油气长输管线的安全可靠性分析

1、油气长输管线的安全可靠性分析风险是一些人们所不希望发生的事件的可能性，它由发生这类事件的可能性及其后果的严重程度两方面组成。管线系统的风险既包括由于管线的事故所导致的直接风险，也包括了间接的商业上的风险。油气长输管线的完整性评估是保证服役管线安全可靠运行的必不可少的工作，风险评估是它的一个重要组成部分。我国目前油气长输管线已有接近2万公里，而且随着我倒国民经济的发展，如“西气东输”等，还会建成更多的长输管线，井且在不太长的时间内会形成全国性的油气长输管网。因此，开展对油气长输管线的风险评估分析，进行风险管理，是一项亟待解决的重要问题。本节下面即围绕风险评估、风险优化分析、风险管理等问题，概括地

2、做些初步介绍。一、管线系统的风险评估风险是危险转变为现实的概率及造成的损失程度的综合。它由危险事件出现的概率及危险发生后造成的损失和影响两部分组成。风险评估是根据管线系统的有关资料和信息，对事故的概率及其造成的影响和结果所进行的综合评估。风险评估可以根据得到的风险值，综合考虑各方面的因素，为重大决策提供依据。目前国内外在工程上采用的风险评估方法可分为两大类，即量化分析法及模糊评分法，今具体介绍如下。1 管线系统风险的量化分析法它是先将整个管线系统划分出管段；然后利用概率模型对由于不同原因造成的事故的频率或概率，分段进行评估；再将整个管线系统看成是一个串联系统，根据各个因素引起管线系统发生事故率

3、（频率或概率）之和，求出整个管线系统的总事故率；随后，利用后果模型，评估事故引起的经济上的、人身安全及环境影响上的后果，将三种后果综合起来，得出总的后果，再将总后果与总事故率相乘，即可得出管线系统的总风险值。1） 风险值的计算模型风险值是指事故出现的概率与事故出现的后果损失大小的乘积。今给出其计算模型如下：（1）单项事故的风险值。设以Ri为第i种事故的风险值，Pi为第i种事故出现的概率（或频率）；Ci为第i种事故的后果损失（可以人民币表示），则R=PiXCi对于油气长输管线来说，事故通常可分成：外腐蚀、内腐蚀、第三方破坏、土壤移动、设计（材料）因素、系统安全因素及应力腐蚀裂缝等7类，这也就是说

4、i=1,2,3,，n,而n=7。（2）某段管段的某项事故的风险值。设整个管线系统共划分成m段，而第j段管段的第i项事故的风险值为Rij，则可写出Rij=Pij乂CijPij为第j段管段的第i项事故的概率；而Cij则为该段出现第i项事故后的后果损失。（3）整个管线系统的总风险值。设以Rs代表此总风险值。当管线共划分成m管段时，则mnmnRs=ZRRj=Z£PjxCjj=1i/j4i42）事故发生的概率从目前国内外油气长输管线工程界来看，一般均将管线系统的事故划分成7大类。它们各类事故发生的概率，应该通过大量统计数据得出，但根据国外墨西哥PGPB石油及天然气管道公司提供的数据，可供进行风

5、险评估时参考，其数据如下表所示。油气管线的事故发生的概率管线事故类别概率外腐蚀35%内腐蚀5%第二方破坏30%土壤移动5%设计（含材料）因素15%应力腐蚀裂缝0操作方面10%3）事故出现后的后果计算油气长输管线系统出现事故以后的后果，从总的方面来看，可包括三方面，即：人身财产安全损失方面、环境污染破坏影响方面、长远经济商业损失方面。但是，这三个方面的损失后果又可以归纳成为人员与金钱损失两大类。这两类的计算方法如下：人员的损失后果的计算。设管线系统发生事故的总概率为Rs,它可依式mnmnRs=ZRRj=£工PjxCj计算得出，在这些事故中要造成人员伤亡（如着火、爆炸等）的jmi4j1i

6、1事故的概率为Pp；事故时可能涉及到的人员总数为Np；在这些人员中有可能造成死亡的概率为Pd,则人员损失后果Cp的计算模型为：外Cp=R，Pp，Z（NpMR）内内、外是指本单位内部人员与外部社会上的人员而言。因为，例如气管线的泄漏，据专家评估在10mm内的泄漏量可达230000kg,若爆炸着火后，则不仅影响到本单位的工作人员，而且还要影响到周围社会上的人员，当然这个涉及到的人员的多少，是与社会人口状况分不开的。关于人口状况。美国DOT将油气管道所经过的地区划分成4类地区，即I类地区，居民少于10户；n类地区，居民在1046户之间；III类地区，居民多于46户；IV类地区为城市。计算“外”人员总

