1、深圳燃气埋地管网的安全评估1 安全评估是燃气管网安全管理基础对于燃气管网的运行管理，发达国家采用综合管理体制，保证了在役管道运行的安全可靠。其核心内容就是“ 跟踪检测安全评估计划性修复” 。即依据管道历史、周边环境和管道安全的要求等综合信息，制定适当的检测方案；然后依据检测方案，周期性地对管道实施检测，建立起管道状况信息数据库，并据此建立科学的统计模型，评估预测管道的风险系数；最后是按照风险系数值的等级，确定管道运行方案和大修计划，从而在有效预防各种事故发生的前提下降低运营成本。就管网安全而言，深圳目前燃气管网泄漏发生的频率仍少于内地其他城市。究其原因，主要是管网运行时间较短，管网运行压力较低
2、。但放眼未来，前景并不容乐观；随着管网运行时间的延长，管网长度的迅速增加，天然气置换将导致管网运行压力大幅度提高，各个时期管网施工时遗留下来的质量缺陷正逐渐显现出来。我们除进一步加大巡查力度外，决定立即开展在役燃气埋地管网的安全评估研究。为此，集团公司成立了“地下管网安全评估工作领导小组” ，研究工作自 2001 年起动，2002 年被列人国家建设部科研项目计划并取得实质进展，此后在 2003 年初通过阶段成果审定的基础上进行了 200km 管网实际检验和修正，现已达到生产实用需求，整个项目计划 2004 年底投入试运行。通过安全评估，可以达到如下目标：(1)目前的埋地管网管理侧重于泄漏发生后
3、的补救，稍有疏忽就会发生恶性事故。通过安全评估，可以实现事故防范从被动抢险到主动预防的转变，将泄漏隐患消灭在事故发生前，提高科学管理水平。(2)现有巡检管理模式将人力物力平均分配。通过安全评估可实现按照不同管段的安全级别采取不同力度的管理模式，把有限的人力物力用在实际需要上。(3)通过安全评估，可以均衡地安排在役燃气管网中严重腐蚀管段的年度大修计划，避免部分年份大批管段要同时大修，对正常生产造成冲击，部分年份大修力量又闲置，造成人力、物力浪费。(4)对达到设计使用年限的管段，通过安全评估确定管线的实际剩余寿命，采用合理的措施延长使用期，尽量减少不必要的更换。2 安全评估基本内容按照安全工程学一
4、般原理，燃气管网安全状况取决于管道运行的风险系数，即事故发生可能性与事故后果严重性这两部分的量化指标的乘积。对于在役燃气管道，事故后果严重性是相对恒定的。要使管网保持较高的安全级别，只有降低事故发生的可能性。由图 1 可知，事故可能性取决于引发因素和控制投入两方面。前者是客观存在的，不依我们的意志为转移，但控制投入是我们能够掌握的。理论上讲，无限加大控制投入，就可以使事故可能性趋近于零，即管网达到绝对的安全。但在实际操作中，无限的投入不仅不可能，也是不必要的。如何用最少的投入使管网运行风险系数控制在可接受范围内，正是安全评估工作的目的。21 事故可能性的测算211 数据的采集与分析针对埋地燃气
5、管网历史数据匮乏的实际情况，我们确定以管网现状调查数据为主，竣工和运行历史记录为辅的方针。考虑到影响管网安全的直接和间接参数多达四十余个，全部测取要很长时间和巨大投资，且各参数表达的信息存在大量重复，会使模型维数无谓加大，我们根据城镇燃气管道的具体情况，通过聚类分析和主成分分析，进行降维预处理。先对各个可能的影响参数进行聚类，从每类中选出一个特征因素，再通过对特征因素的主成分分析，确保不会遗漏主要因素，从而在保证模型可靠完整的前提下，大大加快了研究进度和降低了数学模型的维数。212 腐蚀泄漏事故的测算影响管道腐蚀穿孔导致泄漏的因素包括：管材品质、设计壁厚、非直管数量、地基沉降情况、是否具有阳极
6、、管网的埋地时期、运行年限、首次泄漏年限、土壤腐蚀强度、地下水位、剩余壁厚、防腐层品种、防腐层破损点密度、防腐层老化程度以及管道防腐层的面电阻、管地电位等，通过聚类和主成分分析，最终选定 8 个主要影响因素。鉴于各影响因素对腐蚀预期贡献有许多是非线性的，我们选用神经网络模型并结合遗传算法进行调优，确定各影响因素对腐蚀预期的贡献。神经网络模型模拟人脑结构和功能，具有非线性映射作用和适应自学习、自更新知识的特点。遗传算法则是基于遗传机理的随机搜索算法。对于多元线性或非线性回归分析难以解决的问题，应用神经网络往往可以得到满意的结果。遗传算法则可以辅助建立具有优化结构的神经网络，使模型加速收敛而提高逼
7、近精度。通过大量开挖验证和调整，模型与实际现状的吻合度已达 90以上。研究过程中，我们在腐蚀预期综合评估、土壤腐蚀性分级、细菌腐蚀判定、防腐层电阻率测定方面等都取得了创新性突破。213 第三方损坏、设计及操作失误的测算影响第三方损坏导致管网泄漏的因素包括：地面道路交通、地面建筑、周边建设历史、人口情况、周边地下构筑物、第三方地下市政设施、燃气管道埋深、防腐层品种、管道壁厚、是否有套管等。设计与操作失误导致的事故预期取决于管道的压力级制、设计施工单位资质、建设材料选择、地质勘测资料完整性、设计压力与操作压力的差距、载荷的性质及有否动载荷、管线施工程序、操作人员资质及考核、操作规程及执行情况、环境
