城市燃气门站风险评价技术现状与建议

摘 要

摘要：阐述了国内外城市燃气门站风险评价技术的发展历程与现状，分析了目前城市燃气门站风险评价技术面临的问题，提出从管理和技术两个方面推动城市燃气门站风险评价技术发展。关
摘要：阐述了国内外城市燃气门站风险评价技术的发展历程与现状，分析了目前城市燃气门站风险评价技术面临的问题，提出从管理和技术两个方面推动城市燃气门站风险评价技术发展。
关键词：城市燃气门站；风险评价；完整性管理
Present Status and Suggestions on Risk Assessment Technology for City Gas Gate Station
JI Shouhong
Abstract：The development course and present status of risk assessment technology for city gas gate station at home and abroad are expounded.Problems facing the risk assessment technology for city gas gate station are analyzed.It is put forward that the development of risk assessment technology for city gas gate station should be promoted in both management and technology.
Key words：city gas gate station；risk assessment；integrity management
1 概述
    天然气具有热值高、清洁、无污染的特点，越来越多地被应用于很多行业。虽然天然气能给我们的生活带来很多便利，但是如果不能正确地利用天然气，也有可能造成人身伤亡和财产损失等恶性事件。例如，2000年2月19日0时6分，山东三力工业集团有限公司濮阳分公司发生地下废弃天然气管道爆炸事故，造成15人死亡，56人受伤；2008年1月17日6时40分，吉林市龙东小区22栋一单元四楼8号住户发生民用天然气爆炸，造成3人死亡，4人受伤；2011年7月2日11时左右，济南市区东北的华山镇南小街村北面的一条天然气管道突然发生爆炸，火焰蹿起约20m高，村北的天空泛出一片红光，村头距爆炸地点只有几百米，所幸爆炸并没有造成人员伤亡。城市燃气门站是天然气产业链中重要的一个环节，是城市燃气输配系统的起点。研究城市燃气门站的风险，实时对城市燃气门站进行风险评价，对促进天然气工业的健康发展，具有非常重要的现实意义。
2 国内外城市燃气门站风险评价现状
2.1 国外城市燃气门站风险评价现状
2.1.1国外风险评价技术的发展历程
    风险评价技术起源于20世纪30年代的保险业。企业风险评价则从化工行业开始，始于20世纪60年代。1964年，美国DOW化学公司开发出火灾、爆炸指数法[1]，现在已经发展到了第7版。英国帝国化学公司(ICI)蒙德(MOND)分部于1974年在DOW指数法的基础上，根据化学工业的特点，扩充了毒性指标，并对所采取的安全措施引进了补偿系数的概念，从而把指数法向前推进了一大步。日本劳动省以DOW指数法和MOND法为参考，在1976年提出了化学工厂六阶段安全评价法。英国是最早系统地研究重大危险源控制技术的国家，1974年6月Flixborough爆炸事故发生后，英国卫生与安全委员会设立了重大危险咨询委员会，负责研究重大危险源辨识评价技术，提出重大危险源的控制措施。1985年美国化学工程师协会出版了《危险性评价方法指南》，1992年2月又完成了高危险性化学品制造过程安全管理规定，以预防易燃易爆和有毒气体泄漏事故的发生。
2.1.2国外城市燃气门站风险评价技术发展现状
    风险评价技术是管道完整性管理[2～5]中的一个重要组成部分。2002年初美国运输部安全办公室确定了管道经营商的完整性管理的职责，明确提出，管道完整性管理运营商的责任在于对管道和设备进行完整性评价，避免或减轻周围环境对天然气管道的威胁。
    加拿大Enbridge公司从20世纪80年代末到90年代中期，开展了管道完整性和风险分析方面的研究。其首先制定了宏观的完整性管理体系，并成立了专业的管理组织机构，接着制定管道完整性管理目标并进行实施，最后形成了管道完整性管理体系。