7、数时.一般是以管线中心线两侧各201m,在沿管线长1600m范围内来考虑。至于造成人员伤亡的事故发生的概率，以及事故中可能波及到人员死亡的概率，也应根据调查外研究及统计数据来求得。以式Cp=RsxPpxZ(NpxFd)中的概率Pp为例，以我国油气长输ppp内管线为例，按运营5000km的管线来统计，自建管至1993年的20年内，共发生爆炸、着火的事故8起；而自1994年至1997年10月就发生了11起。这样，若以每年、每公里管线发生的次数来做为事故率Pp,则11Pp=0.0005=0.55%(最低值)50004,11一或Pd=11一=0.0005=0.55%(最高值)p50004因此，概率Pp

8、可以考虑自0.008%0.055%之间取值。至于人员死亡的概率Pd通常标准中要求为每年每1000km是0.0001%。为了便于确定事故的发生的概率Pi见式R=PjXCi,下表还给出了我国及其它国家的一些统计数据，供参考。下表中，中国的油管线是19701990年共20年的统计，气管线是四川气管线自19691990年的统计；欧洲输油管线是19861990年的统计，输气管线是19701986年的统计；美国的油管线是19821991年的统计，气管线是19701984年的统计；俄罗斯只有输气管线的数据，是19811990年的统计。其中，欧洲的输气管道的统计数据中，因事故次数的统计是以次/(km-a)表示

9、的事故率，故未在表中列出。国内外一些油气管线的事故统计数据事故类别事故次数，次占总事故的百分比，中国欧洲美国俄罗斯中国欧洲美国俄罗斯油管气管油管气管油管气管气管油管气管油管气管油管气管气管外腐蚀134211352397224821.313.5527.6615.9027.516.933.0内腐蚀465229.676.9第三方破坏5261958131441278.314.2040.4250.5230.653.516.9管材1519119813191002.412.2623.406.985.222.513.3施工3841656.126.4513.378.6地面运动74.3焊接54812.810.8误

10、操作12921072220.54.265.62.9设备190421730.32.22.3其它702224964374011.13.874.2612.7826.15.3还应当指出，在计算人员损失后果时，对风险贡献最大的因素应为事故发生的概率及周围人口状况两个因素，应尽量提高它们的精确度。（2）经济的损失后果的计算。经济损失的后果一般均以金钱来表达。计算时应解决下列问题:单项经济损失的计算。应将事故发生后涉及到的经济项目，逐项折合成钱来计算。现以美国对于处理一次油气管线事故的花费为例，给出以每米管线损失的美元数表示的经济损失，如下表所示。美国油气管线事故的经济损失项目花费费用，美兀试压400管内检

11、测500第二方花费75全部更换管段21000各项经济损失的权重。计算出单项经济损失后，不是直接相加而得出总的经济损失，而是应该考虑各项经济损失的权重系数，将其与相应的各项经济损失相乘之后，再相加。至于权重系数的确定，它是根据统计数据，由专家评定。例如上表所示的各项损失费用中，管线内检测这一项的加权系数可取0.2。再例如在管线系统总损失中三项损失的权重，按照墨西哥油气管线公司（PGPB）的统计如下表所示。管线系统总损失中的各项所占比例事故后果项目名称权重人口影响40%环境影响35%商业影响25%上表中，环境影响是指油气管线的气体或液体介质在事故时发生泄漏后，对环境污染所造成的后果损失；人口影响是

12、泄漏或爆炸、着火时所造成的人员损失的后果；商业影响是指商业经营者在事故发生后导致的短期及长远的经济损失。此三项之和.即应为管线总损失。（3）损失后果汁算的步骤。现以油气管线的流体泄漏为例，给出其分析与计算后果的步骤的框图。如图所示。自图中可看出，其步骤如下：确定有代表性的流体及其性质；选择一套孔洞的尺寸，以得到风险计算中的后果的可能范围；估算流体可能释放出的总量；估计潜在的流体释放率（kg/10min）:确定释放的类型（持续态或瞬态），以制订模拟扩散及其后果的方法；确认流体的最终相（液态或气态）；确定潜在的由于释放受影响的区域面积及人口状况；分别计算燃烧或爆炸的经济后果损失、毒害人员的经济后果

