城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險評價分析

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摘要:概述了近二十年國內(nèi)外管道風(fēng)險評價的研究背景和現(xiàn)狀，對城市燃?xì)?/a>管道風(fēng)險評價的基本步驟、重要事故風(fēng)險指標(biāo)的計算和風(fēng)險評價準(zhǔn)則進(jìn)行了總結(jié)，以某城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罏槔肞hast軟件計算了重要事故的傷害面積指標(biāo)，并對結(jié)果進(jìn)行了分析，最后對國內(nèi)風(fēng)險評價方法提出不足和展望。

關(guān)鍵詞:城市燃?xì)夤艿?，風(fēng)險評價，風(fēng)險評價準(zhǔn)則

1概述

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市人口激增，加快了城市天然氣管道的鋪設(shè)，大部分城市已形成了密集的天然氣管道網(wǎng)。影響燃?xì)夤艿腊踩囊蛩赜泻芏?首先是城市天然氣管網(wǎng)的復(fù)雜性和密集性;其次，城市建設(shè)中的一些不合理規(guī)劃和現(xiàn)有管道老齡化現(xiàn)象突出;此外，由于燃?xì)獗旧順O易擴(kuò)散，又屬于易燃易爆物質(zhì)，且爆炸下限低，一旦發(fā)生泄漏，極有可能形成火災(zāi)、爆炸事故。因此，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的風(fēng)險評價研究引起了廣大科研工作者的重視。工程上風(fēng)險的定義是事故后果和事故概率的乘積，即事故后果的期望。該定義綜合了后果和概率的關(guān)系，能較好的反映實際風(fēng)險的程度，是對城市管道進(jìn)行風(fēng)險評估的基礎(chǔ)。風(fēng)險接受準(zhǔn)則是用來衡量風(fēng)險評價結(jié)果的重要依據(jù)?？紤]因素主要有個人風(fēng)險、社會風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險和環(huán)境風(fēng)險4個指標(biāo)。其中個人風(fēng)險衡量的是某一地點個體的傷亡概率，而社會風(fēng)險衡量的是某一區(qū)域的總體情況。而經(jīng)濟(jì)風(fēng)險指標(biāo)的計算方法通常運(yùn)用與F—N曲線類似的F—D曲線來表示，F(xiàn)—D曲線與經(jīng)濟(jì)損失的期望值可由經(jīng)濟(jì)損失的概率密度函數(shù)得出。最后，環(huán)境風(fēng)險用于描述風(fēng)險活動對自然環(huán)境或者周圍建筑、管道設(shè)施的影響。

2管道風(fēng)險評價方法研究

2．1國外研究現(xiàn)狀

管道風(fēng)險評價最早出現(xiàn)在美國，目前在歐美等發(fā)達(dá)國家已得到普遍應(yīng)用。從20世紀(jì)70年代至今，經(jīng)過近50年的發(fā)展，目前管道風(fēng)險評估中最常使用的風(fēng)險評價方法有危險與可操作性研究、層次分析法、模糊綜合評價、肯特法、事故樹法、故障樹法、灰色關(guān)聯(lián)度法等。如2005年Jo等［1］基于肯特法，利用地理信息系統(tǒng)(GIS)的人口密度信息計算事故的致死半徑和累計致死半徑，對肯特法進(jìn)行了改進(jìn)。2011年Y．Han等［2］將肯特法與事故樹法、故障樹法相結(jié)合計算風(fēng)險后果。發(fā)現(xiàn)定量方法更適用于有毒氣體擴(kuò)散，噴射火焰等事故的風(fēng)險評估，具體方法選擇取決于天然氣管道的實際基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和風(fēng)險評估的精度要求。2014年Zhou等［3］基于QRA方法，分析了各重大事故風(fēng)險的疊加效應(yīng)。并根據(jù)HSE劃分個體風(fēng)險區(qū)域，實現(xiàn)將風(fēng)險降到最低的情況下最大化的利用土地。2019年Tsinidis等［4］分析了不同地震強(qiáng)度下對應(yīng)的管道破壞模式，并利用脆弱性曲線對天然氣管道進(jìn)行有地震效應(yīng)的風(fēng)險評估。結(jié)果表明脆弱性曲線的經(jīng)驗公式與實際地震響應(yīng)有明顯差異，需要對不同地震破壞模式進(jìn)行修正。2019年Zhang等［5］將管道故障概率(P)和財產(chǎn)損失(L)的曲線圖與ALARP原理相結(jié)合，將管道故障的后果統(tǒng)一量化為貨幣以制定經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險可接受的標(biāo)準(zhǔn)。

