CN112529265B - 一种燃气管线综合风险评估、预测方法及系统 - Google Patents

一种燃气管线综合风险评估、预测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃气管线综合风险评估、预测方法及系统，包括划分评估区域；获取待评估燃气管段信息进行突发事件危险性评估、承灾体评估、应急能力评估，然后综合计算得到待评估燃气管段风险值，最后基于评估模型，根据预测期内可预知的评估因子的变化，代入风险评估各模块重新计算，进而得到区域燃气管段风险预测值。本发明基于公共安全科技“三角形”理论，从突发事件危险性、承灾体脆弱性和防灾减灾应急能力等三个方面进行综合评估，在假定应急救援力量相对充沛且应急制度完善、应急人员素质较强的情况下，应急救灾能力可由应急救援车辆到达现场时间与事故恢复能力表征的基础上，对燃气管段综合风险进行评估，进而判定其风险等级。

Description

一种燃气管线综合风险评估、预测方法及系统
技术领域
本发明涉及燃气管线监测技术领域，具体来说是一种燃气管线综合风险评估、预测方法及系统。
背景技术
城市燃气管线在遭受内外界不确定因素扰动后，管道失效泄漏发生爆炸，会对周边人群、建筑造成严重影响。燃气突发事件往往呈现连锁性、复杂性和放大性的特点，容易引发次生、衍生灾害。燃气公司、政府部门应急抢险是否及时、可靠性将决定突发事件会不会发生以及发生程度。因此，本发明提出一种燃气管线综合风险评估、预测的方法及系统，该方法基于公共安全科技“三角形”框架，综合考虑突发事件危险性、承灾体脆弱性、防灾减灾应急能力等因素，通过简化应急能力评估指标，实现对燃气突发事件的科学评估。燃气相关突发事件可描述为燃气管线系统存在不稳定性，在面临内外界特定扰动后，燃气管线泄漏。当不被限制的爆炸能量作用于人群、建筑后，突发事件演变为灾害。燃气突发事件往往呈现连锁性、复杂性和放大性的特点，容易引发次生、衍生灾害。燃气公司与政府部门应急抢险是否及时、可靠性将决定突发事件会不会发生以及发生程度。此外，燃气管道系统风险并不是一成不变的，天气、燃气管道周边人员密集程度、相关政府政策的变化都会对燃气管道的风险评估结果产生影响。因此有必要对燃气管线风险进行综合评估，同时也有必要对燃气管道综合风险的变化趋势进行预测。
1.《城市燃气管网风险评估方法研究》韩朱旸，该方法以城市燃气管网的风险为研究对象，从定性和定量两个角度研究对燃气管网进行风险评估的方法。在定性评价方面，根据燃气管网事故的历史数据和燃气管网周边设施、环境数据，形成由管网脆弱性指标、事故诱因指标、事故后果指标以及各指标的权重共同组成的风险评估指标体系，综合性地描述了燃气管网事故发生的可能性和后果严重程度。在定量风险评估方面，基于事故可能性分析、后果分析和风险评估三个环节，提出一种可用于城市燃气管网定量风险评估的一般性思路。该方法的缺点是未考虑应急救援工作在燃气突发事件中的作用，可能会造成评估结果不准确，不能很好地反映实际燃气突发事件的风险情况，也不利于燃气管网风险事件的识别、分级以及未来风险变化的预测
2.《基于管道单元识别的城镇燃气管网失效及风险管理研究》马鑫龙，该方法首先调查了国内外燃气管道典型事故案例，整理并分类失效案例数据，建立燃气管道失效数据库；其次调查燃气管道的周边社会环境、人员活动、自然环境等因素，提出燃气管道危害因素的识别与分类方法，形成各种失效因素导致管道失效的基本概率，量化各类影响因素对燃气管道失效概率的影响；然后在管道危害因素分类、失效概率分析以及事故后果评价的基础上，考虑各相关因素的影响以及现行的技术标准，建立燃气管道风险评价的指标体系。该方法的缺点是在构建燃气管道风险评估体系时，未将应急能力等指标纳入到燃气管网综合风险评价体系中，也未考虑相关承灾体因素变化是否会对燃气管道综合风险评估产生影响，使得该评价方法具有一定的局限性。
目前关于燃气管线的综合风险评估方法虽然都提出了管网脆弱性、事故诱因以及事故后果等指标，但由于较少考虑燃气突发事件应急能力这一因素的影响，使得燃气管线风险评估结果实用性偏低，不利于对城市燃气管线突发事件的风险管控。目前，大多数文献资料中关于燃气管线的综合风险评估，基本上都较少考虑应急救援指标对于燃气突发事件的影响，少数燃气风险评估方法虽然也纳入了应急能力这一因素，但多侧重于定性评估，而且衡量指标较难获取。此外，承灾体相关因子，如天气、管道周边人员密集程度、政府相关政策等，都是在不断发生变化的，相应也会影响燃气管道的综合风险评估值，但在现有研究中，很少有学者会对燃气管道的综合风险变化情况进行评估、预测，这使得获得的燃气管道风险评估结果具有一定的局限性，也不利于燃气突发事件的风险管控与处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种更加科学有效的燃气管线综合风险评估、预测的方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种燃气管线综合风险评估、预测方法，包括以下步骤：
S01.划分评估区域，根据管道风险管理规范，将燃气管分段，每段燃气管段对应指标至少包括人口密度、土壤状况、包裹层状况、管道服役年限；
S02.获取待评估燃气管段信息；
S03.根据待评估燃气管段信息进行突发事件危险性评估、承灾体评估、应急能力评估，得到三项评估得分；其中，所述突发事件危险性评估H包括修正后管道失效可能性评估H1′及致灾强度评估H2两项，
Figure BDA0002804124350000031
其中，φ、ψ分别为对应的权重；
承灾体评估值V由下式计算
V＝V1u1+V2u2+V3u3
其中，V1、V2、V3分别表示生命类承灾体、物质类承灾体、社会经济类承灾体的评分估值；u1，u2，u3分别为各自对应权重；
应急能力评估值C由下式计算
C＝C1v1+C2v2+C3v3
其中，v1、v2、v3分别为工程抢险队伍C1、消防C2、医疗C3的对应权重系数；
