（热能工程专业论文）城市燃气管网风险管理体系研究.pdf

摘要 摘要 由于长期工作在上海燃气管网施工第一线，本人对城市燃气管网事故比较 熟悉。考虑到燃气的安全性，以及上海作为特大城市万一发生燃气管网事故的 危害性，本人对管网的安全作出一些评估。期望用科学的方法分析可能发生安 全问题的环节。然后来指导实际的风险管理。 首先建立城市燃气管网风险评价模型，分析第三方损坏、腐蚀、设计缺陷 及材料缺陷等因素对城市燃气管网的风险影响，以管道指数风险评价法分析评 价系统的失效概率及后果，确定风险程度，建立城市燃气管网风险决策控制系 统。 然后分析上海市燃气应用事故的原因，结合用户使用燃气的情况，建立燃 气应用风险分析故障树，通过对燃气应用系统的风险评价，提出燃气用户在应 用过程中的安全保护措施，对燃气应用系统进行风险管理。 关键词：应用系统，风险评价，指数评分，故障树 a b s t r a c t a b s t r a c t ia mf a m i l i a rw i t ht h er i s ko fc i t yg a sn e t w o r kc a u s eia ma l w a y sw o r ko nt h e g a sn e t w o r kb u i l d i n g c o n s i d e rf o rt h es a f e t yo fg a ss y s t e ma n dt h ed a n g e ro fg a s a c c i d e n t sh a p p e n si ns h a n g h a i ，1w a n tt ob u i l dt h ea s s e s s m e n to f g a sp i p e l i n en e t w o r k s e c u r i t y u s es o m es c i e n t i f i cm e t h o d st oa n a l y z ew h e r et h er i s km a yh a p p e n a n du s e t h em e t h o d st og u i d et h er i s km a n a g e m e n t f i r s t l y , t h er i s ka s s e s s m e n tm o d e lo fc i t yg a sp i p e l i n en e t w o r ki ss e tu p t h er i s k f a c t o r ss u c ha st h et h i r d p a r t yd a m a g e ，c o r r o s i o n ，b a dd e s i g na n dm a t e r i a l ，a re a n a l y z e di nd e t a i l w i t ht h ep i p e l i n ei n d e xr i s ka s s e s s m e n tm e t h o d ，t h ef a i l u r e p r o b a b i l i t ya n dc o n s e q u e n c eo ft h ee v a l u a t e ds y s t e ma r er e c e i v e d a f t e rt h er i s k d e g r e ei se v a l u a t e d ，t h ep i p e l i n er i s kc o n t r o la n dd e c i s i o n - m a k i n gs y s t e mi s e s t a b l i s h e d s e c o n d l y , c o n s i d e r i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fg a su s e r si ns h a n g h a i ，t h eg a s a c c i d e n tc a u s e so fg a su t i l i t ys y s t e ma ! es t u d i e d b ye v a l u a t i n gt h ef a u l tt r e e c o n s t r u c t e d ，t h es a f e t yc o n t r o la n dr i s km a n a g e m e n ta r ep u tf o r w a r d k e yw o r d s ：c i t yg a sp i p el i n eu t i l i t ys y s t e m ，r i s ka s s e s s m e n t ，i n d e xa n a l y s i sm e t h o d ， f a u l tt r e e i i 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规 定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影 印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目 录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权 按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子 版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分 或全部内容用于学术活动。 