也无法通过量化计算科学地确定天然气管道风险管控措施。定量风险评价方法 是管道风险评价的高级阶段，它将天然气管道的失效概率和失效后果进行定量 计算，实现了对天然气管道风险的精确描述。
但发明人认为，其评价对象通常只有人员，对于事故可能造成的财产破坏、 环境破坏以及社会公众影响等都加以忽略，对事故发生过程及其衍生的灾害缺 乏系统全面的评价，难以真正反映天然气管道潜在事故灾害特征。
发明内容
针对现有的天然气管道衍生灾害评价方法的不足，本发明旨在提供一种长 输天然气管道衍生灾害评价系统和方法，在分析总结自然灾害评价、管道风险 评价方法的基础上，结合当前行业发展需求，给出长输天然气管道衍生灾害的 定义，并在此基础上，设计一种能够定量化、综合评价灾害发生概率及灾害后 果的长输天然气管道衍生灾害评价方法。
第一方面，本发明公开了长输天然气管道衍生灾害评价系统，包括：
获取模块，其用于获取管道的设计参数、运行参数、历史失效数据及管道 周边承灾体的分布数据；
建立模块，其用于根据所述获取模块获取的数据，建立灾害评价矩阵；
修正模块，其用于根据灾害对承灾体破坏程度的不同将影响范围划分为不 同区域，不同区域赋予不同的权值，对灾害评价矩阵进行数据修正；
分析模块，用于根据修正后的灾害评价矩阵，对长输天然气管道衍生灾害 进行分析评价。
第二方面，本发明公开了一种长输天然气管道衍生灾害评价方法，使用所 述的长输天然气管道衍生灾害评价系统，包括以下步骤：
服务器获取管道的设计参数、运行参数、历史失效数据及管道周边承灾体 的分布数据；
根据历史失效数据确定管道基础失效概率，结合事件树发展模型、点火概 率模型计算各灾害场景的发生概率；
根据事故后果模型及伤害准则，确定每个灾害场景对各类承灾体的影响范 围；
根据灾害对承灾体破坏程度的不同将影响范围划分为不同区域，对不同区 域赋予不同的权值作为破坏比；
根据区域面积大小、区域内承灾体分布情况及对应的破坏比计算灾害损失 后果；
确定灾害评价指标，构建评价矩阵，对比灾害评价指标和评价矩阵，对衍 生灾害进行综合评价，划分衍生灾害等级。
进一步，服务器获取的管道的设计参数包括管径、壁厚、埋深；管道运行 参数包括气体组分、实际运行压力、温度；承灾体包括人员、建筑物及公路、 铁路类的生命线工程，承灾体分布数据包括前述承灾体在管道周边的分布数量、 价值及与管道的相对位置。
进一步，当待评价的管道历史失效数据完整且具有统计意义时，通过历史 失效频率计算管道基础失效概率；
当待评价的管道历史失效数据不足时，使用通用失效数据库所提供数据确 定管道基础失效概率，并根据管道的使用年限、安全管理水平进行修正。
进一步，由事件树发展模型确定天然气管道衍生灾害场景包括火球、爆炸、 闪火、喷射火；通过管道基础失效概率结合点火概率模型计算各灾害场景的发 生概率。
进一步，所述事故后果模型包括天然气管道泄漏模型、扩散模型、火球模 型、喷射火模型、爆炸模型、闪火模型；所述伤害准则包括热辐射伤害准则、 超压伤害准则。
进一步，根据事故后果模型计算各灾害场景对各类承灾体的影响范围，其 中，伤害准则中不同伤害阈值对承灾体造成的破坏程度不同，按照破坏程度的 不同，对各影响范围进行区域划分，不同区域分配不同的破坏比；根据不同区 域的面积大小、区域内承灾体分布价值密度及区域对应破坏比计算区域内的灾 害损失后果。
进一步，所述灾害评价指标包括人员伤亡、财产损失、衍生生命线工程损 失及其他损失，其他损失包括政府公信力、企业信誉及生态环境的非经济损失 部分。
进一步，生命线工程是维系城镇与区域经济、社会功能的基础设施与工 程系统，主包括交通系统、供排水系统、电力系统及通讯系统
进一步，所述评价矩阵的纵坐标为灾害发生概率的各个级别；所述评价矩 阵横坐标为灾害损失后果的各个级别。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