S04.将三项评估得分进行综合计算，得到待评估燃气管段风险评估值R，
R＝10HαVβ(10-C)γ
式中，α、β、γ分别表示燃气管段泄漏事件危险性、影响承灾体脆弱性及应急能力指标的权重系数；
S05.评估区域燃气管线风险值Rre，具体为：对该区域内燃气管段风险评估值R进行排序R1＞R2＞R3...＞Rj＞...＞Rk＞Rk+1，取该区域内燃气管段风险评估值R排名前设定比例Rj至Rk的燃气管段风险值求平均，即区域燃气管线风险平均值Rre表示为
Figure BDA0002804124350000032
S06.区域燃气管线风险预测值R'domain的计算：区域燃气管线风险预测值考虑该区域燃气管线固有风险ax，计算方式为
ax＝L/A
其中L为该区域内燃气管线长度，A为该区域面积；
R'domain＝(a'x)m(R’re)n(f')o
a'x＝10ax/Max(ax)
R're＝Rre/10
f'＝10-f
m+n+o＝1
其中a'x为区域燃气管线固有风险标准化分值，R’re为区域燃气管线风险值标准化分值，f为该区域政策干预度，f'为该区域政策干预度标准化分值，Max(ax)指与该区域同级的区域ax计算得到的最大值，m，n，o分别为a'x，R’re，f'对应权重。
本发明基于公共安全科技“三角形”理论，从突发事件危险性、承灾体脆弱性和防灾减灾应急能力等三个方面进行综合评估，在假定应急救援力量相对充沛且应急制度完善、应急人员素质较强的情况下，应急救灾能力可由应急救援车辆到达现场时间与事故恢复能力表征的基础上，对燃气管线综合风险进行评估，进而判定其风险等级，同时基于风险评估模型对管道风险、区域风险对预测。根据预测期内管段失效可能性评估因子可获取的变化信息，如气象、施工进度、管龄变化等带入失效可能性评估程序，即可获取管段失效可能性预测值。相同的，根据承灾体评估因子可获取的变化信息，如预测期内存在重大会议、赛事、人员聚集等信息，根据既往相同级别活动人口密度，带入承灾体评估程序，即可获取承灾体预测值。即根据预测期内可预知的评估因子的变化，代入风险评估各模块重新计算，实现燃气管线综合风险的预测。该方法形成了一种相对有效的燃气管线综合风险评估、预测的方法及系统，可以为城市燃气管网安全管理提供数据支持，为建立预测预警系统和防灾减灾机制提供依据。
本发明的优点在于：
本发明中在计算燃气管段失效可能性时，运用定量、半定量、定性指标的评估方法，可以有效提高评估的准确性。
本发明基于公共安全科技“三角形”理论，从突发事件危险性、承灾体脆弱性和防灾减灾应急能力等三个方面进行综合评估，在假定应急救援力量相对充沛且应急制度完善、应急人员素质较强的情况下，应急救灾能力可由应急救援车辆到达现场时间与事故恢复能力表征的基础上，对燃气管网综合风险进行评估，进而判定其风险等级。同时基于风险评估模型对管道风险、区域风险对预测。根据预测期内管段失效可能性评估因子可获取的变化信息，如气象、施工进度、管龄变化等带入失效可能性评估程序，即可获取管段失效可能性预测值。相同的，根据承灾体评估因子可获取的变化信息，如预测期内存在重大会议、赛事、人员聚集等信息，根据既往相同级别活动人口密度，带入承灾体评估程序，即可获取承灾体预测值。即根据预测期内可预知的评估因子的变化，代入风险评估各模块重新计算，实现风险的预测。该方法形成了一种相对有效的燃气管线综合风险评估、预测的方法及系统，可以为城市燃气管网安全管理提供数据支持，为建立预测预警系统和防灾减灾机制提供依据。
附图说明
图1为本发明实施例中方法的整体流程框图。
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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种燃气管线综合风险评估、预测方法，如图1所示，具体算法步骤为：
步骤一，划分评估区域，
根据管道风险管理手册，评估对象划分主要考虑人口密度、土壤状况、包裹层状况、管道使用年限等四个指标。对于一段燃气管段，其长度在50m左右，上述指标不会有较大变化，因此本方法以燃气管段为评估对象。
步骤二，评估突发事件危险性，
突发事件危险性评估H包括修正后管道失效可能性评估H’1及致灾强度评估H2两项。
Figure BDA0002804124350000061
其中，
Figure BDA0002804124350000064
ψ分别为对应的权重，可以根据专家打分法获取。
(1)管道失效可能性评估H1
失效可能性评估有许多方法，但无论采用什么方法都需要可靠的数据来源，其中最为关键的数据为历史失效记录数据。在不具备评估区域的真实燃气管网事故历史数据时，可以根据临近区域的燃气管网事故历史数据或者国外的PHMSA、EGIG等油气管道数据库管网事故历史数据进行估算。
表1管道基本失效概率表
Figure BDA0002804124350000062
为了减少评价过程中的主观性，对修正因子指标进行了尽可能多的量化。考虑到量化修正因子的难度不同，修正因子指标分为定量指标(见表2)、半定量指标(见表3)和定性指标(见表4)三大类。根据相关文献，各项指标权重可以采用专家打分法进行确定。
对于定量指标，需要大量的统计数据来提供相关的结果。本方法利用EGIG数据库构建定量指标体系。该数据库表明，燃气管道的故障频率取决于管道的基本特征参数，如管道直径、壁厚、覆盖层深度。每个定量指标对应一个基本特征参数。虽然EGIG的数据库事故仅限于欧洲，但故障频率与管道基本参数之间的一般关系也适用于统计数据不够详细的世界其他地区的管道系统。定量指标各项得分取值范围为[1，10]。通过插值法获取每项最终得分，即
Figure BDA0002804124350000063
其中Q为该项最终得分，fm(x)max为第m项函数计算得全市燃气管段该项相最大值，fm(x)min为第m个函数计算得全市燃气管段该项最小值。相关函数见表2。