学位论文作者虢辛季壤 于h 跏 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 燃气的安全供应关系国计民生，是确保上海城市稳定、发展的重要因素。 上海燃气已有1 4 0 年历史，部分管网已经老化，形成危险源。上海城市建设的 快速发展导致燃气管线破坏事故增加。高压管网( 1 6 m p a ) 在2 0 0 0 年后进入市 中心城区，一旦发生事故，后果不堪设想。因此考虑到燃气使用的特性、安全 性，以及上海作为特大城市万一发生燃气管网事故的危害性，本人对城市管网 的安全评估做一些研究。期望用科学的方法分析可能发生安全问题的环节。然 后来指导实际的风险管理。并为将来管网更新、布局提供依据。 1 1 1 燃气特性 1 1 1 1 燃气的分类 城镇燃气主要有三种：天然气、人工煤气、液化石油气。各种燃气的组分及 低发热值如表1 1 表所示。 1 天然气 天然气一般可分为四种：气田气( 或纯天然气) 、石油伴生气、凝析气田气 和煤矿矿井气。纯天然气以甲烷为主，还含有少量的二氧化碳、硫化氢、氮等 气体；石油伴生气( 以我国大港地区为例) 甲烷含量约为8 0 ，乙炕、丙烷和丁烷 等含量约为巧，发热值约为4 1 9 0 k j n m 3 ：凝析气田气除了含有大量甲烷外，还 含有2 5 戊烷及戊烷以上的碳氢化合物。矿井气的主要可燃组分是甲烷，其含 量随采气方式而定。天然气既是重要的化工原料，又是理想的城市燃气气源。 上海目前是天然气与人工煤气并重，但是随着环保的要求和供应条件的成熟， 上海将以天然气为主要燃气能源。 2 人工燃气 ( 1 ) 固体燃料干馏煤气 利用焦炉、连续式直立炭化炉和立箱炉等对煤进行干馏所获得的煤气称为 干馏煤气这类煤气中甲烷和氢的含量较高，是城市燃气的重要气源之一。 第一章绪论 表1 i燃气的组分及低发热值 低发热值 组分( 体积) 类别( k j n m 3 ) c h 4c 3 h 8c 4 h 1 0c m h nc oh 2c 0 20 2n 2 纯天然气 9 8 0 30 3 o 413 6 2 2 0 天 石油伴生气 8 1 - 76 24 8 64 9 40 30 21 84 5 4 7 0 然 气 凝析气田气 7 4 36 7 51 8 71 4 。9 1i 6 20 5 54 8 3 6 0 矿井气5 2 45 2 44 6 73 6 1 8 8 8 4 0 焦炉气 2 72 7265 63l51 8 2 5 0 干 连续式 馏 直立碳化炉1 8 1 71 75 6 5 0 321 6 1 6 0 煤 煤气 气 立箱炉煤气2 59 55 560 541 6 1 2 0 气压力气化煤 1 8o 。71 85 63o 341 5 4 1 0 人化气 工 煤水煤气 1 23 4 45 28 20 241 0 3 8 0 煤气 发生炉煤气 1 8o 43 0 48 42 4o 25 6 45 9 0 0 气 重油蓄热热 油 2 8 53 2 1 72 6 83 1 52 1 3o 62 3 94 2 1 6 0 裂解气 制 重油蓄热催 气1 6 651 7 24 6 5716 。71 7 5 4 0 化裂解气 高 炉 0 32 82 7 1 0 55 8 5 3 9 4 0 气 液化石油气( 概略值) 5 05 01 0 8 4 4 0 ( 2 ) 固体燃料气化煤气 压力气化煤气、水煤气、发生炉煤气等均属此类。压力气化煤气的主要组 分为氢和含量较高的甲烷，发热值在1 5 1 0 0 k j n m 3 左右。水煤气和发生炉煤气 的主要组分为一氧化碳和氢。这两种煤气的发热值低，毒性大，不能单独作为 2 第一章绪论 城镇燃气的气源，但可和其它燃气掺混，作为城镇燃气的调度气源。 ( 3 ) 油制气 按制取方法不同，利用重油制取城镇燃气可分为两种：重油蓄热热裂解气和 重油蓄热催化裂解气。重油蓄热热裂解气以甲烷、乙烯和丙烯为主要组分。重 油蓄热催化裂解气中氢的含量最多，也含有甲烷和一氧化碳。 ( 4 ) 高炉煤气 高炉煤气是冶金工厂炼铁时的副产气，主要组分是一氧化碳和氮气。 3 液化石油气 液化石油气是开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化 合物。目前我国供应的液化石油气主要来自炼油厂的催化裂化装置。液化石油 气的主要成分是丙烷( c 3 h 8 ) 、丙烯( c 3 h 6 ) 、丁烷( c 4 h i o ) 、丁烯( c 4 h 8 ) ，习惯 上又称为c 3 、c 4 。