摘要：針對(duì)杭州市鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖倪\(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，建立鋼質(zhì)燃?xì)夤艿腊踩L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。探討了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的建設(shè)思想、主要技術(shù)(ArcGIS平臺(tái)技術(shù)、組合檢測(cè)技術(shù)、概率分析與專家調(diào)查技術(shù)、管道剩余強(qiáng)度與剩余壽命預(yù)測(cè)技術(shù))、實(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：?鋼質(zhì)燃?xì)夤艿溃?風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；?剩余強(qiáng)度；?因素權(quán)重；?ArcGIS平臺(tái)

Abstract：In view of the operation status of steel gas pipeline in Hangzhou City，a steel gas pipeline safety risk assessment system is established．The construction concept，main technologies(ArcGIS platform technology，combined detection technology，probability analysis and expert investigation technology．pipeline residual strength and life prediction technology)，implementation method and application of the risk assessment system are discussed．

Key words：?steel gas pipeline；?risk assessment；?residual strength；factor weight；?ArcGIS platform

杭州市作為“西氣東輸”工程的末端，于2003年6月開始了天然氣利用工程建設(shè)，于2004年8月開始向市區(qū)供應(yīng)天然氣。截至目前，杭州市已投運(yùn)的高壓管道達(dá)70 km，中低壓管道逾3 500 km(其中高中壓管道多為鋼管，少數(shù)中壓管道為鑄鐵管，低壓管道為鋼管、鑄鐵管、PE管)，建成并投運(yùn)北門站、南門站及星橋、下沙、良渚、留祥、西郊、臨平6座高中壓調(diào)壓計(jì)量站，供氣范圍覆蓋5大主城區(qū)和濱江區(qū)，實(shí)現(xiàn)杭州市主城區(qū)全部使用天然氣。與此同時(shí)，杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱杭燃集團(tuán))大力推進(jìn)天然氣利用工程建設(shè)和用戶市場(chǎng)的開拓，每年新增管網(wǎng)逾100 km，新增燃?xì)庥脩魯?shù)達(dá)(4～5)×10⁴戶。

杭燃集團(tuán)鋼質(zhì)燃?xì)夤艿腊踩L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)是基于埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤芫W(wǎng)事故發(fā)生原因和機(jī)制進(jìn)行全面和系統(tǒng)的研究，并根據(jù)實(shí)地調(diào)研考察和專家建議尋求影響杭州市各級(jí)壓力管道失效及后果的各項(xiàng)因素，對(duì)于可能造成重大后果的事故隱患，建立響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行事故模擬，預(yù)測(cè)極端情況下事故的影響范圍和影響程度，以及事故發(fā)生的可能性，給出量化結(jié)果。通過(guò)對(duì)300 km中壓A管道實(shí)施外防腐檢測(cè)與開挖驗(yàn)證修復(fù)，完善并量化管道與環(huán)境的相關(guān)參數(shù)，確定杭州市燃?xì)夤芫W(wǎng)評(píng)估模型及總體架構(gòu)研究方法，健全影響杭州市各類管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)的因素、賦值及權(quán)重分配機(jī)制，建立管網(wǎng)安全評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)行的天然氣管網(wǎng)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果合理確定管網(wǎng)巡檢樣板，優(yōu)化人員配置，科學(xué)地確定管網(wǎng)維護(hù)和改造計(jì)劃，優(yōu)化資金的使用，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)管理到主動(dòng)管理的轉(zhuǎn)變。

