北京天然氣供應(yīng)安全因素包括資源保證程度：氣井、集輸系統(tǒng)等氣田安全性；長(zhǎng)輸管道的壓縮機(jī)、閥門、清管站、防腐等管道安全性；門站、城市高壓環(huán)網(wǎng)、中壓管道、低壓管道等城市管網(wǎng)安全性等。供應(yīng)安全隱患包括供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)設(shè)備工況事故，火災(zāi)、偷盜、地震、洪水等突發(fā)事件，以及國(guó)內(nèi)外貿(mào)易糾紛等。

① 導(dǎo)致供氣系統(tǒng)中斷的事件分析

天然氣從上游氣田經(jīng)長(zhǎng)輸管道到達(dá)城市門站后即進(jìn)入城市管網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及的區(qū)域和用戶很多，但一般某一區(qū)域發(fā)生事故后，影響范圍小的，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)城市用氣癱瘓，因此從城市供氣安全角度，關(guān)鍵在上游到門站的環(huán)節(jié)。在本研究中，供氣系統(tǒng)可靠性分析研究范圍是從氣源到城市門站，主要是氣源事故和長(zhǎng)輸管道事故。

② 事故工況分析

通過對(duì)生產(chǎn)、輸氣各環(huán)節(jié)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為系統(tǒng)安全可靠性分析與計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。經(jīng)過綜合分析，得出北京市天然氣供應(yīng)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性指標(biāo)。

氣源故障模式和事故概率：大量氣田的現(xiàn)場(chǎng)資料表明，采用單井集氣工藝流程的氣井運(yùn)行平穩(wěn)，很少發(fā)生事故，而采用多井集氣工藝流程的氣井事故發(fā)生較多。現(xiàn)役單井集氣氣井的平均無故障工作時(shí)間3154.42小時(shí)，多井集氣氣井的平均無故障工作時(shí)間為130.75小時(shí)。現(xiàn)役氣井的平均事故維修時(shí)間為6.76小時(shí)。經(jīng)綜合評(píng)判分析，氣田故障率為0.02次/年，故障停產(chǎn)時(shí)間7小時(shí)。長(zhǎng)輸管線事故率：主要天然氣生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，目前長(zhǎng)輸管道事故持續(xù)時(shí)間通常為3天。經(jīng)綜合評(píng)判，本研究中長(zhǎng)輸管道事故維修時(shí)間取70小時(shí)。陜京線的事故率為0.22×10^-3次/(km·a)。

③ 故障樹分析模型的建立

故障樹分析是一種將系統(tǒng)故障形成的原因由上至下，按層次以樹枝狀逐級(jí)細(xì)化的分析方法。該方法通過對(duì)可能造成系統(tǒng)故障的各種因素(包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等)進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖(故障樹)，從而確定系統(tǒng)故障原因的各種可能組合方式及其發(fā)生概率，以計(jì)算系統(tǒng)故障概率，確定系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)措施，提高系統(tǒng)的可靠性。

??? 故障樹分析的是把所研究系統(tǒng)中最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)或故障事件作為故障分析的目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，然后，在系統(tǒng)中尋找直接導(dǎo)致這一故障發(fā)生的全部因素，將其作為不希望發(fā)生的故障的第一層原因事件，接著再以這一層中的各個(gè)原因事件為出發(fā)點(diǎn)，分別尋找導(dǎo)致每個(gè)原因發(fā)生的下一級(jí)的全部因素，以此類推。將這些事件按照它們之間的順序、相互影響和邏輯關(guān)系用各種相應(yīng)邏輯符號(hào)(邏輯門)連接起來，就構(gòu)成了一棵倒置的樹狀結(jié)構(gòu)，即故障樹。

??? 根據(jù)北京市的供氣情況，分別建立了2010年、2015年、2020年的故障樹底事件表。

??? ④ 模型結(jié)果分析

??? 經(jīng)故障樹模型計(jì)算得出：2010年北京市天然氣供氣中斷的概率是7.16225×10^-10次/年。2015年北京市天然氣供氣中斷的概率是9.52462×10^-10次/年。2020年北京市天然氣供氣中斷的概率是2.39068×10^-10次/年。從模型計(jì)算結(jié)果看，北京市天然氣全部中斷的概率非常小，但氣源和管道發(fā)生中斷(關(guān)鍵事件)的概率以及對(duì)供氣量的影響還是比較顯著的。

??? 關(guān)鍵事件對(duì)供氣量的影響分析：北京市的用氣特點(diǎn)是冬季負(fù)荷和夏季負(fù)荷差別很大，因此在考慮供氣安全時(shí)，只對(duì)冬季的情況進(jìn)行研究。2010年冬季，如果影響最大的底事件發(fā)生，最大減少氣量為4200萬立方米/日，2015年為7900萬立方米/日，2020年為11200萬立方米。