在燃气事业中，发展液化石油气投资省、设备简单、供应方 式灵活、建设速度快。 1 1 2 燃气事故的成因、危害及案例 1 1 2 1 燃气事故易发主要是以下燃气的特性造成的 1 易扩散性 扩散性是指物质在空气及其它介质中的扩散能力，燃气的扩散能力取决于 密度与扩散系数两个主要因素，燃气扩散能力越强，火势蔓延越快，火灾燃烧 面积就相应扩大。 2 易缩胀性 城市燃气具有明显的压缩与膨胀性质，并遵循p v - n r t 定律。天然气、人工 煤气通常以管道方式供气，上海高压管网压力为1 6m p a 、0 8m p a ，中压管网 压力为0 1 m p a , - 一o 4 m p a ，进入家庭时一般小于0 0 1 m p a ，一般为5 0 0 0 p a 。 3 易燃烧性 燃气的最小点火能量较低，其范围在0 1 9 m j - - o 2 8 m j 之间。火焰传播速度 较快。 4 易爆炸性 在燃气火灾事故中，约有一半以上的燃气火灾都是首先由爆炸引起起火燃 3 第一章绪论 烧的。爆炸范围越宽，下限浓度越低，火灾危险性越大。例如天然气爆炸浓度 为5 - - 1 5 ，液化石油气为2 - - - - 1 4 ，水煤气为6 - - - 7 2 。他们的火灾危 险性为天然气 液化石油气 口第! 方损害 口材料映陷 口腐蚀 口地基移动 片他 2 2 5 图18 美国燃气管道事故原因的统计比例 欧洲燃气管道事故信息组织自1 9 7 0 年开始收集整理高压燃气管道破坏资 料，截止1 9 9 8 年底已经累计相当与2 0 0 多万公里管线的事故资料，图l7 为事 敲原因的统计比例。 表14燃气管线事故率比较 事故率 围家或地区 ( 1 0 1 次l c 】t 1 年) 美国 前苏联 欧洲 平均 吣惑一囊吣烈一冀 第一章绪论 美国是世界上建设燃气管道最多也是最长距离的国家。美国能源部曾对运 行中的燃气管道所发生的5 8 7 2 起事故进行了统计分析，见图1 8 。 表1 4 为美国能源部根据统计标准得出的燃气管道事故统计发生率，表中 显示美国每年每千公里燃气管道事故率在三者中最高。原因是美国有5 0 的管道 运行时间已超过4 0 年。 比较上述国家和地区燃气管道的事故原因，可知尽管各事故原因在不同国 家所占比例不同，但事故主要原因都是外力影响( 第三方损害、地基移动等) 、 腐蚀、材料及施工缺陷三个方面。 在美国和欧洲地区，造成管道事故的主要原因是第三方损害。相对于前苏 联，美国和欧洲地区人口密度高，因此，第三方损害造成的燃气管道事故占到 4 0 5 0 ，而前苏联第三方破坏造成的管道事故仅占到1 6 9 。 另外，在欧洲较小口径的燃气管道受第三方损害比例一直高于大口径管道， 这主要与管壁厚度和管道埋设深度密切相关，随着大口径管道建设数量的增多， 第三方损害造成的燃气管道事故在欧洲已有所下降。中国人口密度高，尤其是 城市地区的燃气输配管道，更易受到第三方损害。 腐蚀在燃气管道事故中所占比例也比较大，其中俄罗斯在统计的燃气管道 事故中，腐蚀原因占了3 9 9 ，是燃气管道事故的首要原因。而美国和欧洲地区， 腐蚀是造成燃气管道事故的第三位原因。 材料缺陷和施工缺陷在美国和欧洲地区是燃气管道事故的第二大原因，而 俄罗斯在统计的燃气管道事故中，材料缺陷和施工缺陷导致的事故占到了3 5 ( 材料缺陷1 3 3 ，焊接缺陷1 0 8 ，施工缺陷1 0 9 ) 。因此，材料缺陷和施 工缺陷对燃气管道安全运行的危害也是非常大的。 图1 9 是四川天然气输气管道在所统计的1 5 5 次事故中，各类事故原因所 占的比例。 图1 1 0 归纳统计了近年来上海地区燃气( 主要指人工煤气、天然气等) 管 网事故原因及其比例，这不仅对采取合理措施，以降低燃气管道事故，而且对 于燃气管网的风险评价都是非常有益的。 1 7 第一章绪论 0 3 8 7 1 口第= 方损害 口箍i 缺陷和材料缺陷 口庸蚀 口不良环境影响 图19 四川天然气输气管道事故原囡的统计比例 5 00 7 3 * 口第= 方损害 口施工缺陷和材料缺腊 口庸蚀 口操作失误 其他 图l 】0 上海燃气管道泄漏事故原因的统计比例 我国在城市燃气管网风险评价技术方面的研究工作还处于起步阶段，其现 状是：缺乏针对我国城市燃气管网实际情况的风险评价技术标准；缺乏相应的 信息数据库标准；缺乏完善的关于城市燃气管网安全性的工程技术体系。由于 基础数据f 分缺乏，对城市燃气管网开展全面、系统的风险评价还不具备充分 的条件。 目前正在逐步建立针对我国城市燃气管网实际情况的风险评价技术标准、 信息数据库标准和城市燃气管网安全性的工程技术体系。截至目前，在城市燃 气管网及应用系统的安全风险评价方面，国内只有就某一特定方面的安全问题 的研究，间或有零星的、个别的关于安全问题、可靠性问题的研究，但这些研 一霾 0 m i 第一章绪论 究工作缺乏深度，同时也缺乏系统性或全局整体性的探讨。所有这些都需要在 相关科学研究和实际应用中，紧密跟踪国外的最新研究成果，不断进行基础性 数据的积累，结合我国的具体情况，组织多学科的技术力量协同攻关解决。 