整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的基本思想是：①對(duì)埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤芫W(wǎng)事故發(fā)生的原因和機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，收集燃?xì)夤芫W(wǎng)失效與事故后果相關(guān)影響因素?cái)?shù)據(jù)，并根據(jù)專家建議辨識(shí)和篩選影響因素集。②根據(jù)影響因素集的屬性特點(diǎn)以及專家指標(biāo)權(quán)重建議，建立燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)權(quán)重體系，并對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行智能分段與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。③建立管道事故可能性和事故后果嚴(yán)重程度的二維風(fēng)險(xiǎn)矩陣，確定管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。④根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果，對(duì)管道失效的原因與失效后果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。⑤根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，首次制定各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管段的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，并對(duì)措施的有效性進(jìn)行評(píng)定。⑥按照制定的風(fēng)險(xiǎn)控制措施對(duì)管道進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)改造后的管道進(jìn)行二次評(píng)估，直到風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到可接受水平。通過(guò)實(shí)現(xiàn)管道的計(jì)劃性維護(hù)與檢測(cè)，降低管道風(fēng)險(xiǎn)，提高管道完整性^[1]4。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估^[2-3]根據(jù)潛在危險(xiǎn)發(fā)生的概率確定風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度，決定是否采取措施。根據(jù)評(píng)判的過(guò)程及結(jié)果的定量程度可分為定性評(píng)估、半定量評(píng)估和定量評(píng)估3類^[4]。

杭州市燃?xì)夤芫W(wǎng)具有敷設(shè)環(huán)境多樣性、多壓力級(jí)制運(yùn)行、管齡差異大、管道干擾因素多、事故后果差異大等特點(diǎn)，單獨(dú)采用某類方法難以滿足評(píng)估的需要。因此，系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中，通過(guò)研究各類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的適應(yīng)性、優(yōu)缺點(diǎn)，并綜合考慮杭州市燃?xì)夤芫W(wǎng)歷史數(shù)據(jù)等因素，結(jié)合國(guó)際國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，參照W．Kent Muhlbauer提出的專家評(píng)分法^[5]，采納了其將風(fēng)險(xiǎn)分成管道失效可能性和失效后果兩大部分的建議，確定杭州市燃?xì)夤芫W(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型采取以KENT打分法為原型(事故可能性歸結(jié)于第三方破壞、腐蝕因素、設(shè)計(jì)因素、操作因素等4個(gè)主要因素，各因素設(shè)有若干評(píng)估指標(biāo)，專家設(shè)定指標(biāo)權(quán)重；事故后果嚴(yán)重程度由管道內(nèi)介質(zhì)的急劇危害、長(zhǎng)期危害、人口分布、泄漏影響等共同決定)，根據(jù)因素情況確定管道系統(tǒng)發(fā)生事故可能性的分值和事故后果嚴(yán)重程度的分值，再將這些分值分成5個(gè)級(jí)別，根據(jù)事故可能性的級(jí)別和事故后果的級(jí)別以風(fēng)險(xiǎn)矩陣法^[6]原理確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，將專家函詢、概率分析有機(jī)融合，建立了一套完整、準(zhǔn)確、便于實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

3．2．1 ArcGIS平臺(tái)技術(shù)

天然氣管網(wǎng)的運(yùn)行、維護(hù)在新形勢(shì)下離不開地理信息系統(tǒng)(GIS)的支持。杭燃集團(tuán)歷來(lái)重視GIS的建設(shè)，l999年就已經(jīng)建立起了GIS，該系統(tǒng)是一個(gè)圍繞MapInfo產(chǎn)品實(shí)施的平臺(tái)。隨著杭燃集團(tuán)的高速發(fā)展，先前系統(tǒng)已不能滿足發(fā)展要求，2008年遷移到ArcGIS9．3平臺(tái)上。ArcGIS^[7]是美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所于20世紀(jì)70年代后期推出的地理信息系統(tǒng)，早期的ArcGIS稱為ArcInfo，主要運(yùn)行在UNIX系統(tǒng)下，后來(lái)陸續(xù)移植到基于Windows NT的平臺(tái)上和基于DOS的平臺(tái)上。20世紀(jì)90年代推出全新的基于桌面的地理信息系統(tǒng)，稱為ArcGlS，主要包括ArcGIS Desktop、Workstation、ArcIMS、ArcObjects、ArcSDE、ArcGIS Server等6個(gè)部分，為用戶提供地圖瀏覽、數(shù)據(jù)組織、制圖綜合、地圖輸出、空間分析、數(shù)據(jù)管理等全面的空間數(shù)據(jù)引擎。目前杭燃集團(tuán)以該平臺(tái)為基礎(chǔ)已實(shí)施的系統(tǒng)包括：杭州市燃?xì)夤芫W(wǎng)地理信息系統(tǒng)、杭州市燃?xì)夤芫W(wǎng)地理維護(hù)系統(tǒng)、杭州燃?xì)釭PS管道巡檢系統(tǒng)、燃?xì)夤艿腊踩L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)等。