8、温度、阀门开闭标志、设备检查维护情况等因素有关。通过对城镇燃气管道的情况分析，我们决定对这几类事故预期采用故障树分析法(Fault TreeAnalysis，FTA)和模糊综合评价方法相结合的数学模型。通过故障树分析，建立布尔代数模型，求取最小割集(径集)，得到引起损坏的各种基本事件及其它们的重要度，然后运用模糊集理论求得事故预期分值。22 事故严重度的测算事故严重度指管道发生事故时危害后果可能波及的范围和程度，包括对周边人口设施及环境的伤害、对社会安定及企业声誉的影响、给用户造成的损害、抢修所需的经济投入等。影响事故严重度的因素包括：管道类别、压力级制、地面建筑性质、管网所在地区的人口密度和
9、疏散能力、车流量、周边单位的重要度、相邻管沟电缆沟的情况、相邻管沟与建筑物的相通情况、抢修影响供气范围、抢修条件及对供气生产的影响。这些因素大多难以准确量化，且随时间推移而发生变化，需借助灰色理论，进行模糊处理。我们通过对实地采集或调查的数据和资料进行分析，将影响后果严重度的各因素作为模糊评价因素，建立因素集和相应的备择集，通过模糊关系矩阵和评价因素的权重集，求得模糊综合评价结果向量，设定模糊隶属度函数，得到事故后果严重度的模糊等级分值。23 风险系数的确定将测算出的各类事故预期、事故的社会和经济后果严重度等项目的分值，分别代人下式中，即可计算出各管段的风险系数 P。P=各单项预期分值事故严重
10、度分值24 计算结果的动态显示我们在生产调度微机管理系统平台上建立了适合国情的管道资料数据库，并将之与生产调度微机管理系统资源共享，减少了数据转录的工作量，也减少了误差的可能性。根据风险系数计算模型编制的外挂评估模块，实现了计算机辅助管理。包括相应的数据库设计、知识库与推理机的设计、输入输出设计、获取与更新数据功能设计等。计算结果通过接口挂接到燃气管网 GIS系统和燃气管网生产调度系统，实现了各管段相关信息的及时刷新。25 周期性的检验与动态修正集团公司已投人大量资金和人力，引进高级专业人才，编制检测与验收技术标准，组建专职的现场检测队伍，配备先进的设备，并建立完备的试验室，从而为今后周期性检
11、测和评估奠定了坚实的基础。自 2005 年开始对管网进行周期性跟踪检验，收集管道质量抽样数据，一方面对建立的风险系数计算模型进行验证与动态自适应修正，另一方面分别建立防腐层的面电阻、管地电位的质量控制模型及控制图，使管道主要质量指标处于过程控制中，及时反馈可能出现的异常信息。26 对安全生产的指导根据评估出的风险系数，确定出各管段的安全等级 M。针对不同安全等级制定了相应的管理制度和大修计划。对安全等级为优的管段适当降低关注，对安全等级为劣的管段开始加大管理力度并及时安排大修。表 1风险系数 P 380 380-300 300-225 225-150 150安全等级 M 优 良 可 差 劣巡查
12、频度 1 次/月 2 次/月 1 次/周 2 次/周 1 次/2 天3 安全评估系统的特点我们的评估方案，具备较强的可操作性，符合国内外管道安全管理的发展方向。评估结果直接用于指导日常运行管理；若用于指导管道大修安排，则将管道维修从目前的“损坏维修”提高到了“基于风险的维修”，其先进性表现在如下方面：(1)针对燃气埋地管道历史数据匮乏的实际情况，以管网现状调查数据为主，建立数学模型，得出与实际工况更吻合的评估结果。(2)国外现有评估数据的采集主要采用管内爬行器，在燃气管网中根本无法使用，须根据实际情况调整数据采集的内容和处理方法。(3)评估结果不仅可用于计划性大修的安排，而且还提升到风险管理的
13、高度用于指导日常安全生产管理。(4)评估结果具备动态调整的能力；通过软件接口，动态显示于燃气管网生产调度系统，使每段管的风险等级清晰可见。城市燃气管道安全评估在国内尚属起步阶段，没有成熟的经验和做法，国外的安全评估方法和评价标准又无法用于国内的城市燃气管网。随着“西气东输” 、广东 LNG 等一系列天然气项目的实施，城市燃气管网的安全运行愈显重要，对管网进行安全评估、动态管理的需求愿望将更迫切。深圳燃气管网的情况在国内具有相当的代表性，以此为基础研发的具有自主知识产权的城市燃气管网安全状况评估系统，不仅使我公司的燃气管网安全管理工作能上一个新台阶，还能够给国内其他燃气公司提供一个提高管网管理水平的新平台。