1 4 研究内容 针对目前城市燃气管网安全管理的现状，我认为要解决安全问题，应该从 以下三个方面入手 1 建立和完善详尽的地下管网资料。如目前上海燃气市北公司建立的g i s 系统。目前市北公司已经完成管网数字化( c a d 图库) ，这是进行安全评估的基 础。 2 找出风险评估的对象。对影响管网系统的安全因素都考虑进去。然后进 行分类和甄别，找出最薄弱环节和工作重点。( 这是本文将主要讨论的问题) 3 建立安全评估的模型。参考已知的安全评估算法来评测管网的风险。进 行充分的研究后可以用于指导实践。按照模型给出的进行更新。跟踪模型评估 的结果，并不断完善模型。针对天然气大量到沪、人工煤气用户大量转换为天 然气用户，以及城市道路更新的进度，也必须进行新形势下的应用研究。 城市燃气管网系统风险管理系统建设的目的就在于对所面临的风险进行评 价与预测，将供应系统的风险程度控制在合理的可接收的范围内，并确定合理 的事故应急措施，以达到降低系统风险发生的概率和后果的严重性，在风险评 价基础上完善城市燃气管网及应用系统的风险管理。 本文将通过对国内外风险评估理论的回顾和分析，结合上海市燃气管网及 应用系统的实际情况，选择出合适上海地区特点的风险评估方法，建立风险评 价模型，对系统失效可能性进行评价，对失效后果进行评估，并通过风险等级 的划分，对系统进行预防措施的研究，完成城市燃气管网及应用系统的风险管 理规划。 1 9 第二章风险管理体系 第二章风险管理体系 2 1 风险评估的理论基础 可靠性这一术语可以是对元件设备内或系统等抽象的定性描述，也可以是 对元件设备或系统等具体的数量描述。多年来的实践证明，系统失效属于随机 过程。并不呈现连续性变化，因此，为了描述一个元件可靠性水平的高低，常 利用概率将描述可靠性的概念数量化，这就是可靠性理论中衡量可靠性水平高 低的指标。 2 1 1 常用可靠性指标 评价元件设备或系统常用的可靠性指标有：可靠度、失效度、失效密度、失 效率、修复率等。现列如下： 1 t = t i 时刻，系统可靠度 r ( t ) = l i m r x 。f ( t ，) - - i p r o 2 t = t i 时刻，失效度 3 失效密度 4 失效率 5 修复率 ，( f ) = l i m rx 。f , t 。) n + ，o 础) = 羔 万- i 咖 璺蔬 = )t疋 矗 璺蔷 = 、jl门 一 第二章风险管理体系 说明： n n 个同一形势的观测系统 “观测时间间隔 a r ( t , ) 在任意f 中的失效数 m ( t ) 在t 时刻后单位时间内修复的系统数 m ( t ) 在t 时刻剩余未修复的系统数 2 1 2 布尔代数简介 布尔代数是意大利数学家b o o l e 创立的用于计算逻辑关系的一种数学方法。 它的基础是集合论。所谓布尔代数就是按照集合的运算法则对集合中的各元素 进行计算的数学方法。而对x ，y ，z 进行并、交、补等运算的数学表达式 = ( x ，y ，z ) 称为布尔函数。当元素x ，y ，z 的值只取0 或1 时，这种变 量称为布尔变量。即布尔函数( 五，旄) 的值由布尔变量的值来确定。已知 五，x 。只能取0 或1 ，所以中也只能取0 或l ，布尔变量运算法则h 如下 表1 5布尔变量法则运算 序号计算法则关系式 l 交换律 x + y = y + x x y = y x - l ， t lj - 7 、! ，4 - 1 ，、- b 7 、，、， 2 结合律 x ( 弦) = ( x y ) z 3 吸收律 ( x + y ) x = x ，x + x y = x ，1 1 4 - ，、! n ，l r 7 、， 4 分配率 x + y z = ( x + y ) ( x + z ) 5 幂等律 x x = x y j ly 一1 6 互补性 x = o x + 1 ，= 驯 7狄摩根定理 x y = x + y 2 l 第二章风险管理体系 2 1 3 割集( c u ts e t s ) 和径集( p a t hs e t s ) 割集和径集本来是图论中的概念，应用于事故树分析中。求出事故树的最 小割集或径集，对于城市燃气管网系统中进行可靠性计算。 2 1 3 1 割集( c u ts e t s ) 和最小割集( m inim aic u ts e t s ) 设燃气输配系统由n 个基本部件五，组成，n 为部件的序号：以元表示 i 个部件的状态向量，服从( 0 ，1 ) 分布，元见有多种状态取值，此处假定部件只 取事故发生和事故不发生两种状态，则有 x = g 淼) 系统的状态以( i ) 表示，亦服从( o ，1 ) 分布，在事故树f t 中( 叉) 即是顶 事件的状态。因为部件只取了两种状态，所以( x ) 也只有两种状态，即： 孵，= 骺燃) 可以证明，按上述方法建立的事故树，其顶事件t 与底事件是单调并联关 系，即西( x ) 与x 之间是单调并联函数关系，所以可以表示为： ( x ) = ( 五po , ，以) 其中：肛，疋) 为基本部件砧的状态向量 以向量苫表示有基本部件组成的集合： 苫= q ，巳) 令：向量云= q ，i ，) c ；，是基本部件苫的一部分，即f ii e i 所组成的一 个分集合，其中i 是由部件的角标组成的一个子集合，且满足 i 1 ，2 ，n ) 当 一f 1 ) ( i = 1f ，底事件发生 口2 t ox i = of ，底事件发生f 使得( 叉) = l 成立时，则定义云是事故树f ，r 的一个割集。 