13、损失、环境污染的经济损失、生产中断等商业经济损失，再考虑人口、环境、商业三方面的权重后叠加得出总损失费用。2.模糊评分法上面介绍的量化分析法，其优点是分析比较客观，可以得出较具体的、较精确的定量结果。但是，也可以看出，此法是比较复杂的，进行分析计算还是存在不少困难。因此，目前在油气管线工程上常用的是W.KentMuhlbauer提出的管线风险评分法。评分法是将管线系统引起事故的影响因素分为：腐蚀、设计、第三方破坏和操作等四大类，并且将它们假设成为相互独立的，然后，按照最坏的情况进行评分，还要结合输送介质的危险和影响面，得出相对风险数，风险数越大，表明风险越小。这种评分法，系统完整、应用方便。作

14、者提出的模糊评分法的想法是既要利用W.KentMuhlbauer提出的评分法的比较完整、比较成熟的优点，又要运用模糊数学中模糊综合评判法的适于解决具有模糊性问题的特点，将两者结合起来，进行油气管线系统的风险评估。因为风险本身就是既具随机性，又有模糊性，危险的发生具有随机性，危险的后果的评估没有明晰的界定，是有模糊性的。而且，评分本身也是在一个区间内，具有模糊性。所以，笔者认为采用模糊评分法进行油气管线系统的风险评估是一种可行的方法。下面围绕棱糊评分法的几个主要问题介绍如下。1）因素集以及评价集的分级管线系统引起事故的原因，在W.KentMuhlbauer提出的评分法中，将其归结为：腐蚀、设计、

15、操作和第三方破坏等四大类，这是一个集合，可称之为因素集。而对这些因素引起事故的可能性大小的评价，在评分法中是以得分多少来表达的，它也是一个集合，可称为评价集。因为各个因素的影响大小是不容易以确定性量来表达的，具有模糊性，所以在模糊数学的模糊综合评判法中即以模糊语言量词来表达，例如“很大”、“较大”“较小”等。同样，在评价集中对于引起事故的可能性大小的评价，也是有模糊性，也应该用模糊语言量词来表达。这样，这两个集合就都可以以模糊语言量词，分成：“很大”、“大”、“较大”、“中等”、“较小”、“小”、“很小”等7个量级来表述。根据模糊数学中关于模糊语言量词的隶属函数的描述。即可分别写出这7个量级的

16、隶属函数如下：“很大”=0,0,0,0.07,0.35,1.0T“大”=0,0,0.04,0.16,0.99,0.98T“较大”=0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11T“中等”=0,0.15,1.0,0.53,0.08,0.0T“较小”=0.27,1.0,0.27,0.05,0.01,0.T“小”=1.0,0.53,0.08,0,0,0T“很小”=1.0,0.3,0,0,0,0T这样，若根据W.KentMuhlbauer给出的各个因素的评分的上、下限之间，将其划分成6个相等的区间，则上式中相应某个模糊语言量词评语的矩阵中的每一个元素，即应为对应这6个评分区间的隶属度。例如，内腐

17、蚀的评分是015分，即上限为15,下限为零分，将其6等分，则应为：02.5,2.55.0,5.07.25,7.2510.0,10.012.50,12.515.0。若经专家根据影响管线内腐蚀的因素，如介质腐蚀性程度以及管线内保护层情况等，给出一个这些因素对内腐蚀的影响“较大”的模糊语言量词的评语，则按照上式中的“较大”的隶属函数，即可求得对应上述6个等分区间的隶属度为：0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11。这样，按照最大隶属度原则，083为最大隶属度，即内腐蚀的影响应依对应0.83隶属度的7.2510.0或10.012.5来评定，显然，以评定为10分为最佳。2)单个因素的模糊综合

18、评估因为引起管线事故的原因是多个，而每一个原因又为多个影响因素所制约，所以评估管线引起事故的可能性大小，应先从一个因素开始，按照模糊综合评估法来评估，这就叫做单个因素的模糊综合评判。上面举出的对内腐蚀这个单个因素的评价，已经是属于单个因素的模糊综合评判的例子。归纳这个例子的评判方法，可得出单个因素的模糊综合评判方法的进行步骤是：(1)划分单个因素评分上下限间为6个等区间。例如上面将内腐蚀评分的015分，划分成6个相等区间。(2)给出各个影响因素的模糊语言量词评语。例如影响内腐蚀的因素有：介质腐蚀性、管线内保护层状况等，分别给出它们对内腐蚀的影响，如介质腐蚀性的影响“较大”，管线内保护层的影响“

