一、技術來源
本技術來源于中國石油天然氣管道工程有限公司中俄東線天然氣管道工程。
大口徑、高鋼級輸氣管道由于其潛在影響半徑大，導致沿線高后果區數量多、情況復雜，如何對其失效可能性和失效后果進行合理的定量分析，準確判別管道的風險級別，從而實現設計階段路由的優化是一項急需解決的技術難點，開發天然氣管道高后果區定量風險評價技術顯得尤為迫切。
本專有技術依托中俄東線天然氣管道工程，從基于風險理論及可靠性評價、失效可能性定量分析、經濟損失定量分析和高后果區減緩措施四個方面著手，提出適用于天然氣管道高后果區定量風險評價技術。該技術為引進技術消化吸收再創新技術，主要用于天然氣管道工程。
二、基本原理
以《完整性管理規范》為依據，結合天然氣管道工程選定線的統計數據、1:5000數字正射影像、人文、自然環境調研數據，進行管道沿線的高后果區識別。根據GB/T29167-2012《石油天然氣工業 管道輸送系統基于可靠性的極限狀態方法》，選用Monte Carlo模擬方法對選定的極限狀態計算失效概率，評判失效可能性的等級;參考PRCI建立的天然氣管道后果模型，確定高后果區內人員傷亡數量;通過調研國內管道失效的直接搶險費用、停輸損失、傷亡補償費用等，構建管道發生失效的損失計算方法，完成經濟損失估算和停輸影響等級判定。最終，結合風險矩陣明確了天然氣管道工程既定路由高后果區的風險等級，論證了路由的經濟合理性，為管道完整性管理提供依據。
三、技術特點
本項目技術特點如下：
提出了合理的改良的高后果區風險矩陣評價方法
采用已頒布的標準和公開發表的研究成果，構建科學合理分析計算模型，結合大量管道真實數據調研結果，為管道失效可能性和失效后果等級的判定提供了合理量化的判定依據，避免了基于統計數據進行定性分析產生的不合理結果和無工程經驗可借鑒的難題。分析結果針對性強，能夠有效指導管道的運行維護。
采用極限狀態設計方法計算失效概率并判斷失效可能性等級
充分考慮了高后果區內的風險因素和極限狀態，采用合理的工程假設和失效概率計算模型，計算結果準確度高。該方法充分體現了管道對各種風險因素的響應，全面考慮了管道所受載荷對其安全可靠性的影響，為失效可能性等級的劃分提供了直接依據。
失效后果的定量計算統籌考慮了人員傷亡、經濟損失等因素，與實際情況相符程度高人員傷亡、經濟損失等失效后果計算均采用實際的管道調研數據，包括人口密度、運行參數、搶修費用、停輸費用、傷亡賠償費用等，計算結果與管道實際失效后果相符度較高。解決了失效后果難以量化、定性分析數據通用型差的應用問題。
風險評價結果技術可操作性強，推廣應用價值高
該項技術所涉及的分析及評價方法具備廣泛通用型，適用于天然管道各個階段的風險評價，不僅為今后類似工程的建設打下了良好的基礎，還能夠為管道完整性管理工作的開展提供操作層面的指導。
四、技術水平
本項目構建的高后果區風險評價技術以《完整性管理規范》為依據，以保障在管道全生命周期內的安全為目的，通過大量的工程數據調研、收集、統計分析等，以極限狀態設計方法、PRCI后果模型和建立的損失費用計算模型為手段，從管道失效概率、人員傷亡和經濟損失三方面開展定量分析計算，為失效可能性等級和失效后果等級的判定提供直接依據，首次明確了采用定量分析方法進行風險矩陣評價的方法流程，論證了中俄東線初步設計管道路由的合理性和經濟性，能夠有效指導管道的運行維護。該技術填補了天然氣管道此類設計方法的空白，在國內行業技術水平上處于領先位置。
五、技術應用條件
(1)高后果區識別方面，以管道選定線真實的路由數據及沿線調研信息為基礎，結合實際設計參數計算得到的潛在影響半徑，根據GB 32167-2015 《油氣管道完整性管理規范》的規定，統籌考慮了管道沿線的規劃發展和特殊場所，保證高后果區識別結果科學合理。
(2)風險等級確定方面，采用已頒布的標準和公開發表的研究成果，通過科學的分析計算，為管道失效可能性和失效后果等級的判定提供了合理量化的判別依據，避免了基于統計數據進行定性分析產生的不合理結果。
(3)失效可能性等級確定方面，通過全面的風險因素識別和合理可靠的計算假設，采用Monte Carlo模擬方法計算管道失效概率，失效可能性等級評定依據充分。
(4)失效后果等級確定方面，通過大量的調研構建了合理的人員傷亡、經濟損失等計算模型。其中死亡人數計算中涉及到的人口密度為高后果區內基于大比例尺地形圖、遙感影像圖、現場踏勘調研數據等綜合計算確定，能夠真實反映評價段內的失效后果;此外，經濟損失后果定量分析，參考了國內現行規范、行業經濟評價參數、管道運營及維搶修單位調研數據，創新性地建立了失效損失費用計算模型，經濟損失能夠統籌考慮管道失效后的多方面損失，計算結果與實際情況相符。
六、應用實例
針對中俄天然氣管線(黑河-長嶺段干線及長嶺-長春支線)大口徑、高壓力、高鋼級管道高后果區人員安全和事故經濟損失定量計算的難題。采用基于風險理論及可靠性評價的方法計算確定了高后果區預期死亡人數及事故后的經濟損失，克服了GB32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規范》風險矩陣等級中無法定量評定事故經濟損失程度，解決了以往工程高后果區評價主要依據工程經驗確定的事故經濟損失過度保守或安全性不足的問題。對于提高油氣管道本質安全，保障管道運行期輸送安全意義重大，實現了工程安全性和技術經濟性的有效統一。該設計技術在中俄天然氣管線(黑河-長嶺段干線及長嶺-長春支線、長嶺-永清段)工程中得到了有效應用。
該技術在此工程成功應用后，計劃在中俄天然氣管線(長嶺-永清)、西三線中段等重點工程中推廣應用。
七、經濟效益
該技術在天然氣管道工程的建設過程中，解決了國內管道高后果風險評價中等級判定和缺少工程借鑒的難題，能夠優化管道路由，提高管道的安全可靠性，避免管道失效造成的重大社會經濟損失，并且對管道完整性管理工作的開展和推廣具有積極推動作用。
(來源：中國石油和化工勘察設計協會) |