第二章风险管理体系 当云= 气，已。) ，i 甩是一个割集，如果不再有一个子集合三也是一个割 集，满足三；三时，则定义三为最小割集。 也就是说，给定事故树，三= ，已。) 是由i 个基本事件组成的集合，f i ， 若三中每个基本事件都发生时( x a i = 1 ) ，顶事件( x ) 也必然发生( ( x ) = 1 ) ， 则称云是一个割集：若将三中的任意一个基本事件去掉，云中其余基本事件都发 生( x a i = 1 ) ，此时顶事件( x ) 就不发生，则称这样的割集为最小割集。 由最小割集的定义可知，最小割集是从系统事故模式出发，每一个最小割 集就是导致事故树顶事件发生( 事故) 的一个故障或事故模式。 2 1 3 2 径集( p a t hs e t s ) 和最小径集( m i n i m a lp a t hs e t s ) 割集和径集是对偶概念，它是从顶事件t 不发生，即系统不失效这一角度 出发的。 同样的燃气输配系统，令向量云= p ，i j ) c ；是由基本事件苫的一部分，即 i j 所组成的一个子集合，其中j 是由e l 的角标组成的一个子集合，且满足 j e 1 2 一n ) ， 当： 彳f 1x j = if 不属于j 底事件发生1 。 l0 x = of 属于j 底事件发生i 使得m ( x ) - - - - 0 成立时，则定义b i 是事故树的一个径集。 当占= e b 白。) ，j n 是一个径集，如果不再有一个子集合b 也是一个径 集，且满足云c 舌时，则定义云为最小径集。 也就是说，给定事故树，云= e 6 i ，吃) 是由i 个基本事件组成的合集， i j 1 ，2 ，刀 ，若b 中每个基本事件都不发生时( 凰= 0 ) ，顶事件( x ) 也 必然不发生，( 叉) = 0 ，则称舌是一个径集，若将舌中任意一个基本事件去掉，占 中其余基本事件均不发生( x b i = 0 ) ，此时顶事件西( x ) 发生( ( x ) = 1 ) ，则称这 样的径集为最小径集。 根据径集的定义可知，最小径集是导致顶事件不发生的一个成功模式，只 要找尽一个顶事件的所有最小径集，就可以计算出顶事件不发生的概率，从而 对系统进行定量评价。 第二章风险管理体系 2 1 4 用最小割集或者最小径集表示顶事件的结构函数 2 1 4 1 用最小割集表示 设顶事件( i ) 的最小割集三有j = l ，2 ，n p 个，j 为最小割集的序号，脚 为最小割集的个数，贝t ja j = 口。，a ，) 由于顶事件( i x ) 与基本事件状态i 之间存在单调并联逻辑关系，且每个最 小割集的发生，即面：1 时，( i ) 也必然发生，即( i ) - - 1 因此，每一个最小 割集之间是逻辑和关系( 并积) ，故结构函数可以表示为 ( _ ) = 0 毋 j = l 又因为最小割集中所有基本事件必须同时发生，即m = 1 ，i i ，所以各个基 本事件发生之间为逻辑积( 交积) 关系，即 a j = x - r 、x z x ) = n 石 t = l 代入上式得 ( 叉) ：u n t 彪 j = it = l 该结果即为以最小割集表示的顶事件发生。( 叉) = 1 的结构函数。 2 1 4 2 用最小径集表示 设顶事件( i x ) 的最小径集云有j = l ，2 ，砌个，j 为最小径集的序号，砌 为最小径集的个数，则磅= 包，如) 由于顶事件( i ) 与基本事件i 之间存在单调并联逻辑关系，且每个最小 径集不发生，即磅= o 时，顶事件( 页) 也必然不发生，即( i ) - - 0 ，因此每个 最小径集之间是逻辑和关系( 并积) 。如上文所述，m = 1 x = 1 为基本事件发生( 事 故) ，则x = 0 为其补事件，即顶事件不发生( 正常) ，则其结构函数为： 2 4 第二章风险管理体系 而：i = ：j 历 j = l 又因，最小径集中的基本事件均必须同时不发生，所以各不发生事件问的 关系为逻辑积( 交积) ，即： 带入上式则 根据摩根定理儿3 有 磅= 鬲n 夏习= j = l 焉 面蓊：0 历 面 j = lj f f i = = = = = = 却，砌1 ( 叉) = ( i ) = 0 历n 瓦= n 历u 琢 j = lj = lj f f i y f f i l 以上简要介绍了下文分析城市燃气管网系统将会用到的有关可靠性与风险 研究的基础理论知识，为城市燃气管网可靠性问题的解决提供理论依据。 2 2 风险管理体系的一般性结构 2 2 1 风险管理概述 风险管理是一门新兴的管理学科，越来越受到各国工业安全领域的重视， 在企业安全管理中广泛而迅速的得到推广和应用。在西方发达国家，风险管理 己普及到大中小企业。风险管理是指企业通过识别风险、衡量风险、分析风险， 从而有效地控制风险，用最经济的方法来综合处理风险，以实现最佳安全生产 保障的科学管理方法。 