19、中等”。(3)给出各个影响因素对单因素评价的隶属度。例如，介质腐蚀性的影响“较大”，因而对内腐蚀的评价的6个区间的隶属度分别为：0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11。而管线内保护层的影响“中等”，对内腐蚀评价6个区间的隶属度则分别为：0,0.15,1.0,0.53,0.08,0.00。(4)考虑因各个影响因素贡献不同的加权系数。例如，对内腐蚀的评价中，介质腐蚀性与管线内保护层状况这两个影响因素的贡献大小不同，若前者贡献稍大，则可取加权系数的=0.6,而32(管线内保护层状况)=0.4。但必须使Z飒=1。i1(5)列出模糊关系矩阵计算对评价的综合隶属度。设模糊关系矩阵对于第j个单

20、个因素内腐蚀来说，以Rj表示；而影响内腐蚀的各个因素的加权系数矩阵以c表示，则介质腐蚀性及管线内保护层状况两个因素对内腐蚀评价的综合隶属度bj为：0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11bj=31Rj=31,处儿=b1,b2,b3,b4,b5,b60,0.15,1.0,0.53,0.08,0.0(6)按照最大隶属度原则给出单个因素的评价。若必及仞给出，则自上式可计算出b=b1,b2,b3,b4,b5,b6,它们就是对内腐蚀评价的6个区间的综合隶属度。其中最大的例如是b5,则对内腐蚀的评价应是第5个区间，即10.012.5分。换一种表达方式，若对内腐蚀的评价，也用模糊语言量词来表达，

21、则第5个区间的模糊语言量词等级应为“大”。3)引起管线事故的因素分析上面已经介绍了引起管线系统发生事故的单个因素的模糊综合评判的方法与步骤。下面将给出引起管线发生事故的所有单个因素的评分上、下限及影响它们的所有因素。按照国外的标准，是将油气管线发生事故的原因分成7类：(1)外腐蚀。评分上、下限为070分，对其影响因素有：阴极保护。可从它是否符合设计及规范要求；对其检查是否经常等方面给评语。管线外部涂层。可自涂层的种类及质量；涂层的施工质量；涂层检验的严格程度；涂层的缺陷是否及时正确修补等方面，给出评语。土壤腐蚀性。可自土壤的电阻率的大小来给出模糊语言量词评语。其它金属埋设物。因为管线附近(15

22、0m以内)若埋设有其它金属物时，会对阴极保护产生干扰，故应根据评估管段的长度内，在管线附近埋设的其它金属物的数量，来给出评语。电流干扰。管线附近有高压交流电线时会在管线附近产生磁场或电场，并在管线内形成电流，而电流离开管线时则会损害涂层或管线。因此，应根据有无干扰及有否保护措施来评判。使用年限。应根据管线服役时间的长短，对外腐蚀的影响给出模糊语者量词评语。(2)内腐蚀。评分上、下限为030分，即内腐蚀与外腐蚀之和，作为腐蚀一项，其评分上、下限为0100分。对内腐蚀的主要影响因素包括有：介质腐蚀性。应根据介质中是否含有H2S、H2CO3(天然气)以及S(原油)等来给出评语。内保护层及其它措施。可

23、自是否加设内涂层或采取注入缓蚀剂或清管等措施情况评判。(3)第三方破坏。第三方破坏是指由第三方破坏管线所造成的介质泄漏、防腐层损伤、管线出现刮痕及压坑等事故。它的评分上、下限为0100分，它对于管线出现事故可能的影响因素有：最小埋深。埋深越浅，越容易受到第三方破坏。陆地管线应根据埋深量大小评判；穿越江、河、湖泊的管线，应考虑管线处于水面下的深度、低于河床表面下的深度以及管线的涂层状况进行评判；海底管线可参考穿越河流的情况，进行对最小埋深的影响的评判。活动水平。活动水平是指人在管线附近的活动状况，如建设活动，铁路、公路状况，以及有无埋地设施等，因这些活动与第三方破坏的潜在危险有关，故需根据活动的

24、多少评判。管线线路上的地上设备。如干线截断阀等设备极易被车辆或行人等第三方破坏，应根据是否有链条、钢管、树木、深沟等防护设施情况评判。公众教育。公众教育状况直接影响到管线附近第三方的人员素质，故应根据居民爱护公共财物的意识、法治观念、道德品质来评判。线路与巡线状况。线路状况是指沿线的标志情况以及防止破坏管线的宣传告示等；巡线是指管线管理人员检查线路的频率高低及有效性。应根据每周或每月巡线的次数多少以及线路标志和安全告示的设置多少及清楚程度来评判。(4)设计方面。设计方面包括管材，其评分上、下限也是0100分，它主要涉及到：管材安全因素。钢管的厚度往往是设计计算的与实际用的有误差，这将影响管线安