??? 北京市天然氣消費(fèi)主要用于采暖和生活用氣，這部分用戶絕大部分為不可中斷用戶。工業(yè)和汽車用氣可以由其他燃料替代，發(fā)電可通過外輸電力的渠道滿足，因此除個(gè)別用戶外大部分工業(yè)、發(fā)電和汽車用戶可以作為可中斷用戶。

??? 2010年、2015年和2020年北京市不可中斷用戶各月日平均用氣量預(yù)測(cè)見表1。從表1中看出，冬季的1月份為全年高峰用氣月。

??? 由于用戶的性質(zhì)不同，用氣特點(diǎn)及重要性不同，因此當(dāng)供氣中斷時(shí)，對(duì)不同用戶造成的影響亦不同。盡管居民用氣具有一定的替代性，但替代的代價(jià)是日常生活方便度的下降，居民用氣中斷也極易引起不滿情緒，可能會(huì)造成社會(huì)不穩(wěn)定；公服用氣可替代性較差，供氣中斷后直接影響到人們的工作和商務(wù)活動(dòng)，影響面也較大。尤其是重要場(chǎng)所，如人民大會(huì)堂、國(guó)賓館等，不僅對(duì)城市、對(duì)國(guó)家的形象也極為不利；采暖期采暖用氣可替代程度低，如在寒冷時(shí)期供氣中斷，后果將相當(dāng)嚴(yán)重；工業(yè)用氣可以通過其他燃料替代或停產(chǎn)，但突然中斷供應(yīng)將給用戶的經(jīng)營(yíng)造成損失，由于用戶相對(duì)較少，影響較小；對(duì)于雙燃料汽車來講可用油品替代，單燃?xì)馄囁急壤欢?，一旦中斷影響面不大；燃?xì)怆姀S可通過外輸電替代。通過以上分析，居民、公服、采暖用戶的替代性差，燃?xì)庵袛喙?yīng)造成的影響面較大，嚴(yán)重影響城市正常的生產(chǎn)、生活秩序。天然氣供應(yīng)中斷對(duì)用戶的影響見表2。

表1 全年各月日平均用氣量(單位：萬立方米)

北京市作為全國(guó)的首都，保持其社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展對(duì)整個(gè)國(guó)家都具有重要的戰(zhàn)略意義。因此，北京市天然氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備應(yīng)納入國(guó)家天然氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備。國(guó)家天然氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備也應(yīng)考慮北京市的需求，并首先針對(duì)北京市進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。

天然氣安全戰(zhàn)略儲(chǔ)備量主要根據(jù)天然氣在能源中的地位，氣源的安全可靠性，儲(chǔ)備保障程度，儲(chǔ)備方式，經(jīng)濟(jì)實(shí)力等因素綜合分析確定。根據(jù)北京天然氣消費(fèi)和供應(yīng)情況，天然氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備量的確定主要考慮以下因素：年高峰月日均用氣量，不可中斷用戶用氣量，供應(yīng)中斷恢復(fù)時(shí)間，經(jīng)濟(jì)承受能力等。

① 天然氣戰(zhàn)備儲(chǔ)備量的確定

可能造成北京市天然氣供應(yīng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十日中斷的事件主要考慮以下幾方面：一是國(guó)內(nèi)氣源地區(qū)和長(zhǎng)輸管線經(jīng)過地區(qū)可能發(fā)生嚴(yán)重的地震和洪水等自然災(zāi)害，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)正常供氣，二是從國(guó)外進(jìn)口的管道天然氣和LNG由于供應(yīng)國(guó)的局勢(shì)動(dòng)蕩導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)，或者是由于戰(zhàn)事和其它自然災(zāi)害導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸中斷。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的引起供氣中斷的重大事件的分析，綜合考慮北京市天然氣供應(yīng)系統(tǒng)各種潛在的、重大不安全影響因素，結(jié)合北京市經(jīng)濟(jì)實(shí)力和政治地位，本研究對(duì)國(guó)內(nèi)氣源供應(yīng)的戰(zhàn)略保障天數(shù)分別按低方案15天和高方案30天考慮，戰(zhàn)略儲(chǔ)備量相應(yīng)地按重大事件發(fā)生時(shí)保障不可中斷用戶15天和30天的高峰月日均用氣量考慮。而在涉及到進(jìn)口國(guó)外天然氣時(shí)，供應(yīng)中斷很大可能是由于供應(yīng)國(guó)發(fā)生罷工、政治局勢(shì)動(dòng)蕩造成的長(zhǎng)期停產(chǎn)，嚴(yán)重洪水、地震、風(fēng)暴和戰(zhàn)爭(zhēng)造成的長(zhǎng)時(shí)期輸運(yùn)環(huán)節(jié)中斷，LNG國(guó)際貿(mào)易中的商務(wù)風(fēng)險(xiǎn)等。這種事件一旦發(fā)生影響供氣的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，長(zhǎng)至數(shù)月，少則數(shù)十天，本研究在分析國(guó)外天然氣供應(yīng)中斷時(shí)按低方案30天和高方案60天的進(jìn)口量進(jìn)行考慮。