隐患、风险、事故呈单向线性关系，只要消除隐患和风险其中一个环节就 可以阻止事故的发生。但很多隐患是客观存在的，是不以人的意志为转移的。 因此阻止事故发生的关键是对风险进行有效的管理。 风险管理，就是人们对潜在的意外损失进行辨识、评估，并根据具体情况 第二章风险管理体系 采取相应的措施进行的处理。工程风险管理是将管理科学的方法、过程、实践 具体应用于工程建设进行风险辨识、风险评估、风险控制、风险检测等。 2 2 2 风险管理的原则 风险管理有以下两个原则： 风险最小化原则。通过科学的管理将各个方面工程建设的风险降到最低， 将工程的实际投资控制在计划投资范围内，实际工期不超过计划工期，工程达 到预期目标。 风险的公平分配原则。对于无法避免的风险，在风险承担上应注意公平分 配，根据参与各方承担能力大小，在经济上、可行性上分摊风险。不公平的风 险分摊容易导致双输的局面。 2 2 3 风险管理的基本步骤 风险管理决策的内容及基本步骤 1 风险辨识。详细分析各备选方案，找出有可能导致事故发生的所有风险， 并将各类风险进行划分，找出主要风险源或事件，可能是外部原因，也可能是 内部原因。建立事故树框图，详细描述可能引起出现相应事故的模式及逻辑关 系。 2 风险源分析与评价。估算风险出现的可能性，预测事故发生的损失大小。 确定安全标准、可接受的准则，对风险进行评价，并提出规避风险的建议。 3 规划与决策。根据风险分析的结果进行规划，选择处理风险的合适方法， 如风险自留、控制或转移。对于能承担的风险可采取自留的方式，为可控的风 险制定预防或抑制的对策，对无法承担的风险进行转移。 4 实施风险管理决策。按照事先的风险规划制定可靠的安全计划、有效的 应急预案，选择保险公司等，并付之行动。 5 风险检测与检查。实时按照安全标准或准则，对实施过程中的风险进行 监控，记录检查结果，并根据已有的安全计划或应急预案采取相应的动作。 第二章风险管理体系 图2 1 风险管理体系 根据风险管理的目的，风险管理体系由风险评估和风险控制两部分构成， 而风险评估和风险控制又包含风险分析、风险评价和决策、实施、检测等内容， 见图2 1 。 2 3 风险评估 风险评估包括风险分析和风险评价。所谓风险分析就是在特定系统中，进 行危险辨识、频率分析、后果分析的全部过程。危险辨识目的在于确定危险源 并定义其特征；频率分析目的在于分析待定危险源导致事故发生的频率和概率； 后果分析目的在于分析待定危险源在环境因素下可能导致的各种事故及其可能 造成的损失。 第二章风险管理体系 2 3 1 风险分析 风险分析包含危险辩识和风险估计两部分。 风险分析目的之一是辩识危险或识别风险。由于隐患是成为风险的前提条 件，所以辩识危险，首先要查出在生产运行中的各种隐患，并估计其发生的可 能性和导致的后果，将其登记在册，作为对风险进行管理的主要依据。例如， 燃气管道风险登记表可参见表2 1 。 表2 1风险登记表 风险登记索引号码： 燃气管道运行环境： 风险类型：( 泄漏、火灾、爆炸、中毒等) ： 风险描述： 最终结果：( 受伤、死亡、环境破坏、财产损失等) 登记人： 登记日期： 1 危险辩识 危险辩识是发现、识别城市燃气管网系统中危险源的工作。只有辩识了危 险源后才能有的放矢地考虑如何采取措施控制、消除危险。 危险源一般分两类：一是在实际生产中往往把产生能量的能量源或拥有能 量的能量载体以及产生、储存危险物质的设备、容器或场所称为第一类危险源， 如城市燃气管网系统中，燃气及其管网和储存设施；二是为保证第一类危险源 的安全运转，必须采取措旖约束、限制能量，但约束限制能量的措施可能失效 而发生事故，把导致能量或危险物的约束或限制措施破坏或失效的各种不安全 因素称为第二类危险源，如设计缺陷、材料和施工缺陷、外力破坏等。 第一类危险源是事故发生的前提，决定事故后果的严重程度；第二类危险 源是第一类危险源导致事故的必要条件，决定事故发生的可能性大小。两类危 险源的危险性随着技术水平、管理水平和人员素质的不同而不同。 对于城市燃气管网系统而言，燃气、燃气生产设备、燃气管网、燃气储存 第二章风险管理体系 设施以及燃气应用装置等，都属于第一类危险源。燃气易燃易爆。燃气泄漏后 与空气混合，当其浓度处于一定范围时，遇火即发生着火或爆炸。爆炸浓度极 限范围越宽，爆炸下限浓度越低，则着火或爆炸危险性就越大。燃气的爆炸极 限范围约为5 - 1 5 。燃气为烃类混合物，属低毒性物质，但长期接触可导致神 经衰弱综合症状。燃气中的甲烷属“单纯窒息性气体，高浓度时人会因缺氧 而引起中毒，当空气的甲烷浓度达到2 5 - 3 0 时人会出现头昏、呼吸加速、运动 失调。燃气如果燃烧不完全，会产生一氧化碳剧毒物质，人吸入后，造成人体 组织缺氧，神志不清，甚至危及生命。而作为燃气生产、输配和应用的设备或 装置，如果控制或使用不当就会引发事故。 燃气及其应用设备或装置的危害危险性是固有的，只有通过采用先进的安 全管理措施和安全控制装置，防止燃气泄漏，保证各类与燃气有关的设备或装 置安全运行，才能避免燃气事故的发生。而所有会导致燃气事故发生的不安全 因素，都属于第二类危险源。