25、全，故应根据此误差大小来进行评判。系统安全因素。它是指从最大允许操作压力MAOP与实际操作压力的差别大小，来考虑整个管线系统安全的评判。因此，应按照此两者压力之差的大小，来给出模糊语言量词评语。疲劳失效因素。当管线承受交变应力作用时，则将发生疲劳失效。因此应根据交变应力幅大小、循环次数多少，来给出评语。水击可能性。管线系统启停泵及迅速开闭阀门时，均易引起水击。水击值与介质的密度和弹性、流动速度、流动停止的速率等因素有关，应考虑这些情况，给出评语。水压试验状况。通常以为提高水压试验的压力，可以增加管线的安全性。一般可按照试验压力与MAOP的比值大小以及管线服役期间试压间隔时间的长短等因素来给出评

26、语。(5)土壤移动状况。它可以包括在设计因素中，但国外也有时将它单独列为与设计因素并列的项目(如墨西哥的统计)。若单列则其评分上、下限也应自0100分。造成土壤移动最主要原因是由于滑坡，再者，不稳定土壤中的土壤温度及水份的变化，也会使土壤移动；还有，管线埋设在冰冻线以上，冬季土壤结冰或形成冰柱，使土壤膨胀，也会使土壤移动。这样，就需根据这些情况，给出评语。(6)操作方面因素。它是指人的误操作所造成的灾害，其上、下限评分也可定为自0100分。操作方面因素，又可分解为下列4个因素：设计误操作因素。它是指由于设计上的失误所引起的事故，例如设计的消防措施不完善、材料选择不当等。应根据设计质量的优劣评判

27、。施工误操作因素：施工误操作是指未按设计规定的技术要求的行为，例如焊缝有超过规定值的缺陷、涂层质量不佳，以及下沟回填时造成的涂层或钢管本身的损伤等，它也是根据施工的“优”、“良”、“中”、“劣”等级情况，进行评判。运营误操作因素：它是指管线运行过程中，由于未按操作规程操作、维修不及时不完善、工人技术不熟练等因素所引起事故的原因，也应按运营的优、良、中、劣等级进行评判。维护误操作因素。它是专门指对设备、仪表的维护不当而言，应根据文件检查、计划检查和规程检查的结果情况，给予模糊语言量词评语。(7)应力腐蚀裂缝状况。此项一般均列入腐蚀因素中，但如墨西哥等国外单位也有将它单独作为一项的。应力腐蚀必须是

28、在：有拉应力、有腐蚀环境、有缺陷等三个条件具备时才会发生。因此，应根据这三个条件的具体情况评判。4)事故可能的模糊综合评估风险分析由两部分组成，首先，就是要将发生事故的可能性大小分析出来，它应该用模糊综合评判法来进行评估，今将具体步骤介绍如下：(I)建立因素集。将前面介绍的引起事故发生的因素，归纳成为4大因素U1,U2,U3,U4,则因素集U为U=u1,u2,u3,u4=腐蚀，第三方破坏，设计方面，操作方面(2)建立评价集。对事故发生的可能性大小的评价，按照模糊语言量词划分成7个等级，v1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,因而事故可能性的评价集V即可写成V=V1,V2,V3,V4,v5,V

29、6,V7=很小、小、较小，中等、较大，大、很大(3)列出模糊关系矩阵。因为4大因素对事故发生的影响大小，已通过上面介绍过的单个因素模糊综合评判，得出了以模糊语言量词表达的评语，而这些量词的隶属函数又可以自上式得到，因此，就可以按照4大因素每个的量词评语及其隶属幽数，给出对应评价集7个等级的隶属度rj,于是模糊关系矩阵R即应为R=r”n(i=1,2,，m)(j=l,2,，n)以上面的4大因素为例，m=4,而评价集，n=7,若根据单因素的评判结果,4个因素的影响分别为：腐蚀，“中等”；第三方破坏,中等”；设计方面，“较大”；操作方面，“中等”，则可写4X7的模糊关系矩阵R为00R=00.030.0

30、300.110.830.830.1100.110.830.830.1100.030.110.830.830.1100.030.110.830.830.110对于每个模糊语言量词，若划分成7个隶属度等级时，则应对下式略作调整,“很大”=0,0,0,0.07,0.35,1.0T“大”=0,0,0.04,0.16,0.99,0.98T“较大”=0,0.03,0.11,0.83,0.83,0.11T“中等”=0,0.15,1.0,0.53,0.08,0.0T“较小”=0.27,1.0,0.27,0.05,0.01,0.T“小”=1.0,0.53,0.08,0,0,0T“很小”=1.0,0.3,0,0,

