摘要：提出了以事件樹分析為主線，結(jié)合故障樹分析的城鎮(zhèn)天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法：將管道泄漏分為滲透泄漏、穿孔泄漏和開裂泄漏3種泄漏模式；以管道泄漏為故障樹分析的頂事件，分析管道泄漏的原因和概率；以管道泄漏為事件樹分析的初因事件，分析管道泄漏在各種情況下造成的后果序列；以故障樹分析事件樹中后續(xù)事件的概率，以初因事件的概率和后續(xù)事件的概率計(jì)算后果事件的概率；分別對(duì)各個(gè)后果事件進(jìn)行后果危害程度分析和經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)；累加每個(gè)后果事件的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)學(xué)期望，得到整個(gè)管道系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)值。
關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)天然氣管道；風(fēng)險(xiǎn)分析；事件樹；故障樹；后果分析
??? 由于天然氣的易燃易爆性、管道系統(tǒng)的易損性和城市人口、財(cái)物的密集性，城市天然氣管道系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)必然存在。風(fēng)險(xiǎn)分析是采取一定的方法確定系統(tǒng)存在的危害，并定性或者定量地分析風(fēng)險(xiǎn)大小的過程。風(fēng)險(xiǎn)包含危害事件發(fā)生的可能性和危害事件產(chǎn)生的后果兩個(gè)方面的含義。定量的風(fēng)險(xiǎn)分析至少應(yīng)包括以下4個(gè)步驟：危害識(shí)別；危害事件概率分析；危害事件后果分析；風(fēng)險(xiǎn)值估算。
1 危害識(shí)別的方法
??? 引起管道安全風(fēng)險(xiǎn)的直接危害事件是燃?xì)庑孤＿@里采用事件樹與故障樹相結(jié)合的方法分析管道泄漏的原因及后果，以辨識(shí)管道的風(fēng)險(xiǎn)因素，其中事件樹用于分析管道泄漏所導(dǎo)致的后續(xù)事件和后果事件，而故障樹則用于分析初因事件(即管道泄漏)和后續(xù)事件發(fā)生的原因。
①???? 管道泄漏事件樹分析
? ??事件樹分析是一種邏輯演繹分析法，它在給定內(nèi)一個(gè)初因事件的前提下，分析此初因事件可能導(dǎo)改的各種事件序列的結(jié)果[1、2]。
? ??由于天然氣泄漏是造成管道安全風(fēng)險(xiǎn)的根本原因，本文選擇天然氣泄漏作為事件樹分析的初因事件，將天然氣管道泄漏韻滲透泄漏、穿孔泄漏和開裂泄漏這3種基本模式同時(shí)作為事件樹分析的初因事件。圖1為天然氣管道系統(tǒng)泄漏事件樹，圖1中的代碼為E1～E3的事件表示后續(xù)事件，其正下方的字母Y表示該事件發(fā)生，而N表示事件不發(fā)生。由于各后續(xù)事件是否發(fā)生而使得管道泄漏具有13種不同的后果，分別用代碼C1～C13表示，各后果事件代碼的意義見表1。
表1 各后果事件代碼的意義
?
代碼 | 意義 | 代碼 | 意義 |
C1 | 著火 | C8 | 無災(zāi)害 |
C2 | 密閉爆炸 | C9 | 射流火災(zāi) |
C3 | 窒息 | C10 | 密閉爆炸 |
C4 | 無災(zāi)害 | C11 | 窒息 |
C5 | 射流火災(zāi) | C12 | 氣云爆炸 |
C6 | 密閉爆炸 | C13 | 無災(zāi)害 |
C7 | 窒息 | — | — |