半定量指标包括土壤腐蚀速率、阴极保护电位、防腐层最大衰减率、杂散电流干扰、管道安全系数、系统安全系数等。相关指标选取及分级参照现行标准及相关文献。对于定性指标，由于没有确切数据作为支撑不能量化，相关指标选取及分级参照了相关文献。半定量指标和定性指标各等级对应不同分值，其中“Ⅰ”对应“1”，“Ⅱ”对应“3”，“Ⅲ”对应“5”，“Ⅳ”对应“7”，“Ⅴ”对应“10”。
对于聚乙烯管道，其失效原因主要为失效原因包括第三方破坏、焊接质量、管材等问题。因此本模型定量、半定量、定性评估均不考虑腐蚀对聚乙烯管的影响。
待评估管段失效可能性由下式计算
H1＝∑Qkiwkiwk (3)
式中H1为待评估管段失效可能性。Qki为第k项一级指标的第i项二级指标得分，wki为该指标对应权重，wk为二级指标对应一级指标权重。值得注意的是：针对于不同城市，应根据实际情况对权重进行取值，若其中某些指标若实际无法获取，则将该项权重等比分配到该一级指标对应可获取数据二级指标上。
此外，若管线周边12.5m范围内有光纤监测、可燃气体监测设备等监测手段报警时，管线的失效可能性增加，则其失效概率可表示为
Figure BDA0002804124350000071
其中H’1为修正后失效可能性表征值，l为管段长度，n为报警监测设备数量。当H’1大于10时，H’1取10。
表2定量指标
Figure BDA0002804124350000072
表3半定量指标
Figure BDA0002804124350000081
Figure BDA0002804124350000091
表4定性指标
Figure BDA0002804124350000092
Figure BDA0002804124350000101
(2)致灾强度评估H2
燃气泄漏致灾模式包括中毒、喷射火、蒸气云燃烧、蒸气云爆炸、地下空间爆炸等。其中中毒、喷射火、蒸气云燃烧、蒸气云爆炸与泄漏量、点火概率有关，地下空间爆炸和燃气管线与地下空间最短距离、地下空间尺寸等有关。不同致灾模式对应不同承灾体。在本模型中，为了简化未对致灾模式进行细分。
依据ASME B31.8S-2001标准，天然气管道潜在影响半径可按下式计算：
Figure BDA0002804124350000102
式中：ri为受影响区域半径，m；d为管道外径，mm；p为管段最大允许操作压力，Pa。
H2取值范围为[1，10]。通过插值法获取每项最终得分，即
Figure BDA0002804124350000103
rmax为全市燃气管段影响半径较大值，rmin为全市燃气管段影响半径最小值。
步骤三，评估承灾体脆弱性
承灾体评估值V由下式计算
V＝V1u1+V2u2+V3u3 (7)
其中，V1、V2、V3分别表示生命类承灾体、物质类承灾体、社会经济类承灾体的评分估值；u1，u2，u3分别为各自对应权重，由专家打分法获得。
(1)生命类承灾体评估V1
人口密度指燃气管网周围地区单位面积的人口数量。燃气管网周围区域人口越密集，燃气管网失效造成的人员伤亡越严重，取人口密度为本项评估值。
表5人口密度分级标准
Figure BDA0002804124350000111
(2)物质类承灾体评估V2
承灾体评估值V2由下式计算
V2＝V21u21+V22u22 (8)
其中，V21、V22分别为受影响重要设施、受影响危险源的评分估值，对应权重分别为u21，u22，可由专家打分法获得。
1)受影响重要设施V21
受影响重要设施指燃气管网周围地区大型高成本建筑或经济设施，如银行、商业区、火车站、汽车站、集市、重要用气单位等。在风险评估的过程中，可以根据燃气管段影响范围内周围重要设施的数量对受影响重要设施进行评估，考虑到事件发生人员疏散与警戒对重要设施体的影响，受影响重要设施以4倍泄漏影响半径检索。以单位管线长度影响重要设施数量对应等级获取该项得分。
重要设施受影响密度计算公式如下式
Figure BDA0002804124350000112
其中NE为待评估燃气管段影响范围内受影响重要设施数量。E_D为重要设施受影响密度的评分估值，分级标准如下表所示。
表6受影响重要设施密度分级标准
Figure BDA0002804124350000113
Figure BDA0002804124350000121
2)受影响危险源V22
由于燃气突发事件往往呈现连锁性、复杂性和放大性的特点,容易引发次生、衍生灾害，通过分析受影响危险源数量，来间接评估次生灾害对承灾体影响。地上危险源类型包括加气站、加油站、危险化学品生产企业、污染源、烟花爆竹经营单位、贮罐区等。考虑到事件发生人员疏散与警戒对受影响危险源的影响，受影响危险源以4倍泄漏影响半径检索。以单位管线长度影响地上危险源数量对应等级获取该项得分。此外，由于燃气泄漏后易扩散至相邻地下空间，危险源还需考虑处于天然气管道12.5m范围内检查井数量及雨污水、电力、暗渠管线(管段)等连通管段数量。
因此受影响危险源密度计算公式为：
Figure BDA0002804124350000122
其中，NHi为待评估燃气管段影响范围内的危险源数量、检查井数量、连通管段数量。Hi_D为地上危险源密度、检查井密度、连通管段密度的评分估值，分级标准如下表所示。
表7受影响危险源密度分级标准
Figure BDA0002804124350000123
因此，评估受影响危险源的计算公式如下：
Figure BDA0002804124350000124
式中，V22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的评估分值；u22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的权重系数，可由专家打分法获得。
(3)社会经济类承灾体评估V3
社会经济类承灾体主要考虑敏感地点及敏感人群描述取值见下表。根据待评估管段50m范围内是否存在敏感地点与敏感人群，结合表8获取本项评估值。