2．2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國的管道風(fēng)險評估方法起步于20世紀(jì)90年代初，是在外國風(fēng)險評價方法的基礎(chǔ)上，基于我國國情進(jìn)行改進(jìn)的，主要運(yùn)用了層次分析法、模糊評價法、肯特法、灰色理論法、貝葉斯概率法等。2008年黃小美等［6］以層次分析法為基礎(chǔ)，由專家評分法確定最底層概率，結(jié)合權(quán)重的模糊綜合評價法評得到了城市天然氣管道總風(fēng)險的級別。2009年王敏等［7］考慮到城市燃?xì)馐鹿实碾S機(jī)性，運(yùn)用灰色理論對其進(jìn)行預(yù)測。以上海的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立灰色預(yù)測模型，并對其可靠性與準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗。2014年楊燕鵬等［8］通過統(tǒng)計我國2005年—2012年間的壓力管道事故傷亡數(shù)據(jù)，運(yùn)用線性回歸的方法進(jìn)行分析，采用F—N曲線與ALARP準(zhǔn)則相結(jié)合的方法確定我國壓力管道的社會風(fēng)險可接受準(zhǔn)則。2016年趙新偉等［9］按照ALARP原則，結(jié)合中國油氣管道歷史事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提出了中國油氣管道風(fēng)險可接受準(zhǔn)則，給出了社會風(fēng)險可接受判據(jù)的F—N曲線模型，以及個人個體風(fēng)險可接受的臨界值。2019年王文和等［10］提出基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的燃?xì)夤芫W(wǎng)動態(tài)風(fēng)險分析方法，構(gòu)建了燃?xì)夤芫W(wǎng)失效蝴蝶結(jié)模型并將其轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。該模型能夠在事故發(fā)生狀態(tài)下更新事件失效概率，從而實現(xiàn)管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)風(fēng)險分析。

3風(fēng)險評價方法

3．1基本步驟

根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)和工程經(jīng)驗總結(jié)，管道風(fēng)險評價方法是將事故后果和概率結(jié)合，直觀量化風(fēng)險等級。管道風(fēng)險評價的方法很多，各有優(yōu)缺點，但是其基本步驟可以總結(jié)如下:1)定義系統(tǒng)和范圍，辨識危險源，并用可以量化的指標(biāo)描述;2)確定事故風(fēng)險指標(biāo)的計算公式，進(jìn)行事故情景概率和事故情景后果的綜合計算;3)根據(jù)具體情況，如天氣、地理位置、周圍建筑，進(jìn)行風(fēng)險系數(shù)修正，綜合計算事故風(fēng)險值;4)根據(jù)風(fēng)險的大小和社會可接受程度劃分風(fēng)險等級，采取適當(dāng)?shù)拇胧p少風(fēng)險，直至風(fēng)險達(dá)到可接受范圍。

