天然氣管網系統(tǒng)風險評估

1、天然氣管網系統(tǒng)風險評估 引言 縱觀我國現(xiàn)狀，天然氣的分布難以達到均勻性，同時，廣大 用戶間也未做到統(tǒng)一性， 之前所構建的輸氣管網與儲運設施已與 現(xiàn)階段的要求不相符， 在我國持續(xù)提高的天然氣開發(fā)力度下， 用 于天然氣輸送的管道正一步步的朝著復雜繁瑣的網絡系統(tǒng)方向 邁進，為了保證天然氣管網可以安全穩(wěn)定的運行，因此，需要做 好天然氣管網系統(tǒng)的風險評估問題。 1、國內天然氣管網現(xiàn)狀 在我國社會經濟的不斷發(fā)展下， 人民群眾的能源需求量越來 越大，構建高效的用于天然氣輸送的管網已成為必然， 當前我國 共構建了三種類型的區(qū)域性管網線，即川渝區(qū)域中的環(huán)形管網、 陜甘寧氣區(qū)中的放射形管網以及各油田中使用的部分區(qū)

2、域性管 網，隨著這些管網投人到實際中使用， 不僅對國內能源消費結構 予以了良好的改善， 而且還大大推動了國民經濟的發(fā)展， 更增強 了國內天然氣的輸送水平。 川渝區(qū)域的天然氣運輸業(yè)是我國相同 行業(yè)中發(fā)展最好的一個企業(yè)， 從二十世紀七十年代開始， 在戚成 線、消戚線、臥渝線形成后， 1989 年構建了由渠縣出發(fā)一直到 成都的半環(huán)輸氣干線。 這一重大舉措的實施將意味著四川天然氣 環(huán)形管網逐漸現(xiàn)形， 是國內首次形成區(qū)域性環(huán)形管網系統(tǒng)， 具備 了穩(wěn)定安全的供氣能力， 隨著時間的流逝和持續(xù)的改進完善， 川 渝區(qū)域中的天然氣管網的基礎設施配套現(xiàn)已有符合自身情況的 供應網絡，迄今為止，共涵蓋了連接四川、重慶等

3、地區(qū)的輸氣管 道約6500km,在整個國家天然氣管線整體長度中約占百分之二 十六。 國內首條陸地上口徑大的高壓輸氣管道是陜京線，其建成 并投人實際使用的時間是 1997年，將重心放在了以京津為中心 的環(huán)渤海區(qū)域， 2003 年對陜京線進行了全面擴容及改造，新添 了靈丘壓氣站， 大大增強了管道輸氣功能， 忠武線主要是為了保 障川渝區(qū)域天然氣資源的有效利用， 實現(xiàn)中西南區(qū)域中對天然氣 的使用需求而專門建設的川氣東輸出川管道， 國內首條陸地上接 近世界水平的口徑大的高壓輸氣管道是西氣東輸管道工程， 其將 重心放在了江蘇、上海、浙江等中東部區(qū)域中。為了提高供氣的 安全性，現(xiàn)已在冀、魯、蘇區(qū)域中構建西氣

4、東輸與陜京二線的聯(lián) 絡線，即冀寧聯(lián)絡管道， 是國內首條在聯(lián)絡基礎上而成立的天然 氣管道，前面已說過，國內的天然氣分布及需求缺乏均勻性，存 在的輸氣管網和儲運設施已難以達到當前的實際要求。 所以， 積 極構建天然氣管道已經成為了促進天然氣工業(yè)全面有效發(fā)展的 前提。 2、天然氣管網系統(tǒng)風險評估 天然氣風險評價研究對象研究的主要內容為: 根據(jù)辨識出的 風險，采用風險評價方法預測可能的火災、爆炸、中毒等事故后 果影響 ; 或研究某對象事故發(fā)生概率的大小， 可以采取哪些有力 措施減少事故的發(fā)生， 為應急救援做好準備。 熱輻射和爆炸沖擊 波的損傷程度預測評價是天然氣管道泄漏通?？紤]的事故后果 影響。 2.

5、1 、天然氣風險評價方法 天然氣風險評價方法由定性風險評價轉向定量風險評價， 由 單一向多種方法綜合應用演變， 并且逐漸在摸索中消除了傳統(tǒng)風 險評價方法的弊端， 使風險評價結果更貼近實際， 有效提高了風 險預測能力， 減少了人員傷亡和財產損失。 層次分析法與模糊綜 合評價法相結合來評價天然氣相關對象的風險，應用越來越頻 繁。其主要原因有 : 2.1.1 、 影響天然氣風險評價的因素眾多， 通過構建指標體 系能清晰知道存在的影響因素及其相互之間的關聯(lián)。 2.1.2 、層次分析法與模糊綜合評價法聯(lián)用，能定量獲得相 對合理客觀的風險評價結果。 2.1.3 、能科學地制定因素評價矩陣來減少權重制定的主