表8敏感地点及敏感人群
Figure BDA0002804124350000131
步骤四，评估应急能力；
对于同一城市燃气公司、政府、应急服务部门并不会有太大区别。在假定应急救援力量相对充沛且应急制度完善、应急人员素质较强的情况下，应急救灾能力可由应急救援车辆到达现场时间与事故恢复能力表征。
在此以待评估燃气管线距最近燃气抢修所、应急救援单位、二级及以上医疗机构的距离，来表征工程抢险队伍(C1)及消防(C2)、医疗(C3)等应急反应能力。以燃气单位抢修能力为例，其计算方式为
Figure BDA0002804124350000132
其中di为应急处置单位距待评估燃气管段距离，km；η为修正系数，一般取4。C2、C3计算方式与之相同。值得注意的是，不同的城市在应急能力建设方面也存在明显的差异，在实际应用时，要根据待评估城市的实际情况，修正上式来确保评估的合理性。
应急能力评估值由下式计算
C＝C1v1+C2v2+C3v3 (13)
其中，v1、v2、v3分别为工程抢险队伍(C1)、消防(C2)、医疗(C3)的对应权重系数，可由专家打分法获取。
步骤五：计算燃气管段风险：
燃气管段风险值计算方法见下式：
R＝10HαVβ(10-C)γ (14)
式中，α、β、γ分别表示燃气管段泄漏事件危险性、影响承灾体脆弱性及应急能力指标权重系数，根据相关文献，可由专家打分法获得。
步骤六：划分燃气管道风险等级；
根据ALARP法则对风险可容忍程度的描述，参照GB/T 27921-2011《风险管理风险评估技术》标准，根据风险是否可接受，设定统一的风险等级判定标准限值。各类突发事件应统一按照阈值(0，100]输出风险评估分值，并根据风险是否可以接受，从大至小依次划分为重大风险、较大风险、一般风险、低风险四个等级，分别用红、橙、黄、蓝四种颜色进行表示，并确定各级风险阈值。
表9风险等级划分标准
风险等级 程度 风险颜色 分值(R_～)
I级 重大风险 红色 R≥80
II级 较大风险 橙色 60≤R<80
III级 一般风险 黄色 40≤R<60
IV级 低风险 蓝色 R<40
步骤七，计算区域燃气管线风险值Rre
根据燃气管道评估风险值，可计算区域燃气管线风险值，此处的区域指市、区、县、街道等行政区划。
区域燃气管线风险计算方式为对该行政区域内燃气管段风险值由大到小进行排序，R1＞R2＞R3...＞Rj...＞Rk＞Rk+1。取区域内燃气管段风险值排名前10％-50％段Rj至Rk的燃气管段风险值求平均，即区域燃气管线风险值Rre表示为
Figure BDA0002804124350000141
步骤八，计算区域燃气管线风险预测值R'domain
区域燃气管线风险预测考虑区域燃气管线固有风险ax计算方式为
ax＝L/A
其中L为区域内燃气管线长度，A为区域面积；
R'domain＝(a'x)m(R’re)n(f')o
a'x＝10ax/Max(ax)
R're＝Rre/10
f'＝10-f
m+n+o＝1
其中a'x为区域燃气管线固有风险标准化分值，R’re为区域燃气管线风险值标准化分值，f为该区域政策干预度，f'为该区域政策干预度标准化分值，Max(ax)指与该区域同级的区域ax计算得到的最大值，m，n，o分别为a'x，R’re，f'对应权重，由专家打分法获得。
其中f的计算方式如下
政策干预度指相关涉及安全生产的相关政策发布对事故的影响，这种影响一般是积极的，在宏观上可有效避免相关事故的发生。相关政策/行为包括各级别重要安全生产工作会议、安全生产重大检查、涉及燃气的安全生产专项整治或治理、涉及燃气的各级党和政府领导讲话或批示、对燃气重大事故责任人员的处理、燃气相关法律法规规章制度的颁布等。本专利提供两种政策干预度的计算方式。
法一：
f＝P∑Gi(n,ti)
其中P为本年度主管机构变动调整参数，若主管机构加强，则P＝1，若主管机构减弱,则P＝0.5；i为本年度存在的排序为i的政策；
Gi为本年度存在的排序为i的政策措施与事故减少率之间的关系；Gi的大小随时间变化，因此采用Gi(n，ti)描述政策干扰度强度随时间的变化关系。该函数根据既往待评估区域某类政策/行为颁布实施时间与各类事故发生次数分析而得，并进行标准化，范围为[0,3]。当计算f≥9时，f取9。
法二：政策干预度考虑年内安全生产相关政策对于安全生产工作综合干预的强度，对于年度内各项政策的效力进行算术累加。
f＝P∑Zi
Z为政策/行为对应影响分值，根据政策/行为类别由专家打分法获得，取值范围为[1,3]。Zi为自本年起第i项政策/行为对应分值。当计算f≥9时，f取9。
本实施例提供综合风险评估、预测方法，基于公共安全科技“三角形”理论，从突发事件危险性、承灾体脆弱性和防灾减灾应急能力三个方面进行综合评估，从而得出比较合理的燃气管线综合风险评估等级标准；同时基于风险评估模型对管道风险、区域风险预测。根据预测期内管段失效可能性评估因子可获取的变化信息，如气象、施工进度、管龄变化等带入失效可能性评估程序，即可获取管段失效可能性预测值。相同的，根据承灾体评估因子可获取的变化信息，如预测期内存在重大会议、赛事、人员聚集等信息，根据既往相同级别活动人口密度，带入承灾体评估模型，即可获取承灾体预测值。即根据预测期内可预知的评估因子的变化，代入风险评估各模块重新计算，实现燃气管线综合风险的预测。最终形成了一种相对有效的燃气管线综合风险评估、预测的方法及系统。
相对应的，本实施例还提供一种综合风险评估、预测系统，包括
评估区域模块
根据管道风险管理手册，评估对象划分主要考虑人口密度、土壤状况、包裹层状况、管道使用年限等四个指标。对于一段燃气管段，其长度在50m左右，上述指标不会有较大变化，因此本方法以燃气管段为评估对象。
评估计算模块，其中具体执行以下三方面评估：
评估突发事件危险性
突发事件危险性评估H包括修正后管道失效可能性评估H’1及致灾强度评估H2两项。
Figure BDA0002804124350000161