3．2重要事故風(fēng)險指標(biāo)計算

事故后果風(fēng)險指標(biāo)計算是風(fēng)險評價基本步驟中的重點，這里以城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罏榘咐M(jìn)一步具體說明。城市燃?xì)夤艿赖闹匾鹿拾ㄈ紵?射流火、閃火)，爆炸(受限空間爆炸和開敞空間爆炸)等。事故的概率一般通過歷史數(shù)據(jù)法或者專家權(quán)重評分的方式進(jìn)行確定，這里不再贅述。而事故后果的風(fēng)險指標(biāo)一般通過實驗或者軟件計算獲得。這里以某城鎮(zhèn)埋地燃?xì)夤艿罏槔?，利用Phast軟件模擬計算開敞空間，常溫常壓下的重要事故后果的傷害面積?，F(xiàn)有某城鎮(zhèn)埋地燃?xì)夤艿?，已知該管道總長800m，壓力級制為中壓A，管徑200mm，埋地深度0．8m，周圍環(huán)境為開敞空間，常溫常壓，風(fēng)速1．5m/s。該地區(qū)由于監(jiān)管良好，建立了該管段的歷史數(shù)據(jù)庫，結(jié)合地方燃?xì)庑袠I(yè)專家的評估，可以初步得到管道事故后果的發(fā)生概率，以方便后續(xù)綜合風(fēng)險計算。將上述基本條件導(dǎo)入Phast軟件7．2后可以得到重要事故后果的傷害面積，見表1。由表1的模擬結(jié)果可以看出，城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿涝诎咐臈l件下:小孔徑(小于5mm)泄漏后點火，僅會發(fā)生閃火，基本不會發(fā)生射流火和開敞爆炸的情況;而對于開裂泄漏，泄漏核心區(qū)域點火會出現(xiàn)死亡和重傷情況，且能造成至少輕傷傷害的影響范圍較大。得到事故后果的傷害面積指標(biāo)后，接下來還需要結(jié)合具體情況，如事故情景后果發(fā)生概率、人口密度、財產(chǎn)密度、天氣等情況進(jìn)一步詳細(xì)計算事故損失，綜合求出定量的風(fēng)險損失結(jié)果。

3．3后果評價準(zhǔn)則

風(fēng)險接受準(zhǔn)則是用來衡量前面得出的風(fēng)險評價結(jié)果的重要依據(jù)，表2對目前國內(nèi)常用的風(fēng)險評價準(zhǔn)則進(jìn)行了分類匯總。

4結(jié)語

通過對城市管道風(fēng)險評價的探討和總結(jié)，最后提出不足和展望:1)目前，云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)正逐步融入能源行業(yè)，推動能源—互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)有風(fēng)險評價管道數(shù)據(jù)一般使用單一的數(shù)據(jù)庫，不同數(shù)據(jù)庫間的導(dǎo)入和管理上有很大局限性。如果能將所有管道數(shù)據(jù)在一個統(tǒng)一的云端進(jìn)行整合，結(jié)合人工智能技術(shù)比對和識別管道數(shù)據(jù)問題，可以大大提高管道風(fēng)險評價數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。2)在實際情況中，管道風(fēng)險事故風(fēng)險指標(biāo)的計算不僅取決于靜態(tài)管道參數(shù)，還受到當(dāng)?shù)貙崟r溫度、風(fēng)向風(fēng)速、周圍環(huán)境等動態(tài)環(huán)境參數(shù)的影響。氣象條件是易忽略的，且對風(fēng)險計算結(jié)果有較大影響的參數(shù)。因此管道風(fēng)險評價體系必須綜合考慮動態(tài)因素的影響，以提高預(yù)測實際風(fēng)險的準(zhǔn)確性。3)我國的風(fēng)險評價體系起步較晚，是在國外風(fēng)險評價體系的基礎(chǔ)上提出的。實際上不同的國家和地區(qū)的風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)是有差異的，例如針對地震頻發(fā)、周圍有危險建筑的高風(fēng)險地區(qū)的燃?xì)夤艿赖?。因此建立適應(yīng)我國國情的科學(xué)、規(guī)范、系統(tǒng)的風(fēng)險評價方法是目前亟待解決的問題。

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作者：張瓊雅 張勝杰 單位：南京市燃?xì)夤こ淘O(shè)計院有限公司