对于城市燃气管网系统的第二类危险源与城市燃 气管网系统风险管理密切相关。 2 风险估计 风险估计的目的是分析危险导致事故的可能性( 概率) 和事故后果。 进行风险分析需要获得关于事故发生的频率或概率分布信息。获得概率的 信息一般有两种途径：一是根据大量的试验进行统计计算；二是根据概率的古 典定义，用分析的方法进行计算。由于上述两种估计是以客观存在的数据为基 础，故称为概率的客观估计，按这种方法得到的概率称为客观概率。 实际上，在城市燃气管网系统的运行中往往不能获得充分的信息来进行 计算事故发生的客观概率，比如对一段运行多年的高压燃气管道进行事故发生 概率分析，不但需要收集大量信息，通常还需要进行大量的试验，在目前的许 多情况下是难以做到的。特别是有些风险事件目前尚未发生，事前很难对其作 出准确事故发生概率的分析。但在风险决策分析中，又必须对事件出现的概率 进行估计。此时，只好由决策者或分析人员对事件发生的概率作出主观估计。 这种既没有大量的历史数据作依据，又未通过试验或精确计算，主要靠个人主 观判断获得的概率称为主观概率n 2 j 。 一般情况下，主观概率的定义可以描述为：根据对某事件是否发生及该事 2 9 第二章风险管理体系 件发生可能性大小的个人主观判断用吟0 - - 1 之间的数来描述事件发生的可 能性，此数值即为主观概率。 应当指出的是，主观估计虽然是一种个人的主观判断，但它并不是随心所 欲、毫无任何依据的瞎猜，而是估计者根据当时所获得的其他相关信息、类似 的经验数据及个人的合理判断与理性分析得到的结果。因此可以认为，主观概 率是客观概率的近似值。近年来，主观概率在风险估计中的应用已日益受到入 们的关注和重视，应用也越来越广。 主观估计是用较少信息量作出估计的一种方法，它常表现为分析者个人对 风险发生概率作出迅速的直接判断。对于不能通过试验或没有足够的历史数据 来估计风险的情况，直接判断是一种有效和可行的方法。分析人员进行主观判 断时，他实际上是在运用自己长期积累的经验和相关知识，并将其转化为一种 估计风险状态概率的有用信息。这些信息虽然不是一种可用于客观估计的直接 信息，即属于隐性信息，但是用作主观估计以获得主观概率，这种信息是非常 重要的。虽然主观估计有时存在一定偏差，甚至是较大的偏差，主观概率在风 险决策分析中仍然发挥着重要作用。主观概率的估计可以通过累积概率法、专 家咨询法、社会调查法等多种方法进行。 对风险事件发生概率的估计还有第三种方法，称为行为估计。它不是直接 由大量试验或计算分析得出概率，也不是完全由决策者或分析人员主观判断而 得到的，而是主观估计与客观估计相互结合产生的新方法。这种由合成而得的 第三种估计概率称为“合成概率”。 城市燃气管网系统事故统计与分析等方面的工作目前相关部门已经非常重 视。但是，城市燃气管网系统中各类危险因素所导致事故发生的统计资料尚非 常缺乏，不足以计算事故发生的客观概率，何况有些事故的发生非常稀少，客 观概率更加难以计算。因此，在风险分析中概率的主观估计方法仍将起着重要 的作用。 城市燃气管网系统事故发生概率可以结合故障树、专家咨询法n 2 3 一钔等方 法进行分析计算。 城市燃气管网系统事故一旦发生，其后果不仅会影响用户的正常用气，还 会造成人员伤亡、财产损失、环境污染等n 吲。至于事故后果的量化计算非常复 杂，由于影响因素众多，因此，不但需要大量的事故统计资料、复杂的数学模 型建立，更需要大量的实验工作。 第二章风险管理体系 2 3 2 风险评价 风险评价的目的就是判定风险的程度。城市燃气管网系统的风险等级根据 评价方法的不同，可分为风险绝对等级和风险相对等级。风险绝对等级是按一 定标准划分的风险等级，使得可以在不同类城市燃气管网系统间进行风险大小 的对比；风险相对等级，表示同一类城市燃气管网系统( 如，同一种燃气) 不 同环节间的相对风险大小。无论是风险绝对等级，还是风险相对等级，都需要 大量评价结果资料的统计分析，才能客观地进行等级划分。 风险程度可以分为高风险、中风险和低风险。对于低风险，可以通过城市 燃气管网系统运行程序进行管理；中风险需要坚决进行管理；而高风险是城市 燃气管网系统运行中不能容忍的，必须采取措施以降低风险程度。但是在确定 各级风险程度的范围时，首先需要确认风险可接受水平。 1 风险可接受水平 在风险分析的基础上，需要根据相应的风险标准，判断评价对象的风险是 否可被接受，是否需要采取进一步的安全措施，这就是风险评价过程中要完成 的工作，在此过程中首先要有一个风险评价标准即风险容忍度。 “风险容忍度 表示在规定的时间内或某一行为阶段可接受的总体风险等 级，它为风险评价以及制定减小风险的措施提供了参考依据。因此，在进行风 险评价之前预先给出。风险容忍度确定要符合企业( 公司) 的经营理念和文化。 风险容忍度与公司的商业目标有关，不是固定的或者静态的，而是动态的。 风险标准是为管理决策服务的，其制定必须是科学、实用的，即在技术上 可行，在应用中有较强的可操作性。标准的制定首先要反映公众的价值观、灾 害承受能力，其次必须考虑社会的经济能力。人们往往认为风险越小越好，这 是一个错误的概念，减少风险是要付出代价的。