其中，
Figure BDA0002804124350000162
ψ分别为对应的权重，可以根据专家打分法获取。
(1)管道失效可能性评估H1
失效可能性评估有许多方法，但无论采用什么方法都需要可靠的数据来源，其中最为关键的数据为历史失效记录数据。在不具备评估区域的真实燃气管网事故历史数据时，可以根据临近区域的燃气管网事故历史数据或者国外的PHMSA、EGIG等油气管道数据库管网事故历史数据进行估算。
表10管道基本失效概率表
Figure BDA0002804124350000171
为了减少评价过程中的主观性，对修正因子指标进行了尽可能多的量化。考虑到量化修正因子的难度不同，修正因子指标分为定量指标(见表2)、半定量指标(见表3)和定性指标(见表4)三大类。根据相关文献，各项指标权重可以采用专家打分法进行确定。
对于定量指标，需要大量的统计数据来提供相关的结果。本方法利用EGIG数据库构建定量指标体系。该数据库表明，燃气管道的故障频率取决于管道的基本特征参数，如管道直径、壁厚、覆盖层深度。每个定量指标对应一个基本特征参数。虽然EGIG的数据库事故仅限于欧洲，但故障频率与管道基本参数之间的一般关系也适用于统计数据不够详细的世界其他地区的管道系统。定量指标各项得分取值范围为[1，10]。通过插值法获取每项最终得分，即
Figure BDA0002804124350000172
其中Q为该项最终得分，fm(x)max为第m项函数计算得全市燃气管段该项相最大值，fm(x)min为第m个函数计算得全市燃气管段该项最小值。相关函数见表2。
半定量指标包括土壤腐蚀速率、阴极保护电位、防腐层最大衰减率、杂散电流干扰、管道安全系数、系统安全系数等。相关指标选取及分级参照现行标准及相关文献。对于定性指标，由于没有确切数据作为支撑不能量化，相关指标选取及分级参照了相关文献。半定量指标和定性指标各等级对应不同分值，其中“Ⅰ”对应“1”，“Ⅱ”对应“3”，“Ⅲ”对应“5”，“Ⅳ”对应“7”，“Ⅴ”对应“10”。
对于聚乙烯管道，其失效原因主要为失效原因包括第三方破坏、焊接质量、管材等问题。因此本模型定量、半定量、定性评估均不考虑腐蚀对聚乙烯管的影响。
待评估管段失效可能性由下式计算
H1＝∑Qkiwkiwk (17)
式中H1为待评估管段失效可能性。Qki为第k项一级指标的第i项二级指标得分，wki为该指标对应权重，wk为二级指标对应一级指标权重。值得注意的是：针对于不同城市，应根据实际情况对权重进行取值，若其中某些指标若实际无法获取，则将该项权重等比分配到该一级指标对应可获取数据二级指标上。
此外，若管线周边12.5m范围内有光纤监测、可燃气体监测设备等监测手段报警时，管线的失效可能性增加，则其失效概率可表示为
Figure BDA0002804124350000181
其中H’1为修正后失效可能性表征值，l为管段长度，n为报警监测设备数量。当H’1大于10时，H’1取10。
表11定量指标
Figure BDA0002804124350000182
表12半定量指标
Figure BDA0002804124350000183
Figure BDA0002804124350000191
Figure BDA0002804124350000201
表13定性指标
Figure BDA0002804124350000202
Figure BDA0002804124350000211
(2)致灾强度评估H2
燃气泄漏致灾模式包括中毒、喷射火、蒸气云燃烧、蒸气云爆炸、地下空间爆炸等。其中中毒、喷射火、蒸气云燃烧、蒸气云爆炸与泄漏量、点火概率有关，地下空间爆炸和燃气管线与地下空间最短距离、地下空间尺寸等有关。不同致灾模式对应不同承灾体。在本模型中，为了简化未对致灾模式进行细分。
依据ASME B31.8S-2001标准，天然气管道潜在影响半径可按下式计算：
Figure BDA0002804124350000212
式中：ri为受影响区域半径，m；d为管道外径，mm；p为管段最大允许操作压力，Pa。
H2取值范围为[1，10]。通过插值法获取每项最终得分，即
Figure BDA0002804124350000221
rmax为全市燃气管段影响半径较大值，rmin为全市燃气管段影响半径最小值。
评估承灾体脆弱性
承灾体评估值V由下式计算
V＝V1u1+V2u2+V3u3 (21)
其中，V1、V2、V3分别表示生命类承灾体、物质类承灾体、社会经济类承灾体的评分估值；u1，u2，u3分别为各自对应权重，由专家打分法获得。
(1)生命类承灾体评估V1
人口密度指燃气管网周围地区单位面积的人口数量。燃气管网周围区域人口越密集，燃气管网失效造成的人员伤亡越严重，取人口密度为本项评估值。
表14人口密度分级标准
Figure BDA0002804124350000222
(2)物质类承灾体评估V2
承灾体评估值V2由下式计算
V2＝V21u21+V22u22 (22)
其中，V21、V22分别为受影响重要设施、受影响危险源的评分估值，对应权重分别为u21，u22，可由专家打分法获得。
1)受影响重要设施V21
受影响重要设施指燃气管网周围地区大型高成本建筑或经济设施，如银行、商业区、火车站、汽车站、集市、重要用气单位等。在风险评估的过程中，可以根据燃气管段影响范围内周围重要设施的数量对受影响重要设施进行评估，考虑到事件发生人员疏散与警戒对重要设施体的影响，受影响重要设施以4倍泄漏影响半径检索。以单位管线长度影响重要设施数量对应等级获取该项得分。
重要设施受影响密度计算公式如下式
Figure BDA0002804124350000231
其中NE为待评估燃气管段影响范围内受影响重要设施数量。E_D为重要设施受影响密度的评分估值，分级标准如下表所示。
表15受影响重要设施密度分级标准
Figure BDA0002804124350000232
2)受影响危险源V22