    以壳牌公司为代表的国外大型石油公司把企业的完整性管理统称为资产完整性管理，资产完整性管理又分为管道完整性管理、设施完整性管理、结构完整性管理和井场完整性管理4个部分。
    澳大利亚GASNET公司把实施管道完整性管理的重点放在预防第三方破坏方面，他们认为，由于电站设施的增加，定向钻的大量使用，通信光缆的敷设，以及承包商建设公路、铁路的增加，都使天然气管道受到第三方破坏的威胁增大。
    印度尼西亚VIC0东卡曼里丹管道公司实施管道完整性管理时，先制定管道完整性管理纲要，将维护和检测作为管道完整性管理的重要内容，开发并建立了管道完整性管理系统。
    虽然管道完整性管理技术越来越多地被应用于天然气管道，但是，对于城市门站的完整性管理，国内外至今尚未提出系统的理论和方法。美国石油学会API 1160-2001《危险液体管道完整性管理系统》指出，天然气管道泵站和终端的风险管理模式应与干线管道的风险管理模式相似，认为任何适合天然气管道的风险评价方法都适用于天然气管道泵站和终端，但是并没有给出站场设施完整性管理的具体方法和步骤。美国石油学会API 353-2006《输油站场管道和储罐泄漏的完整性管理》虽然给出了地面储罐设施的危害识别与风险评价方法，但是没有提出针对厂站完整性管理的系统理论和方法。
    美国石油学会API 581-2000《基于风险的检验》包括了失效后果、失效概率、经济损失和环境影响等方面的风险评价内容。它利用风险作为区分检测的优先秩序，并根据分析的结果提出一个根据风险等级制定的设备检测计划。另外，美国机械工程师协会ASME B31.8S-2001《天然气管道完整性管理系统》关于管道完整性管理实施步骤为：危害识别→数据收集→风险评价→完整性评价斗维护维修→效能评价；提出管道的完整性管理理念同样适用于管道的厂站和终端，即管理的思路和基本原则应该是一致的，只是在具体的措施和实施方案上存在差异。
   英国W.Kent Muhlbauer在《管道风险管理指南》中关于厂站风险评价的思路为：厂站场完整性管理的基本特征是以数据管理为核心，并针对工艺流程单元和设备关键部件实施风险管理。也就是说要实现厂站的完整性管理，就必须深入到流程单元和设备部件的层次，风险值需要直接明确到流程单元和部件而不只是一个包含众多组件的系统或设备。
2.2 国内城市燃气门站风险评价现状
2.2.1国内风险评价技术的发展历程
    我国的风险评价技术自1981年才开始起步。1992年国家科委将“重大危险源的评价与宏观控制技术研究”列为国家“八五”科技攻关计划的内容，通过研究，提出了易燃、易爆和有毒重大危险源危险性评价方法。随后国家质量监督检验检疫总局颁布了国家标准GB18218-2000《重大危险源辨识》。2002年6月29日，中华人民共和国第70号主席令颁布了《中华人民共和国安全生产法》，规定用于生产、储存危险物品的建设项目应该进行安全条件论证和安全评价。《危险化学品安全管理条例》规定，生产、储存危险化学品的企业，应当委托具备国家规定的资质条件的机构，对本企业的安全生产条件每3年进行1次安全评价，提出安全评价报告。《中华人民共和国安全生产法》和《危险化学品安全管理条例》的颁布，进一步推动了我国风险评价技术向更广、更深的方向发展。
2.2.2国内城市燃气门站风险评价技术发展现状
    许多研究人员陆续开展了多项城市燃气门站风险评价技术的研究工作，在城市燃气站场风险评价方面取得了较多的成果，得出了一些有参考价值的建议或思路。
    文献[6]引入不确定型层次分析法对城市燃气储配站进行了多级模糊综合评估。对城市燃气储配站进行风险评价的案例中，一般使用确定型层次分析法的原理把城市燃气储配站安全状况的因素条理化、层次化，从而建立递阶层次评价模型。但是由于城市燃气储配站的实际情况比较复杂，加上评价小组的专家知识的差异，以及判断指标存在的不确定性和模糊性，因此，无法通过确定型层次分析法进行判断，而不确定型层次分析法恰恰能够更好地反映事物的模糊性和不确定性，从而使评价结果更加真实可信。文献[6]最后运用该综合评价模型对成都市某个储配站进行了风险评价，取得了较为理想的结果，同时也为今后开展城市燃气门站的风险评价研究提供了较好的借鉴思路。