本发明提供的长输天然气管道衍生灾害评价方法，设计了一种能够定量化 计算灾害发生概率、灾害损失后果，并能对衍生灾害进行综合评价，确定灾害 等级的评价方法，即基于历史失效数据计算管道基础失效概率，结合事件树发 展模型与点火概率模型计算各灾害场景的发生概率，实现了灾害发生概率的定 量化计算；根据事故后果模型与伤害准则，对灾害影响区域进行划分，分区域 计算灾害损失后果，且同时考虑人员、建筑物及生命线在内的多类承灾体，能 够更好的反应灾害对社会的影响程度，实现了灾害损失后果的定量化计算；综 合考虑灾害发生概率与灾害损失后果，建立综合评价矩阵，实现了灾害的综合 评价与等价划分，本发明对于长输天然气管道衍生灾害的综合评价与等级划分 对于管道危险排查、应急预案制定等工作具有指导价值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例1系统构成图。
图2为实施例2步骤示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位 或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的 装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、 组件和/或它们的组合。
正如背景技术所述，针对现有的天然气管道衍生灾害评价方法的不足，本 发明旨在提供一种长输天然气管道衍生灾害评价系统和方法，在分析总结自然 灾害评价、管道风险评价方法的基础上，结合当前行业发展需求，给出长输天 然气管道衍生灾害的定义，并在此基础上，设计一种能够定量化、综合评价灾 害发生概率及灾害后果的长输天然气管道衍生灾害评价方法，现结合附图和具 体实施方式对本发明进一步进行说明。
实施例1
实施例1公开了一种长输天然气管道衍生灾害评价系统，其特征在于，包 括：
获取模块，其用于获取管道的设计参数、运行参数、历史失效数据及管道 周边承灾体的分布数据；
建立模块，其用于根据所述获取模块获取的数据，建立灾害评价矩阵；
修正模块，其用于根据灾害对承灾体破坏程度的不同将影响范围划分为不 同区域，不同区域赋予不同的权值，对灾害评价矩阵进行数据修正；
分析模块，用于根据修正后的灾害评价矩阵，对长输天然气管道衍生灾害 进行分析评价。
可以理解的是，本实施例中的获取模块、建立模块、修正模块和分析模块 均可以采用相应的软件或硬件；本实施例中，使用服务器进行数据的收集和处 理，所述的获取模块、建立模块、修正模块和分析模块均为服务器中的存储的 软件模块。
可以理解的是，现有技术人员根据本实施例的描述构件所述的获取模块、 建立模块、修正模块和分析模块。
实施例2
本实施例公开了一种长输天然气管道衍生灾害评价方法，使用如实施例1 所述的长输天然气管道衍生灾害评价系统，包括以下步骤：
步骤1，服务器收集管道的设计参数、运行参数、历史失效数据及管道周 边承灾体的分布数据；
步骤2，根据历史失效数据确定管道基础失效概率，结合事件树发展模型、 点火概率模型计算各衍生灾害场景的发生概率；
步骤3，根据事故后果模型及伤害准则，确定灾害影响范围并对影响范围 进行区域划分，不同等级的破坏区域赋予不同的破坏比，根据区域面积大小、 区域内承灾体分布情况及其对应的破坏比计算灾害损失后果；
步骤4，构建灾害评价指标体系和评价矩阵，对灾害发生概率与灾害损失 后果进行综合评价，划分衍生灾害等级；
最终，通过步骤1～步骤4，建立完整的评价体系。
步骤1中所述的收集的数据包括：管道设计参数包括管径、壁厚、埋深； 管道运行参数包括气体组分、实际运行压力、温度；承灾体包括人员、建筑物 及公路、铁路类的生命线工程，承灾体分布数据包括前述承灾体在管道周边的 分布数量、价值及与管道的相对位置。
步骤2中，根据管道历史失效频率作为管道基础失效概率，单位为次/(km ·a)；当管道历史失效数据不足时，可使用EGIG、PHMSA等失效数据库所提 供数据确定管道基础失效概率，并根据管道的使用年限、安全管理水平进行修 正。