31、0,0T除“中等”及“较大”已如式R所示外.其它为“很大”=0,0,0,0,0.07,0.35,1.0“大”=0,0,0.04,0.16,0.99,0.99,0.98“较小”=0,0.15,1.0,0.53,0.08,0,0“小”=0.27,1.0,0.27,0.05,0.01,0,0“很小”=1.0,0.3,0.3,0,0,0,0(4)给出加权集。对于影响事故发生的4大因素，因每个因素对事故发生的贡献不同，故应依前面Z出的4大因素顺序，依次赋予加权系数明，32,5。参考国内外经验，可考虑期=0.4,32=0.3,3=0.15,04=0.15,于是，加权集W为W=31,%吗，叫=0.4,0.3

32、,0.15,0.15(5)计算综合隶属度。设4个因素对事故发生可能性评价的每个等级的综合隶属度为bj,则此综合隶属度矩阵B即可写成为B=W-R=bi,b2,b3,b4,b5,b6,b7=bj(j=1,2,，7)(6)给出事故发生可能性评语。按照最大隶属度原理.若bj中的最大者为bmax则对应bmax的评价集中的等级的模糊语言量词，即为事故发生可能性的评语。例如将式0 0.03 0.11 0.830 0.03 0.11 0.83R=000.030.110 0.03 0.11 0.830.83 0.110.83 0.110.83 0.83的R及式0.110.83 0.110W= 3, 32,33,

33、04=0.4,0.3,0.15,0.15的W代入式B=WR=b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7=bj(j=1,2,，7)中,并进行矩阵运算，则可得出B=b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7=0,0.025,0.098,0.722,0.830,0.218,0.016从上式可看出：bj=b5=bmax=0.830。这就是说综合考虑4个因素及其权重之后，得出的综合隶属度中以b5=0.830为最大，即隶属于评价集的第5个等级的模糊语言量词“较大”的程度最大.因而评估事故发生的可能性为“较大”5)危害后果的模糊综台评估风险是由两部分组成的，除了按上述方法求得事故发生可能性大小之外，还必须要分析

34、事故出现以后造成的危害损失的大小。举例来说，尽管求得的事故发生的可能性“较大”，但若事故发生后的后果损失很小，则风险并不一定大。对危害后果的评估，因其具有模糊性，故仍用模糊综合评判法。(1)建立影响后果的因素集。对于油气长输管线来说，事故的后果就是输送介质的泄漏，伴随着泄漏引起了爆炸、火灾、剧毒，从而造成附近人员的伤亡以及财产的损失和对环境的污染。显然，影响后果严重程度的主要因素是：介质的危险性(u1)、介质的泄漏量(U2)、附近人口状况(U3),即因索集U应为U=U1,U2,U3=介质危险性，介质泄漏量，附近人口状况(2)单个因素模糊综合评判。介质的危险性：它分为当前危险与长期危险两方面，前

35、者指突然发生的火灾、爆炸、剧毒等.后者指持续较长时间的有毒物的污染、扩散等。对于当前危险，应根据介质的可燃性、活化性及含毒性等三个方面进行模糊综合评估；对于长期危险也应按照介质的含毒性、活化性来考虑。介质的泄漏量。首先应区分介质为气体或是液体，若为气体则应依l0min的泄漏量大小来模糊综合评判；若为液体，则除考虑泄漏量之外，还应考虑土壤的渗透率，因为土壤的渗透率越高，危险性越大，后果越严重。附近人口状况：前面已经介绍过，可参照美国DOT的地区分类法，根据附近人口户数的多少情况来进行模糊综合评判。(3)后果危害模糊综合评判。将上述三方面因素的单独评判结果，以模糊语言量词来表达;将后果危害的程度也

36、划分成以模糊语言量词表达的7个等级，再根据3个影响因素的评语量词的隶属函数，给出分属后果7个等级的隶属度，并给出3个因素的加权系数(例如介质危险性wi=0.7,介质泄漏量W2=0.15,附近人口状况W3=0.15),从而求得综台隶属度，按照最大隶属度原则，得出后果危害程度的模糊语言量词评语。这样，对风险评估，不仅得到了对事故发生可能性的评语；而且还得了后果危害的评语。二、管线系统的风险优化分析上述对管线系统的风险评估只是相对风险状况而且是以模糊语言量词表达的。若根据风险评估结果，针对其中影响事故发生的一些可变动因素，采取措施，减小风险，从而得到最佳的对策，则称这种分析为风险优化分析。其步骤如下