由于燃气突发事件往往呈现连锁性、复杂性和放大性的特点,容易引发次生、衍生灾害，通过分析受影响危险源数量，来间接评估次生灾害对承灾体影响。地上危险源类型包括加气站、加油站、危险化学品生产企业、污染源、烟花爆竹经营单位、贮罐区等。考虑到事件发生人员疏散与警戒对受影响危险源的影响，受影响危险源以4倍泄漏影响半径检索。以单位管线长度影响地上危险源数量对应等级获取该项得分。此外，由于燃气泄漏后易扩散至相邻地下空间，危险源还需考虑处于天然气管道12.5m范围内检查井数量及雨污水、电力、暗渠管线(管段)等连通管段数量。
因此受影响危险源密度计算公式为：
Figure BDA0002804124350000233
其中，NHi为待评估燃气管段影响范围内的危险源数量、检查井数量、连通管段数量。Hi_D为地上危险源密度、检查井密度、连通管段密度的评分估值，分级标准如下表所示。
表16受影响危险源密度分级标准
Figure BDA0002804124350000241
因此，评估受影响危险源的计算公式如下：
Figure BDA0002804124350000242
式中，V22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的评估分值；u22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的权重系数，可由专家打分法获得。
(3)社会经济类承灾体评估V3
社会经济类承灾体主要考虑敏感地点及敏感人群描述取值见下表。根据待评估管段50m范围内是否存在敏感地点与敏感人群，结合表8获取本项评估值。
表17敏感地点及敏感人群
Figure BDA0002804124350000243
评估应急能力；
对于同一城市燃气公司、政府、应急服务部门并不会有太大区别。在假定应急救援力量相对充沛且应急制度完善、应急人员素质较强的情况下，应急救灾能力可由应急救援车辆到达现场时间与事故恢复能力表征。
在此以待评估燃气管线距最近燃气抢修所、应急救援单位、二级及以上医疗机构的距离，来表征工程抢险队伍(C1)及消防(C2)、医疗(C3)等应急反应能力。以燃气单位抢修能力为例，其计算方式为
Figure BDA0002804124350000251
其中di为应急处置单位距待评估燃气管段距离，km；η为修正系数，一般取4。C2、C3计算方式与之相同。值得注意的是，不同的城市在应急能力建设方面也存在明显的差异，在实际应用时，要根据待评估城市的实际情况，修正上式来确保评估的合理性。
应急能力评估值由下式计算
C＝C1v1+C2v2+C3v3 (27)
其中，v1、v2、v3分别为工程抢险队伍(C1)、消防(C2)、医疗(C3)的对应权重系数，可由专家打分法获取。
燃气管段风险值计算模块
燃气管段风险值计算方法见下式
R＝10HαVβ(10-C)γ (28)
式中，α、β、γ分别表示燃气管段泄漏事件危险性、影响承灾体脆弱性及应急能力指标权重系数，根据相关文献，可由专家打分法获得。
燃气管段风险等级计算模块，划分燃气管道风险等级；
根据ALARP法则对风险可容忍程度的描述，参照GB/T 27921-2011《风险管理风险评估技术》标准，根据风险是否可接受，设定统一的风险等级判定标准限值。各类突发事件应统一按照阈值(0，100]输出风险评估分值，并根据风险是否可以接受，从大至小依次划分为重大风险、较大风险、一般风险、低风险四个等级，分别用红、橙、黄、蓝四种颜色进行表示，并确定各级风险阈值。
对于各个风险等级，还应该将其风险色划分为深浅两级，并对应相应风险阈值。社区、街道、区、市燃气管线风险等级划分与管段风险一致。
表18风险等级划分标准
风险等级 程度 风险颜色 分值(R_～)
I级 重大风险 红色 R≥80
II级 较大风险 橙色 60≤R<80
III级 一般风险 黄色 40≤R<60
IV级 低风险 蓝色 R<40
区域燃气管线风险值计算模块，
根据燃气管道评估风险值，可计算区域燃气管线风险值，此处的区域指市、区、县、街道等行政区划。
区域燃气管线风险计算方式为对该行政区域内燃气管段风险值由大到小进行排序，R1＞R2＞R3...＞Rj＞...＞Rk＞Rk+1。取区域内燃气管段风险值排名前10％-50％段Rj至Rk的燃气管段风险值求平均，即区域燃气管线风险值Rre表示为
Figure BDA0002804124350000261
区域燃气管线风险预测值计算模块，
区域燃气管线风险预测值需要考虑区域燃气管线固有风险ax，计算方式为
ax＝L/A (306)
其中L为区域内燃气管线长度，A为区域面积；
R'domain＝(a'x)m(R’re)n(f')o (317)
a'x＝10ax/Max(ax) (328)
R're＝Rre/10 (339)
f'＝10-f (20)
m+n+o＝1 (21)
其中a'x为区域燃气管线固有风险标准化分值，R're为区域燃气管线风险值标准化分值，f为该区域政策干预度，f'为该区域政策干预度标准化分值，Max(ax)指与该区域同级的区域ax计算得到的最大值，m，n，o分别为a'x，R're，f'对应权重，由专家打分法获得。
其中f的计算方式如下
政策干预度指相关涉及安全生产的相关政策发布对事故的影响，这种影响一般是积极的，在宏观上可有效避免相关事故的发生。相关政策/行为包括各级别重要安全生产工作会议、安全生产重大检查、涉及燃气的安全生产专项整治或治理、涉及燃气的各级党和政府领导讲话或批示、对燃气重大事故责任人员的处理、燃气相关法律法规规章制度的颁布等。本专利提供两种政策干预度的计算方式。
法一：
f＝P∑Gi(n,ti) (22)
其中P为本年度主管机构变动调整参数，若主管机构加强，则P＝1，若主管机构减弱,则P＝0.5；i为本年度存在的排序为i的政策；