6、觀 性，同時避免大量歷史數(shù)據(jù)的高采集成本和非相關性因素等導致 評價難度增大的缺陷。 隨著計算機技術的發(fā)展， 我國研究者開發(fā) 了天然氣定量風險評價軟件。 風險評價軟件作為一種工具， 具有 方便、快捷，耗費人力物力少，能無數(shù)次重復再現(xiàn)場景等優(yōu)點。 它將廣泛應用于天然氣風險評價領域。 天然氣風險評價方法不斷 趨于多元化， 使用或開發(fā)相關的天然氣風險評價軟件系統(tǒng)成為新 型的天然氣風險評價方法。 2.2 、天然氣管網系統(tǒng)脆弱性分析 脆弱性的概念，最早是地學領域的 Timmerman 提出的。其 認為脆弱性是用度來衡量的， 是災害發(fā)生時系統(tǒng)產生的不利影響 的程度。 對于天然氣管網而言， 脆弱性是城市天然氣

7、管網系統(tǒng)本 身固有的， 是系統(tǒng)受到威脅后功能缺失的程度， 易受自身結構和 外界環(huán)境的影響， 由威脅水平和功能缺失度決定， 是無量綱參數(shù)， 以氣量、氣壓兩個指標不能滿足要求來衡量系統(tǒng)的功能缺失程 度。與其他領域的脆弱性類似， 城市天然氣管網系統(tǒng)的脆弱性也 能夠進行定量化評價分析。 城市天然氣管網系統(tǒng)的脆弱性根據(jù)誘 發(fā)因素不同， 分為自身結構脆弱性和外部威脅脆弱性。 自身結構 脆弱性是由城市天然氣管網自身決定的， 主要體現(xiàn)在管網自身的 不穩(wěn)定性，如管網的前期設施與施工，管網的腐蝕等；外部威脅 脆弱性是由自然災害和人為破壞決定的，主要受外部干涉的影 響，自然災害主要包括洪澇、地震以及極端天氣等，人為

8、破壞主 要包括人為攻擊與意外事件等， 以下主要分析天然氣管網外部威 脅脆弱性。 2.3 、城市天然氣管網模糊風險評價方法 2.3.1 、模糊風險評價基本理論 模糊的概念指普通集合不能表現(xiàn)的概念，其特點是不確定 性、不清晰，具有模糊性。在城市天然氣管道安全評價過程中， 很多因素具有隨機性和模糊性， 同時各因素又相互作用， 但這種 作用不存在數(shù)學關系。 在處理這類問題時， 我們可以引用模糊理 論。對于利用模糊理論評價城市天然氣管網， 我們按照以下步驟 進行（圖 1 ）。模糊理論評價城市天然氣管網的過程中，需要對 天然氣管網失效因素， 損失后果進行評價， 建立完善的綜合評價 模型，采取相應的緩解措施

9、，并研制評價軟件進行模擬。值得一 提的是模糊層次綜合評價法， 專家打分與模糊綜合評價法結合是 使用頻率最高的天然氣風險評價方法。 圖 1 城市天然氣管網的模糊風險評價流程 2.3.2 、城市天然氣管網模糊風險評價的基本流程 如圖 1 所示，城市天然氣管網評價過程中，首先需要全面 詳細調查和收集所在城市多項資料，如人文、地理、經濟與社會 以及與管道相關的設計施工操作等資料； 其次針對不同管道有不 同的風險系數(shù)，對管道進行分段處理；最后選取待評價的對象， 建立待評價因素的集合與權重集， 對其進行一級、 二級模糊風險 判斷，最終對風險值進行計算。 風險值計算主要包括計算失效發(fā) 生的可能性與失效后果的

10、嚴重性。 2.4 、城市天然氣管網風險評價算例分析 2.5.1 、軟件研究的指導思想 軟件的編制本著實用、簡便的原則進行編制的。 人機界面 友好，可操作性強。 能適應一般工作人員 （ 無計算機專業(yè)知識的 ） 操作是本軟件的特點。 “城市天然氣管網模糊風險評價軟件” 是用微軟公司 visualBasic6.0 開發(fā)軟件開發(fā)設計的。采用面向 對象的程序設計方法，采用事件驅動方式來完成持續(xù)的控制。 2.4.2 、自然威脅定量計算方法 針對自然威脅發(fā)生的概率一般等同于年發(fā)生概率， 主要通過 查閱歷史資料確定。通常情況下，新建城市天然氣管網在設計、 施工、 運行各個環(huán)節(jié)均會采取防護措施， 以減少由自然威

11、脅帶來 的危害。例如，在地震高發(fā)地區(qū)，籌建天然氣管網過程中，會根 據(jù)歷年地震數(shù)據(jù)，有針對性地安裝防護裝置。 2.4.3 、人為威脅定量計算方法 對于人為威脅的定量計算， 國內外已開展初步研究。 在此利 用美國 Sandia 實驗室開發(fā)的馬爾可夫潛在影響模型（ Markov Potential Effects Model, MPE進行計算，該模型在城市供水 系統(tǒng)中得到一定程度的應用， 但在城市天然氣管網中尚無具體應 用。 將 MPE 模型應用于城市天然氣管網系統(tǒng)中， 可以在歷史資 料不全的情況下， 定量分析人為威脅天然氣管網系統(tǒng)面臨的每個 人為威脅基本上包括 3 部分：攻擊者、破壞方式、破壞對象。 3、結語 綜上所述可知