    文献[7]首先对国内外天然气厂站发生的事故进行了总结，并运用系统安全分析方法辨识出城市燃气门站的主要危险源，最后对城市燃气门站的风险进行了评价。文献[7]对前人确定底层指标因素隶属度的方法进行了总结与改进，确定了底层指标因素最理想的隶属函数，并对其进行了扩展，从而确定了各阶单因素的评价等级矩阵，结合气体爆炸理论，以超压破坏准则为依据，计算出天然气球罐物理爆破和天然气蒸气云爆炸导致的伤害破坏程度与区域范围。
    文献[8]将模糊数学引入到故障树分析方法中，对城市燃气输配系统中的储配站进行了模糊故障树风险评价。在其构建的城市燃气输配系统故障树中选择“城市燃气输配系统失效”作为顶事件，“燃气储配站失效、燃气输配管网失效、燃气用户设施失效”作为中间事件，并运用模糊数学来表示基本事件发生的概率。其中燃气储配站失效包括：加压设备失效、施工缺陷、管道材质缺陷、燃气气质差、储罐材质缺陷、储罐制造工艺不过关。城市燃气储配站中设备、工艺管道众多，仅从上述几个方面对城市燃气储配站的失效进行故障分析是不全面的。
   文献[9]应用模糊数学原理，建立起燃气输配系统安全性的模糊综合评价模型，并对某城市燃气输配系统进行了安全性模糊综合评价。该文献将城市燃气输配系统的安全性评价指标分为燃气输配设备安全性、燃气输配系统安全管理、环境对燃气输配系统的影响三大类。其中燃气输配设备安全性包括设备安全距离、设备安全装置、设备保护措施、设备可承受的安全压力、电气系统安全性能。该文献没有涉及到城市燃气门站风险评价的内容，只是把城市燃气管网和厂站中的设备、电气系统作为一大类安全评价指标。
    文献[10]系统地分析了城市燃气管网发生事故的原因，提出建立风险评价指标体系的原则，通过采用故障树及危险源分析方法，建立起城市燃气管网风险评价指标体系。该文献没有涉及到城市燃气门站。
    文献[11]通过事件树分析，全面分析出城市燃气管道泄漏所能导致的15种后果，并提出了避免或减少燃气管道泄漏的对策。该文献也没有涉及城市燃气门站发生泄漏引发的风险。
    文献[12]以国内外相关行业输送危险气体或液体管道安全管理经验为基础，首次全方位引入可靠性评价、风险评价、完整性管理三位一体的燃气输配管网安全评价体系，结合我国燃气管道安全管理的实际情况，对各种评价手段进行了分析探讨。该文献也没有涉及城市燃气门站。
    文献[13]采用故障树分析法对城市燃气管网系统的危险源进行了辨识，建立起火灾爆炸事故故障树，并建立了燃气管道动态泄漏扩散模型，开发了燃气管网稳、动态仿真程序。该文献仅仅讨论了燃气管网系统的安全性，也没有涉及到城市燃气门站的安全性。
    文献[14]将城市燃气输配系统划分为储配站、输配管网和用户3部分，并运用模糊故障树分析方法对城市燃气输配系统的故障模式进行了分析。在构建的城市燃气输配系统故障树中选择“城市燃气输配系统失效”作为顶事件，“CNG储配站失效、天然气输配管网失效、天然气用户失效”作为中间事件。其中CNG储配站失效包括：加压设备失效、施工缺陷、材质缺陷、天然气气质差、钢瓶材质缺陷、钢瓶制造工艺不过关。CNG储配站大多应用于中小城镇供气，或作为一种应急调峰气源，并不能代表普遍意义上的城市燃气门站，因此仅对CNG储配站进行风险评价是不足的。
3 城市燃气门站风险评价面临的问题
    ① 对城市燃气门站风险评价仍处于探索阶段，理论尚不完善，评估技术尚不成熟。
    ② 对城市燃气门站风险评价研究时，大部分将城市燃气门站作为城市输配管道的一个点(或地面装置)，而且只是简单地考虑各个风险源单体对城市燃气门站风险的影响，并没有充分考虑各风险源之间的相互关联、相互制约对城市燃气门站风险的影响，尚有值得改进的地方。
    ③ 缺少规范性的城市燃气门站风险评价指标体系，从而导致一些学者建立的风险评价指标体系不能充分反映城市燃气门站的风险状况，给城市燃气门站风险评价带来了许多困难。
    ④ 由于厂站设备众多，特性各异，完全套用管道本体的完整性管理体系是不现实的。
    ⑤ 借鉴利用天然气管道风险评价技术对城市燃气门站进行风险评价时，由于天然气管道与城市燃气门站之间的差异性，加上该评价技术使用范围的局限性，对城市燃气门站做出的风险评价结果可能会发生一些偏差。
4 城市燃气门站风险评价对策建议