Gi为本年度存在的排序为i的政策措施与事故减少率之间的关系；Gi的大小随时间变化，因此采用Gi(n，ti)描述政策干扰度强度随时间的变化关系。该函数根据既往待评估区域某类政策/行为颁布实施时间与各类事故发生次数分析而得，并进行标准化，范围为[0,3]。当计算f≥9时，f取9。
法二：政策干预度考虑年内安全生产相关政策对于安全生产工作综合干预的强度，对于年度内各项政策的效力进行算术累加。
f＝P∑Zi (34)
Z为政策/行为对应影响分值，根据政策/行为类别由专家打分法获得，取值范围为[1,3]。Zi为自本年起第i项政策/行为对应分值。当计算f≥9时，f取9。
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 (6)

1.一种燃气管线综合风险评估、预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01.划分评估区域，根据管道风险管理规范，将燃气管分段，每段燃气管段对应指标至少包括人口密度、土壤状况、包裹层状况、管道服役年限；
S02.获取待评估燃气管段信息；
S03.根据待评估燃气管段信息进行突发事件危险性评估、承灾体评估、应急能力评估，得到三项评估得分；其中，所述突发事件危险性评估H包括修正后管道失效可能性评估H′1及致灾强度评估H2两项，
Figure FDA0003254893290000011
其中，
Figure FDA0003254893290000012
ψ分别为对应的权重；
承灾体评估值V由下式计算
V＝V1u1+V2u2+V3u3
其中，V1、V2、V3分别表示生命类承灾体、物质类承灾体、社会经济类承灾体的评分估值；u1，u2，u3分别为各自对应权重；
应急能力评估值C由下式计算
C＝C1v1+C2v2+C3v3
其中，v1、v2、v3分别为工程抢险队伍C1、消防C2、医疗C3的对应权重系数；
S04.将三项评估得分进行综合计算，得到待评估燃气管段风险值R，
R＝10HαVβ(10-C)γ
式中，α、β、γ分别表示燃气管段泄漏事件危险性、影响承灾体脆弱性及应急能力指标权重系数；
S05.评估区域燃气管线风险值Rre，具体为：对该区域内燃气管段风险值R进行排序R1＞R2＞R3...＞Rj＞...＞Rk＞Rk+1，取该区域内燃气管段风险值R排名前设定比例Rj至Rk的燃气管段风险值求平均，即区域燃气管线风险平均值Rre表示为
Figure FDA0003254893290000013
S06.区域燃气管线风险预测值R′domain的计算：区域燃气管线风险预测值考虑该区域燃气管线固有风险ax，计算方式为
ax＝L/A
其中L为该区域内燃气管线长度，A为该区域面积；
R′domain＝(a′x)m(R′re)n(f')o
a′x＝10ax/Max(ax)
R′re＝Rre/10
f'＝10-f
m+n+o＝1
其中a′x为区域燃气管线固有风险标准化分值，R′re为区域燃气管线风险值标准化分值，f为该区域政策干预度，f'为该区域政策干预度标准化分值，Max(ax)指与该区域同级的区域ax计算得到的最大值，m，n，o分别为a′x，R′re，f'对应权重；
所述步骤S03中，所述管道失效可能性评估H′1指标包括定量指标、半定量指标和定性指标；所述定量指标每项得分通过插值法计算，具体公式为
Figure FDA0003254893290000021
其中Q为该项最终得分，fm(x)max为第m个函数计算得全市燃气管段该项最大值，fm(x)min为第m个函数计算得全市燃气管段该项最小值；
所述半定量指标及定性标准的选取及分级参照现行标准，分别包括多级指标；
待评估管段失效可能性由下式计算
H1＝∑Qkiwkiwk
式中H1为待评估管段失效可能性，Qki为第k项一级指标的第i项二级指标得分，wki为该指标对应权重，wk为二级指标对应一级指标权重；
根据待评估管段周边设定范围内其他监控设备报警情况，对H1进行修正，得
Figure FDA0003254893290000022
其中H′1为修正后失效可能性表征值，l为管段长度，n为报警设备数量，当H′1大于10时，H′1取10；
所述步骤S03中的致灾强度评估H2具体计算方法为：
天然气管道潜在影响半径可按下式计算：
Figure FDA0003254893290000031
式中：ri为受影响区域半径；d为管道外径；p为管段最大允许操作压力；
通过插值法获取每项最终得分，即
Figure FDA0003254893290000032
rmax为全市燃气管段影响半径最大值，rmin为全市燃气管段影响半径最小值。
2.根据权利要求1所述的一种燃气管线综合风险评估、预测方法，其特征在于：所述步骤S03中，所述生命类承灾体V1根据待评估燃气管段周围地区单位面积的人口密度划分不同级别，不同级别对应不同分值，
承灾体评估值V2的具体计算如下：
V2＝V21u21+V22u22
其中，V21、V22分别为受影响重要设施、受影响危险源的评分估值，对应权重分别为u21，u22；
所述V21获得依据与待评估燃气管段影响范围内周边重要设施的密度E_D有关，具体为
Figure FDA0003254893290000033
其中NE为待评估燃气管段影响范围内受影响重要设施数量，E_D为重要设施受影响密度的评分估值；
所述V22获得依据与地上危险源密度、检查井密度、连通管段密度有关，具体计算公式为
Figure FDA0003254893290000034
Figure FDA0003254893290000035
其中，NHi为待评估燃气管段影响范围内的危险源数量、检查井数量、连通管段数量，Hi_D为地上危险源密度、检查井密度、连通管段密度的评分估值；V22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的评估分值；u22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的权重系数；
V3根据待评估管段设定范围内是否存在设定的敏感地点与敏感人群进行多级评分。