??? 天然氣管道滲透泄漏包括天然氣從管道直接滲透到空氣中以及管道穿孔、開裂并經(jīng)過土壤滲透到空氣中兩種情況，而穿孔泄漏和開裂泄漏則表示天然氣由于管道穿孔或開裂而直接泄漏到空氣中，燃?xì)庖院畏N模式泄漏由管道的敷設(shè)方式及失效原因決定。立即點(diǎn)燃泛指天然氣泄漏后且未大量積聚前被點(diǎn)燃的情況，即不會(huì)導(dǎo)致爆炸、閃火、火球情況的點(diǎn)燃，而并非僅指燃?xì)?span>-泄漏就馬上被點(diǎn)燃。燃?xì)獍l(fā)生立即點(diǎn)燃后，由于燃?xì)獗幌牡簦蚨膊粫?huì)再發(fā)生泄漏到密閉空間或燃?xì)獗灰那闆r。滲透泄漏由于泄漏流量小，壓力降低到較低水平，立即點(diǎn)燃后一般發(fā)生普通的著火，而不會(huì)發(fā)生射流火災(zāi)。而穿孔泄漏和開裂泄漏后的立即點(diǎn)燃，則會(huì)產(chǎn)生噴射火，從而導(dǎo)致射流火災(zāi)。天然氣泄漏到密閉空間時(shí)，若被引爆，則會(huì)發(fā)生密閉空間爆炸，若密閉空間里面有人，即使不被引爆，也有可能導(dǎo)致窒息。天然氣管道開裂，且泄漏流量特別大時(shí)，即使泄漏在開敞空間，也有可能被引爆，從而發(fā)生開敞空間氣云爆炸。
??? ② 初因事件及后續(xù)事件故障樹分析[1～6]
??? 故障樹是一種由結(jié)果到原因描述事故發(fā)生的有向邏輯樹，是一種將系統(tǒng)故障的各種原因(包括硬件、環(huán)境、人為因素)由總體到部分，按倒置樹枝狀結(jié)構(gòu)從上到下逐層細(xì)化的邏輯歸納分析方法，非常適合分析事件樹中初因事件和后續(xù)事件的原因，故障樹分析還可用于計(jì)算這些事件的概率。
2 概率分析
??? 危害事件的概率分析是風(fēng)險(xiǎn)定量分析的必要步驟。圖1中的后果事件是管道系統(tǒng)引起的危害事件，因此必須分析每個(gè)后果事件的概率。文獻(xiàn)[1～5]給出了故障樹定量計(jì)算方法，即能通過已知底事件的概率得出故障樹頂事件的發(fā)生概率，而底事件的概率可以通過專家評(píng)分估計(jì)法、歷史事故記錄統(tǒng)計(jì)分析法等方法獲得。如果3種泄漏模式下的初因事件和后續(xù)事件發(fā)生概率(或頻率)均通過故障樹定量計(jì)算求出，則后果事件的概率即為初因事件的發(fā)生概率(或頻率)和各個(gè)后續(xù)事件的發(fā)生或不發(fā)生的概率(或頻率)之積。例如：
P(C1)=P(E0，1)P(E1)[1-P(E2)]·[1-P(E3)]??? (1)
式中P(C1)——后果事件C1的發(fā)生概率(或頻率)，其單位和初因事件的概率(或頻率)單位相同
P(E0，1)——初因事件E0，1的發(fā)生概率(或頻率)
P(E1)——后續(xù)事件E1的發(fā)生概率(或頻率)
P(E2)——后續(xù)事件E2的發(fā)生概率(或頻率)
??? P(E3)——后續(xù)事件毛的發(fā)生概率(或頻率)
3 后果分析
? ??① 泄漏量分析
? ??如果天然氣直接泄漏到管道周圍的空氣中，則泄漏流量可由管道水力計(jì)算公式和泄漏小孔模型結(jié)合計(jì)算，泄漏流量與管內(nèi)燃?xì)鈮毫?、泄漏孔口尺寸有關(guān)，泄漏持續(xù)時(shí)間與人口密度、巡線質(zhì)量、加臭效果及公眾教育等因素有關(guān)，有關(guān)計(jì)算公式可參見文獻(xiàn)[1]或[7]；若泄漏管道的上下游閥門被截?cái)?，則燃?xì)饬髁恐饾u減小，其泄漏流量及持續(xù)時(shí)間可參見文獻(xiàn)[1]。若燃?xì)鈴墓艿佬孤┣医?jīng)過土壤滲透到大氣中，則泄漏流量隨著管道壓力、泄漏口面積、土壤透氣系數(shù)的增加而增大，隨著土壤厚度的增加而減小，可通過實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場測量確定其關(guān)系。
? ??② 燃?xì)庑孤U(kuò)散分析
? ??燃?xì)庑孤┑酱髿庵泻?，在泄漏源附近的燃?xì)鉂舛确仙淞鲾U(kuò)散的規(guī)律。而隨著距離的增長，射流效應(yīng)逐漸減弱，當(dāng)射流速度接近或等于風(fēng)速時(shí)，擴(kuò)散燃?xì)饩筒辉俜仙淞饕?guī)律，此后可按高斯擴(kuò)散公式模擬燃?xì)獾臐舛?sup>[7]。射流擴(kuò)散計(jì)算公式及高斯擴(kuò)散計(jì)算公式可參見文獻(xiàn)[1、8、9]。
??? ③ 著火
??? 這里著火泛指燃?xì)庠谳^低壓力和流量下點(diǎn)燃形成的擴(kuò)散火焰。燃?xì)鈴墓艿佬孤┎⒔?jīng)過土壤滲透到空氣中或從管道滲漏出來被點(diǎn)燃時(shí)，通常都屬于這種著火，這在實(shí)際工程中很常見。這種擴(kuò)散火焰長度較短，熱輻射強(qiáng)度較小，一般不會(huì)直接對(duì)附近的人或物品造成傷害。這里不討論由于著火引燃其他易燃、易爆物品而產(chǎn)生的二次災(zāi)害。