37、。1分析可变动与不可变动因素根据油气长输管线的影响事故发生与后果危害的主要因素，可对其划分成可变与不可变因素两类，其中可变因素如下：(1)腐蚀方面。可变动因素包括有：内保护层及其相关措施(x1)；管线外层阴极防护及其相关措施(x2)；(2)第三方破坏。可变动因素含：公众教育(x3)；路线状况(x4)；巡线频率(x5)；(3)设计方面。可变因素有：疲劳因素(x6)；水击可能性(x7)；水压试验状况(x8)；(4)操作方面。可变因素包括：设计误操作因素(x9)；施工误操作因素(x10)；运营误操作因素(x11)；维护误操作因素(x12)；2建立风险优化分析数学模型数学模型包括：(1)设计变量。设以

38、x表示设计向量，则=Xi,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12(2)目标函数。设以R's。代表管线系统的风险，并以风险相对来说最小，作为目标，目标函数应为R's=f(x)-min(3)约束函数。例如以经济使用寿命Te及操作压力p和投资费用C三者作为约束条件，则约束函数可写成为Te(X)>P(X)>C(X)w上式中，Td与Pd及Cd分别为要求的使用寿命、操作压力及投资费用。显然，它们是不等式约束条件。归结上述，若将诸变动因素均看成模糊变量X,而且将要求的使用寿命和操作压力也都看成是浮动在其上、下限之间的模糊参数Td及Pd,则即可将油气

39、管线系统模糊风险优化分析的数学模型写成为Min=R's=f(X)s.t.Te(X).TdL,TdU1=Pdp(x)Pdp；=Pdc(x)CL,c；1=Cd自上式可看出，油气长输管线系统的模糊风险优化分析的数学模型是一个多模糊变量的目标函数和多模糊参数不等式的约束函数的数学模型。模型中，和，及，分别代表要求的使用寿命Td及要求操作压力Pd加和投资费用Cd的下限和上限值。3模糊风险优化分析数学模型求解关于模糊优化的数学模型的求解问题，在本书前面本章第三节有关管线系统经济寿命的模糊优化分析问题的求解时，已做过详细介绍，这里不再重复。只要先将模糊集合，通过a-截集法，确定合理的阈值，转变成为普

40、通集合；然后，再按照多目标、不等式约束、非线性数学规划的理论，进行多目标的单目标化、多约束的无约束化、多维数的降维数化，采用逐点搜索的内点寻优的直接法，应用SUMT计算程序计算，即可得解。这里，还应指出的是：所谓风险最小，不是绝对的，而是相对的，也就是不能绝对说风险越小越好，一般的做法是限定在一个可以接受的水平上。所谓风险优化分析，就是通过研究影响风险的各个可变因素，找出满足管线寿命及压力要求，符合合理投资可能的、可接受的风险水平的方案的分析方法。还要指出：虽然危险是无法改变的，客观存在，但是，风险却在很大程度上，可以依人们意志而改变，风险优化分析的目的就是要通过人们的主观努力，采取：正确选材

41、、严格制管、精心施工和增加对泄漏的检查和频率等一系列措施，使风险保持在一个合理水平上，而付出的投资费用又是最合理的、最经济的。三、管线系统的风险管理所谓风险管理是指在油气长输管线的设计、施工、运营及维护各个环节中，为了预防事故的发生及降低风险的水平，而进行的计划、协调、控制、监督和组织工作。它应该包括有：风险的评估、风险的控制和风险的检测等三个组成部分，下面即围绕这三个组成部分，做些介绍。1 .风险的评估给出了风险管理的组成的主要环节，风险的评估是风险管理的首要环节，也可以说，它是风险管理的基础。只有进行了风险的分析与评估才有可能去研究风险的控制以及为达到对风险的控制而实施的风险检测与风险管理

42、的功能监测。风险的评估包括有：对风险来源的识别与分析以及对风险的大小的评估等，关于这些问题，本节前面已做了详细介绍，这里不再重述。2 .风险的控制1)风险控制的目的风险控制的目的主要有两个：(1) 防止事故的发生；(2) 降低系统的风险。2)风险控制的防止事故发生的措施其措施主要有：(1)含缺陷管线的“合于使用”原则实施的完善。“合于使用”(Fitforpurpose)原则，又称为适用性。它是指含缺陷的管线可以允许在存在缺陷(裂纹)的情况下。继续工作一段时间。但是这是有条件的，即继续工作的时间，不能超过缺陷发展到将造成管线失效的临界值时。目前已在管线系统中施行“合于使用”原则，但仍存在不完善之