3.根据权利要求1所述的一种燃气管线综合风险评估、预测方法，其特征在于：所述步骤S03中应急能力评估值中
Figure FDA0003254893290000041
其中di为应急处置单位距待评估燃气管段距离；η为修正系数，一般取4；C2、C3计算方式与C1相同。
4.一种燃气管线综合风险评估、预测系统，其特征在于：包括
评估区域模块，根据管道风险管理规范，将燃气管分段，每段燃气管段对应指标至少包括人口密度、土壤状况、包裹层状况、管道服役年限；
待评估燃气管段信息获取模块，获取待评估燃气管段信息；
评估计算模块，根据待评估燃气管段信息进行突发事件危险性评估、承灾体评估、应急能力评估，得到三项评估得分；其中，所述突发事件危险性评估H包括修正后管道失效可能性评估H′1及致灾强度评估H2两项，
Figure FDA0003254893290000042
其中，
Figure FDA0003254893290000043
ψ分别为对应的权重；
承灾体评估值V由下式计算
V＝V1u1+V2u2+V3u3
其中，V1、V2、V3分别表示生命类承灾体、物质类承灾体、社会经济类承灾体的评分估值；u1，u2，u3分别为各自对应权重；
应急能力评估值C由下式计算
C＝C1v1+C2v2+C3v3
其中，v1、v2、v3分别为工程抢险队伍C1、消防C2、医疗C3的对应权重系数；
燃气管段风险值计算模块，将三项评估得分进行综合计算，得到待评估燃气管段风险值R，
R＝10HαVβ(10-C)γ
式中，α、β、γ分别表示燃气管段泄漏事件危险性、影响承灾体脆弱性及应急能力指标权重系数；
区域燃气管线风险值评估模块，具体为：对该区域内燃气管段风险值R进行排序R1＞R2＞R3...＞Rj＞...＞Rk＞Rk+1，取该区域内燃气管段风险值R排名前设定比例Rj至Rk的燃气管段风险值求平均，即区域燃气管线风险平均值Rre表示为
Figure FDA0003254893290000051
区域燃气管线风险预测值计算模块：区域燃气管线风险预测值考虑该区域燃气管线固有风险ax，计算方式为
ax＝L/A
其中L为该区域内燃气管线长度，A为该区域面积；
R′domain＝(a′x)m(R′re)n(f′)o
a′x＝10ax/Max(ax)
R′re＝Rre/10
f'＝10-f
m+n+o＝1
其中a′x为区域燃气管线固有风险标准化分值，R′re为区域燃气管线风险值标准化分值，f为该区域政策干预度，f'为该区域政策干预度标准化分值，Max(ax)指与该区域同级的区域ax计算得到的最大值，m，n，o分别为a′x，R′re，f'对应权重；
所述评估计算模块中，管道失效可能性评估H′1指标包括定量指标、半定量指标和定性指标；所述定量指标每项得分通过插值法计算，具体公式为
Figure FDA0003254893290000052
其中Q为该项最终得分，fm(x)max为第m个函数计算得全市燃气管段该项最大值，fm(x)min为第m个函数计算得全市燃气管段该项最小值；
所述半定量指标及定性标准的选取及分级参照现行标准，分别包括多级指标；
待评估管段失效可能性由下式计算
H1＝∑Qkiwkiwk
式中H1为待评估管段失效可能性，Qki为第k项一级指标的第i项二级指标得分，wki为该指标对应权重，wk为二级指标对应一级指标权重；
根据待评估管段周边设定范围内其他监控设备报警情况，对H1进行修正，得
Figure FDA0003254893290000061
其中H′1为修正后失效可能性表征值，l为管段长度，n为报警设备数量，当H′1大于10时，H′1取10；
所述评估计算模块中的致灾强度评估H2具体计算方法为：
天然气管道潜在影响半径可按下式计算：
Figure FDA0003254893290000062
式中：ri为受影响区域半径；d为管道外径；p为管段最大允许操作压力；
通过插值法获取每项最终得分，即
Figure FDA0003254893290000063
rmax为全市燃气管段影响半径最大值，rmin为全市燃气管段影响半径最小值。
5.根据权利要求4所述的一种燃气管线综合风险评估、预测系统，其特征在于：所述评估计算模块中生命类承灾体V1根据待评估燃气管段周围地区单位面积的人口密度划分不同级别，不同级别对应不同分值，
承灾体评估值V2的具体计算如下：
V2＝V21u21+V22u22
其中，V21、V22分别为受影响重要设施、受影响危险源的评分估值，对应权重分别为u21，u22；
所述V21获得依据与待评估燃气管段影响范围内周边重要设施的密度E_D有关，具体为
Figure FDA0003254893290000064
其中NE为待评估燃气管段影响范围内受影响重要设施数量，E_D为重要设施受影响密度的评分估值；
所述V22获得依据与地上危险源密度、检查井密度、连通管段密度有关，具体计算公式为
Figure FDA0003254893290000071
Figure FDA0003254893290000072
其中，NHi为待评估燃气管段影响范围内的危险源数量、检查井数量、连通管段数量，Hi_D为地上危险源密度、检查井密度、连通管段密度的评分估值；V22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的评估分值；u22i分别表示地上危险源、检查井、连通管线的权重系数；
V3根据待评估管段设定范围内是否存在设定的敏感地点与敏感人群进行多级评分。
6.根据权利要求4所述的一种燃气管线综合风险评估、预测系统，其特征在于：所述评估计算模块中应急能力评估值中
Figure FDA0003254893290000073
其中di为应急处置单位距待评估燃气管段距离；η为修正系数，一般取4，C2、C3计算方式与C1相同。
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