改进风险矩阵在中俄东线高后果区风险评估中的应用

    中国石油管道局工程有限公司根据中俄东线的设计参数，计算得该工程的潜在影响半径r=488 m，以此半径确定的潜在影响区域进行管道路由沿线的高后果区识别。
    近年来，中国石油天然气股份有限公司构建了国内天然气管道管材、施工和运行维护等变量参数数据库，基于国内管道数据建立了系统了天然气管道基于可靠性的设计流程，并形成了相应标准。在管道失效可能性的分析过程中，采用上述研究成果的数据库和设计方法，针对高后区内管道设计工况进行基于可靠性的定量计算。为了简化分析，仅计算由外部腐蚀和第三方破坏两种主要失效原因导致的管道失效概率。通过数据统计分析确定管道外部腐蚀和第三方设备撞击造成的大泄漏和破裂约占所有失效的60%～76%，为了统筹考虑导致管道失效的其他因素，腐蚀与设备冲击的失效概率应分别在计算结果的基础上放大1.5倍。定量分析黑河-长岭段干线识别出的18个高后果区管段的失效可能性。假定管道设计寿命为30年，按照10年进行一次内检测和维护的频率，各高后果区管段的最大总失效概率远低于目标允许值。因此，该工程各高后果区管段的失效可能性分级定为“低（1）”。
    根据天然气研究协会（Gas Research Institute，GRI）研究成果，管道失效造成的人员伤亡与天然气燃烧释放的热量有关。由于破裂的失效后果远大于泄漏的后果，因此破裂是失效后果的主要控制因素。根据Stephen等建立的模型，危害区域假定为圆形，两个危害区域和相应的半径定义了对应的热强度的上、下限门槛值。假定上限门槛值确定的范围内致死率为100%，下限门槛值确定的范围外致死率是0。在这两个门槛值之间，室外的致死率是50%，室内的致死率是25%。
    根据该工程识别的高后果区内人口数量和潜在影响面积总和确定评价段的人口密度，计算得到的预期死亡人数在4.9~90人之间，各高后果区段的预期死亡人数均不大于9人。因此，该工程各高后果区管段的人员安全失效后果等级确定均为“D”级（死亡人数3～9）。
    管道发生一次失效的直接维修费用根据与管道运行单位和维抢修单位的多次调研结果确定。对于管径1 422 mm，设计压力12 MPa的天然气管道破裂而言，假定对其采取停输封堵和换管等维抢修措施的时间为72小时，维修费用为225万元。计算该工程各高后果区段管道一次失效后（按破裂考虑）总的经济损失费用，该工程识别的高后果区管段的经济损失等级分别定为“C”级（100万元～1000万元）和“D”级（1000万元～1亿元）。
    通过失效可能性和失效后果的定量分析，结合失效可能性、失效后果的等级划分准则，分别确定了高后果区管段每一种不良影响对应的风险等级。该工程18处高后果区段的风险等级为Ⅰ~Ⅱ级，风险水平可以接受，路由合理可行，但对于Ⅱ级风险水平的区段应保持关注，定期进行风险复核。在管道施工阶段，应严格控制管道与学校、敬老院间距，不得随意改变路由，严格按照标准规范进行内检测，并设置管道标识。在管道运营期间，建议加大巡线频率，并结合沿线情况制定应急预案。执行GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》规定的完整性管理方法及评价周期，对沿线高后果区进行高后果区管理；管道及周边环境发生变化时，应及时进行高后果区再识别和评价，确保管道的安全。
    该研究采用极限状态设计方法计算失效概率并判断失效可能性等级。考虑了高后果区内的风险因素和极限状态，采用合理的工程假设和失效概率计算模型，体现了管道对各种风险因素的响应，考虑了管道所受载荷对其安全可靠性的影响，为失效可能性等级的划分提供了直接依据。失效后果的定量计算统筹考虑了人员伤亡、经济损失等因素，与实际情况较为相符；人员伤亡、经济损失等失效后果计算均采用实际的管道调研数据，包括人口密度、运行参数、抢修费用、停输费用、伤亡赔偿费用等，计算结果与管道实际失效后果较为相符。