3．2．2組合檢測(cè)技術(shù)

燃?xì)夤艿罊z測(cè)是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之前必須完成的數(shù)據(jù)收集工作，主要包括：查明防腐層破損、缺陷點(diǎn)的位置；評(píng)估防腐層的防護(hù)性能；測(cè)試陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)效果；調(diào)查管道沿線土壤腐蝕性(如土壤電阻率、腐蝕速度等)等方面?？紤]到杭州市道路擁擠、地下管道眾多、周邊環(huán)境復(fù)雜等因素，為保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性和客觀性，需針對(duì)不同的檢測(cè)對(duì)象和環(huán)境采取不同的儀器與技術(shù)組合來(lái)完成，如采用C掃描^[8]、DCVG測(cè)試技術(shù)^[1]62-64、皮爾遜儀器、多頻智能管線定位儀等，通過(guò)比較和開挖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)組合和最佳檢測(cè)步驟。

3．2．3概率分析與專家調(diào)查技術(shù)

因素權(quán)重是一級(jí)權(quán)重、二級(jí)權(quán)重、三級(jí)權(quán)重的集合，是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基準(zhǔn)指標(biāo)。在研究過(guò)程中，同時(shí)采取了概率計(jì)算、專家調(diào)查論證結(jié)合的方式，來(lái)確定各因素的多級(jí)指標(biāo)權(quán)重。

①???? 采用概率計(jì)算計(jì)算一級(jí)權(quán)重

從現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)資料可知，管道的事故發(fā)生一般滿足浴盆曲線規(guī)律^[9]，初期處于磨合階段，管道工作不穩(wěn)定，后期接近設(shè)計(jì)壽命，事故發(fā)生也較頻繁。若只考慮中間的穩(wěn)定期(大約l0～20年)，則管道失效速率可視為常數(shù)，每類因素引起的事故時(shí)間間隔服從指數(shù)分布，每類因素引起的事故次數(shù)服從Poisson分布。分別求得各類因素引起的管道發(fā)生故障的概率，然后進(jìn)行歸一化處理，得到各類因素的一級(jí)權(quán)重。

②專家調(diào)查取得二、三級(jí)權(quán)重

專家調(diào)查法就是把在評(píng)判或決策問(wèn)題中所要考慮的因素，由調(diào)查人員先制定出表格，然后根據(jù)研究問(wèn)題的具體內(nèi)容，在行業(yè)內(nèi)邀請(qǐng)資歷高、專業(yè)知識(shí)豐富并且有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的專家就各因素重要程度進(jìn)行打分，填入調(diào)查表，最后匯總，計(jì)算出各因素重要程度系數(shù)。具體步驟如下。

a．制定調(diào)查表

因素重要程度系數(shù)α_i的調(diào)查表見(jiàn)表1。

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?

α_ij表示第j位專家對(duì)因素μ_i給定的重要程度系數(shù)值，要求滿足。調(diào)查時(shí)，要聘請(qǐng)足夠數(shù)量的專家，一般認(rèn)為專家越多越好。填寫調(diào)查表時(shí)，要求每位專家獨(dú)立完成，不要互相討論或交換意見(jiàn)。

b．編制調(diào)查的匯總表

將專家的調(diào)查表進(jìn)行匯總，見(jiàn)表2。

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