步骤2中，由事件树发展模型确定天然气管道衍生灾害场景包括：火球、 爆炸、闪火、喷射火。由管道基础失效概率结合点火概率模型计算各灾害场景 的发生概率。
步骤3中，根据事故后果模型计算各灾害场景对各类承灾体的影响范围， 伤害准则中不同伤害阈值对承灾体造成的破坏程度不同，按照破坏程度的不同， 对各影响范围进行区域划分，不同区域分配不同的破坏比。
表1为灾害对人员的伤害分区及伤害比取值情况表。
表1
表2为灾害对建筑物的破坏分区情况及破坏比取值情况表。
表2
表3为灾害对生命线工程的破坏分区情况及破坏比取值情况表。
表3
根据不同区域的面积大小、区域内承灾体分布价值密度及区域对应破坏比 计算区域内的灾害损失后果。
步骤4中，建立长输天然气管道衍生灾害评价矩阵，评价矩阵纵坐标为灾 害发生概率的各个级别：参考挪威管道定量风险评价标准DNV-RP-F107中对 失效概率的划分标准，将灾害发生概率划分为5个级别，从低到高用1～5表示； 评价矩阵横坐标为灾害损失后果的各个级别：参考《生产安全事故报告和调查 处理条例》对安全生产事故的等级划分标准，将灾害损失后果划分为5个等级， 从低到高用A～E表示。综合考虑灾害发生概率及灾害后果，对衍生灾害进行 等级划分，将衍生灾害等级划分为4级。具体分级标准见表4。
天然气管道衍生灾害的各灾害场景均包含在评价计算中，但在确定衍生灾 害等级时，取最严重场景下的评价结果作为最终的评价结果。其具体计算流程 为：由事件树发展模型，计算衍生灾害各场景下的灾害概率，由灾害潜在损失 模型计算各场景下的潜在损失，根据上述矩阵判断各场景对应的灾害等级，取 各灾害场景所对应灾害等级中最高等级作为评价管道的衍生灾害等级。
表4
可以理解的是，本实施例中，事故后果模型包括天然气管道泄漏模型、扩 散模型、火球模型、喷射火模型、爆炸模型、闪火模型；伤害准则包括热辐射 伤害准则、超压伤害准则，所述的天然气管道泄漏模型、扩散模型、火球模型、 喷射火模型、爆炸模型、闪火模型、热辐射伤害准则、超压伤害准则均为本领 域公知常识，在此不再赘述。
可以理解的是，本实施例中，步骤4构建长输天然气管道衍生灾害的评价 指标体系，指标体系包含了衍生灾害后果损失的各方面，但在定量化计算时主 要分析衍生灾害对人员、财产、生命线工程等承灾体的影响，主要指标包括： 人员伤亡、财产损失、衍生生命线工程损失及其他损失，其他损失包括政府公 信力、企业信誉及生态环境的非经济损失部分，可以理解的，本实施例中所涉 及的评价指标体系，其所包含的参数均为本领域技术人员能够理解的参数指标。
人员危害区可分为死亡、重伤及轻伤三个区域。
财产损失主要考虑建筑物等固定资产的损失，包括建筑物自身结构造价和 室内财产价值两部分。
衍生灾害对建筑物的破坏可划分为完全破坏、严重破坏及轻微破坏三个区 域，不同区域内建筑物破坏比不同。
生命线工程指的是维系城镇与区域经济、社会功能的基础设施与工程系统。 主要包括交通系统、供排水系统、电力系统及通讯系统等。
生命线工程损失包括直接经济损失及间接经济损失。生命线工程的直接经 济损失指的是工程结构损失的货币表示。
生命线工程的工程构造与建筑物类似。参照建筑物伤害准则，生命线工程 的破坏可分为五个等级：基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、完全破 坏，相应可划分出五个破坏区域。
间接经济损失指的是生命线工程被破坏所造成货物运输中断、供电供水中 断而导致的间接的社会经济损失。
政府公信力损失、企业声誉损失等难以量化的指标，虽属于衍生灾害后果 的一部分，但不包括在衍生灾害的评价计算之内。
进一步，根据灾害发生概率和灾害损失后果，采用矩阵评价法，将衍生灾 害等级划分为4级，由低到高分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
Claims (10)
1.一种长输天然气管道衍生灾害评价系统，其特征在于，包括：