43、处有待进一步改进。关于这个问题，已在本章第一、二、三节中有所论述，不再详述。(2)长输管线系统中视情维修技术的推行。视情维修属于不定期的根据需要的合理维修，它实际上是为了保持管线系统完整性，在风险评估的基础上，根据风险优化分析，合理排出维修管段的顺序，并做出最佳修理决策的问题。关于这些问题本书已在经济寿命的评估以及模糊风险优化等方面做过介绍，这里也不再做重复介绍。3)风险控制的降低系统风险的措施风险的降低措施或称降低风险策略，它主要包括有下列措施：(1)加强风险的法规的建设与执行。有关风险的法规、规范非常重要，它的健全、完善与否，以及执行的力度如何，对风险的高低有直接关系。风险的法规中，应明确

44、规定要进行风险评估；而且还要规定出风险应降低到的一个指定水平；还要写明法规允许采用的从所处环境出发因地制宜的实施办法。例如，美国正在油气管线的风险管理中，推行一种叫做基于概率的功能标准的风险法规，它规定必须要用概率法对风险进行定量风险评估，它强调要将风险与社会后果联系起来，还严格限定管线系统每年每千公里的死亡率要小于0.001等，显然，这种风险法规标准的严格执行，必然会对控制油气长输管线系统的风险降低，起重要约束作用。(2)加强基于风险的检测技术实施。基于风险的检测技术RBI(Risk-basedInspection)是1995年由美国API组织开发的，目前已形成.APIRP580标准，使其将

45、服役管线的检测标准与正在拟订的API“合于使用”原则评估法(APIRP579)之间，建立联系。RBI技术是以风险评估为基础，对检测的管段和装备的程序，进行优化安排和管理的一种技术方法。它的目的是通过优化得出的最佳检测程序和检测水平，来实现降低风险的要求。具体地来说，可概括为下列几项内容：调查管线系统中运行的装备或管段，识别出具有高风险的管段部位或装备所在。对管线系统各个管段及装备，进行风险评估。根据风险评估结果，对管线系统的各个管段及装备，进行排序。从充分降低风险及适当增加检测活动的水平及频率(概率)两个方面考虑，得出优化的最佳检测程序。设计适当的检测程序以降低管线系统的总的风险，并节约财力、

46、人力，将检测和维修的主要精力用于高风险的管段及装备上。基于检测，提出加强风险控制、改进风险管理的措施。3 .风险的检测管线系统缺陷的检测与评估是管线系统完整性评估的重要内容之一，同时，管线系统的检测程序的优化安排又是风险管理中降低总风险、节约资源的重要措施。因此，对于管线系统的风险问题，不仅需要研究风险评估、风险控制，而且还需要研究风险检测。下面以RBI为主，介绍有关风险检测的问题。1)合理选择检测方法问题评估服役管线的缺陷，必须采用有效的检测方法与工具。这就需要针对不同的缺陷的特点，合理地选择不同的检测方法与工具。目前从国内外已报导的智能检测器工作原理来看，有超声波法、漏测法、电位法、涡流法

47、、脉冲法等多种，这在本书第二章已做过详细介绍，这里。不再重复。但应该指出，目前使用最广泛的智能检测器，还是基于超声和漏磁两种方法，它已被定型为国外一些有关长输管线的大公司在世界范围内维护管线的重要手段。为了便于合理选择，今将常用的超声检测与漏磁检测方法的比较给出，下表。超声检测与漏磁检测的比较检测方法测量最大臂厚mm测量最小臂厚Mm对材料敏感性液体对检测影响漏磁检测20(30)0高无超声检测1003无有检测方法可测最小减薄值mm测量精度Mm数据采集检测面积%漏磁检测0.1T±0.2T可以100超声检测士0.2可以100检测方法对焊缝的敏感性对检测器速度影响对蜡质层敏感性对金属层敏感性

48、漏磁检测小有中高超声检测大无高低检测方法检测裂缝最小探头尺寸，mmr检测数据分析漏磁检测超声检测不适宜适宜50.0815.24复杂简单测厚取决于漏磁检测器大小超声检测环境需要单一液体；T为管壁厚度.限于高性能漏磁检测器；如果蜡质层很厚；如焊瘤等；需要改进检测器。2)正确制订检测方案问题关于检测方案的内容等细节，已在本书第二章做过介绍，这里，不再重述。这里，只提出所谓“依次优先检测法”。为了正确地制订检测方案，首先要解决在整个管线系统中，各个管段的检测的排序先后问题.这就需要采用“依次优先检测法”。这种方法是根据管线系统风险评估的结果，依各个管段的风险的高低，自风险高的至风险低的依次排出顺序，然后，检测即按照这个顺序进行，优先从风险高的管段开始。显然，这样做，符合经济原则，是正确的检测方木。3