4.1 从管理方面推动其发展
    ① 建立符合我国国情的城市燃气门站风险评价理论，构建相应的城市燃气门站风险评价技术体系，颁布城市燃气门站风险评价方面的法律、规范和标准。
    ② 领导推动、全员参与，高度重视城市燃气门站风险评价工作，尤其是对已运行多年的城市燃气门站要适时进行风险评价。
4.2 从技术方面推动其发展
4.2.1城市燃气门站的风险区块划分
    ① 风险区块的作用。风险区块就是以危害、有害因素的分析为基础，视风险评价目标、方法的需要，将城市燃气门站分成若干个范围确定和需要评价的区块。将城市燃气门站划分为不同类型的风险区块进行风险评价，不仅可以大大简化风险评价工作、减少风险评价的工作量，而且能够对各个风险区块的风险影响因素进行比较，避免以最大危险单元的风险来表征整个城市燃气门站的风险而夸大整个城市燃气门站的风险影响因素，从而提高风险评价的准确性，降低采取风险控制措施的投资费用。
    ② 风险区块的划分原则。通常确定风险区块时一般要遵循以下4个原则：a.风险区块是城市燃气门站的一个独立部分，在理论上能够比较容易说明它的特点；b.对于特定风险区块的边界，以设备与相邻设备间的隔离作为其判断准则进行划分；c.在不增加风险的前提下，可以把风险性潜在影响因素类似的区块归并于一个较大的区块；d.对城市燃气门站依据天然气的流向，按照设备、设施的功能进行风险区块的划分。
    ③ 划分城市燃气门站的风险区块。依据风险区块的划分原则，兼顾城市燃气门站的特殊性，按照天然气的气流方向，根据各部分的功能不同，把城市燃气门站划分为7个风险区块：清管器接收装置区、除尘过滤区、调压区、计量区、加臭区、放空排污区、厂站控制系统区。
4.2.2城市燃气门站各区块的风险源故障树分析
    运用故障树分析法对清管器接收装置区、除尘过滤区、调压区、计量区、加臭区、放空排污区、厂站控制系统区7个风险区块进行风险源辨识。步骤如下：①构建各个风险区块的失效故障树；②求出各个故障树的最小割集；③计算出各个风险区块基本事件的结构重要度系数；④进行基本事件结构重要度分析，对各个风险区块基本事件按照结构重要度系数的大小进行排序；⑤依据基本事件结构重要度分析结果，得到各个风险区块的最大风险影响因素。
4.2.3城市燃气门站事故后果分析
    城市燃气门站事故后果指在事故中导致的人员伤亡和房屋、设备等财产损失，其中人员伤亡包括人员死亡数、重伤数和轻伤数。要确定城市燃气门站事故所造成的人员伤亡和财产损失的大小，首先需要确定城市燃气门站事故的种类。常见的城市燃气门站事故种类包括火灾和爆炸，其中火灾包括喷射火焰和闪火。
    确定城市燃气门站事故后果应按照如下步骤进行计算：①计算热辐射强度和爆炸总能量；②计算出死亡半径、重伤半径、轻伤半径、财产损失半径；③计算死亡面积、重伤面积、轻伤面积、财产损失面积；④确定各种破坏模式出现的概率；⑤确定死亡、重伤、轻伤、财产损失等伤害区域内的平均人员密度、财产密度；⑥计算事故后果。
4.2.4对城市燃气门站进行多级模糊综合评价
    要想知道城市燃气门站的风险能否被人们接受，需要运用模糊综合评价技术对城市燃气门站进行多级模糊综合评价。评价步骤如下：①确定评价对象的因素集和评语集；②运用层次分析法求出各个因素的权重；③成立专家小组评出各个因素的评判矩阵；④进行一级模糊综合评价；⑤进行多级模糊综合评价。
   根据多级模糊综合评价的结果来判定城市燃气门站的风险是否处在可接受范围之内。如果风险高出人们的接受范围，则需要采取相应的风险控制措施，把城市燃气门站的风险降低至人们的可接受范围之内。
5 结语
   城市燃气门站作为城市燃气输配系统的起点和总枢纽，其安全问题直接关系到燃气输配系统的正常供气，不仅能影响到城市居民的日常生活，而且能影响到城市的社会稳定。原来的城市燃气门站大多建设在远离居民区的郊外，随着城市不断高速发展，许多城市门站所在区域已由郊区变成了人口密集的市区，加上运行年限的不断增长，城市燃气门站暴露出许多危害人民生命财产和污染环境的问题。因此，研究城市门站的安全问题已显得非常重要，同时也可为预防城市燃气门站事故提供较好的决策依据。
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(本文作者：季寿宏 浙江浙能天然气运行有限公司 浙江杭州 310052)