获取模块，其用于获取管道的设计参数、运行参数、历史失效数据及管道周边承灾体的分布数据；
建立模块，其用于根据所述获取模块获取的数据，建立灾害评价矩阵；
修正模块，其用于根据灾害对承灾体破坏程度的不同将影响范围划分为不同区域，不同区域赋予不同的权值，对灾害评价矩阵进行数据修正；
分析模块，用于根据修正后的灾害评价矩阵，对长输天然气管道衍生灾害进行分析评价。
2.一种长输天然气管道衍生灾害评价方法，使用如权利要求1所述的长输天然气管道衍生灾害评价系统，其特征在于，包括以下步骤：
服务器获取管道的设计参数、运行参数、历史失效数据及管道周边承灾体的分布数据；
根据历史失效数据确定管道基础失效概率，结合事件树发展模型、点火概率模型计算各灾害场景的发生概率；
根据事故后果模型及伤害准则，确定每个灾害场景对各类承灾体的影响范围；
根据灾害对承灾体破坏程度的不同将影响范围划分为不同区域，对不同区域赋予不同的权值作为破坏比；
根据区域面积大小、区域内承灾体分布情况及对应的破坏比计算灾害损失后果；
确定灾害评价指标，构建评价矩阵，对比灾害评价指标和评价矩阵，对衍生灾害进行综合评价，划分衍生灾害等级。
3.如权利要求2所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，服务器获取的管道的设计参数包括管径、壁厚、埋深；管道运行参数包括气体组分、实际运行压力、温度；承灾体包括人员、建筑物及公路、铁路类的生命线工程，承灾体分布数据包括前述承灾体在管道周边的分布数量、价值及与管道的相对位置。
4.如权利要求2所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，当待评价的管道历史失效数据完整且具有统计意义时，通过历史失效频率计算管道基础失效概率；
当待评价的管道历史失效数据不足时，使用通用失效数据库所提供数据确定管道基础失效概率，并根据管道的使用年限、安全管理水平进行修正。
5.如权利要求2所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，由事件树发展模型确定天然气管道衍生灾害场景包括火球、爆炸、闪火、喷射火；通过管道基础失效概率结合点火概率模型计算各灾害场景的发生概率。
6.如权利要求2所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，所述事故后果模型包括天然气管道泄漏模型、扩散模型、火球模型、喷射火模型、爆炸模型、闪火模型；所述伤害准则包括热辐射伤害准则、超压伤害准则。
7.如权利要求2所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，根据事故后果模型计算各灾害场景对各类承灾体的影响范围，其中，伤害准则中不同伤害阈值对承灾体造成的破坏程度不同，按照破坏程度的不同，对各影响范围进行区域划分，不同区域分配不同的破坏比；根据不同区域的面积大小、区域内承灾体分布价值密度及区域对应破坏比计算区域内的灾害损失后果。
8.如权利要求2所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，所述灾害评价指标包括人员伤亡、财产损失、衍生生命线工程损失及其他损失，其他损失包括政府公信力、企业信誉及生态环境的非经济损失部分。
9.如权利要求8所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，生命线工程是维系城镇与区域经济、社会功能的基础设施与工程系统，主包括交通系统、供排水系统、电力系统及通讯系统。
10.如权利要求2所述的长输天然气管道衍生灾害评价方法，其特征在于，所述评价矩阵的纵坐标为灾害发生概率的各个级别；所述评价矩阵横坐标为灾害损失后果的各个级别。
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