无论减少危险发生的概率还是 采取防范措施使发生事故所造成的损失降到最小，都要投入资金、技术和人力。 通常的做法是将风险限定在一个合理的、可接受的水平上，根据影响风险的因 素，经过优化，寻找最佳的投资方案，接受合理的风险。 在城市燃气管网系统风险评价中，可以采用“最低合理可行( a l a r p ) 原 则。该原则的含义是：任何工业系统中都是存在风险的，不可能通过预防措施 3 1 第二章风险管理体系 来彻底消除风险；而且，当系统的风险水平越低时，要进一步降低就越困难， 其成本往往呈指数曲线上升。也可以这样说，安全改进措施投资的边际效益递 减，最终趋于零，甚至为负值。必须在风险水平和成本之间作出一个折中。 忍区 图2 2 风险评价的a l a r p 原则示意图 a l a r p 原则n 4 1 可用图2 2 表示，具体说明如下： 对工业系统进行定量风险分析，如果所评估出的风险指标在不可容忍线之 上，则落入不可容忍区( 高风险区) 。此时，除特殊情况外，该风险是无论如 何不能被接受的。 如果所评出的风险指标在忽略线之下，则落入可忽略区( 低风险区) 。此 时，该风险是可以被接受的，无需再采取安全改进措施。 如果所评价出的风险指标在可忽略线和不可容忍线之间，则落入可容忍区 ( 中风险区) ，此时风险水平符合“a l a r p 原则”，需要进行安全措施投资成本 一风险分析，如果分析结果能够证明进一步增加安全措施投资对工业系统的风险 水平降低贡献不大，则风险是可容忍的，即可以允许该风险存在，以节省一定 成本。 风险的衡量包括两个方面的内容：损失发生的频率和严重性。 ( 1 ) 损失频率的估计：由风险单位数、损失的原因和损失的形态三个因素 组成，其三者的关系如图2 3 所示： 3 2 第二章风险管理体系 图2 3 风险单位数与损失的原因及状态的关系 风险发生概率水平见表2 2 ： 表2 2风险发生概率水平分类 级别频率描述概率定义分布 a 不可能 x l o 。6 b难得的1 0 8 x i 0 3 c 偶尔的 1 0 3 x l o 一2 d 可能的 i 0 2 x 1 0 q ( 2 ) 损失程度的估计 估计损失程度时需考虑两个方面的内容：一是损失的时间，二是以货币为形 式的损失量。考虑一个原因导致的多方面损失，包括直接损失和间接损失等， 涉及的多单位的损失。风险后果分级如表2 3 所示： 2 风险评价方法 对风险进行评价可采取定量评价和定性评价两类方法。定量评价需要各类 专业人员合作，一般过程复杂。定性评价主要通过人的主观判断进行评估，方 法相对简单，适用于对各类风险进行评价。例如，目前国际上比较流行的是利 用“风险矩阵图”对风险进行定性评价，见表2 4 。图中深红色区域为高风险区， 黄色区域为中风险区，绿色区域为低风险。 3 3 第二章风险管理体系 表2 3风险后果分级 后果描述级别定义 采取相应措施 较少的引起次要系统 后果可忽略的破坏，更少的人，更 可不采取控制措施 少的职业病害 次要系统及环境破坏， 后果较轻 轻度伤人，轻度职业病 可适当采取措施 害 主要系统或环境破坏， 后果较重重度伤入，重度职业病必须采取措施 害 结构毁坏，系统失效或 灾难性后果四严重的环境破坏以及必须排除 人员伤亡 如果对某区域燃气管网评价出的风险程度出现在“风险矩阵图的红色区 域，那么这种风险是主要的风险，必须及时采取相应技术和( 或) 管理措施以 降低该区域的风险程度，使风险程度至少要降到在黄色区域。 表2 4风险矩阵图 后果 可能性 l2345 等级 普遍、周、 人损害 操作中不太可有多次发 可能发生 日都有发 没听说过能发生 生的可能 生 3 一1 ” a 可忽略的可忽略 i b 轻微的轻微的 c 主要的局部的 i d 个体死亡区域性 一。je 多人死亡灾难性 ：j - _ d d j h 目- 山1 第二章风险管理体系 风险程度定量评价法n4 1 5 1 是对已识别的与风险有关的因素赋值，用不同的 方法作定量的评价。管道风险指数评价法口1 3 3 是其中之一，该方法就是将可能影 响燃气管道风险的各种环境条件、人的行为、预防措施等赋予不同的指数值， 这些指数值来自于以往事故的统计资料和操作人员( 专家) 的经验，经过计算 最终得出相对风险程度，该方法的最大优势是包含的信息量大，且考虑了一旦 管道泄漏后对环境和周边人员的危害程度，该方法在城市燃气管网风险评价中 应用详见下面章节。 2 4 风险控制 风险管理的另一组成部分是风险控制，也称为风险决策，包括决策、实施 和实施结果的检测。 风险控制是风险管理的最终目的。风险控制就是要在现有技术和管理水平 上，根据风险评价的原则和标准，提出各种风险解决方案，经过分析论证与评 价，从中选择最优( 满意) 方案并予以实施的过程，以最低的成本达到最佳的 安全水平，具体控制目标包括降低事故发生频率、减少事故的严重程度和事故 造成的经济损失程度。 风险控制技术有宏观控制技术和微观控制技术。宏观控制技术以整个风险 控制对象为对象，运用系统工程原理对风险进行有效控制。采用技术有：法制 手段( 政策、法令、规则制度) 、经济手段( 奖、罚、惩) 和教育( 长期的、 短期的、学校的、社会的) 。微观控制技术以具体的危险源为控制对象，以系