压力管道的风险评估原理、技术及发展 左尚志陈钢陶雪荣何仁洋 ( 中国特种设备检测研究中心) 摘要：风险评估是提高资源配置合理性的有效途径，兼顾了安全性与经济性本文简介了压力管道风险评估 技术的基本原理，包括( 架空) 工业管道的R B I 技术和埋地管道的风险评估技术，阐述了其应用现状，归纳 总结了我国压力管道风险评估在技术和标准法规层面的发展趋势 1 前言 压力管道广泛应用于石化、化工、电力、冶金等领域，其介质往往具有易燃、易爆、有毒、强腐蚀性及 高温高压的性质，一旦发生泄漏或断裂将有可能引发火灾、爆炸及中毒事故，使生产和经济遭受严重破坏， 生命和财产蒙受重大损失另一方面，随着加入W T O ，我国企业面临日益加剧的国际竞争，为了增加企业 的核心竞争力，设备必须长周期运行，并且维护和检验成本必须最小化为了兼顾压力管道的安全性和经济 性，必须采用先进的管理技术，风险评估就是其中的重要的一环 压力管道的风险评估是提高资源配置合理性的有效途径通过风险评估，企业能将管理重点集中在高风 险管道上，同时减少对低风险管道的不必要的维护和检验，从而降低风险，并且从长远来看能降低成本因 此，压力管道的风险评估技术得到了普遍的关注。
2 工业( 架空) 管道的风险评估 2 ．1 概述 对工业( 架空) 管道而言，通常将风险评估技术与检验相结合，即采用基于风险的检验( R B I ) 技术 美国石油协会( A P I ) 在二十多家著名的石油、石化公司赞助下，通过多年的研究和应用而提出了R B I 技术， 并颁布了相应的A P I 规范——A P l 5 8 0 和A P l 5 8 1 R B I 针对各评价单元可能的损伤或劣化模式确定有效、适用的检测监测技术和方法，从而为经济有效地 达到控制风险的目的提供科学的建议进行R B I 可以提高设备的安全性与可靠性、合理配置检验和维护资源、 从整体上减少检验和维护成本，从而提高设备管理水平从本质上看，R B I 不仅是一种检验方法，而且是一 种系统分析的方法，是一种制定检验计划的方法，是管理决策的支持工具 2 ．2R B I 的流程 按照A P l 5 8 1 规范，R B I 的流程图如下： 图1R B I 流程图 图1 中，实线部分属于R B I 的范畴，虚线部分属于在R B I 的基础上实现的管理的范畴 R B I 的主要步骤如下： 1 ) 确定R B I 的应用范围和方法 对压力管道而言，R B I 通常有以下三种应用范围：工厂或车问、成套装置、单条管道。
R B I 的方法可以分为定性R B I 、半定量R B I 和定量R B I 通常可以在较大范围进行定性R B I ，然后再对 其所确定的高风险区域或管道进行半定量R B I 或定量R B I 2 ) 收集资料 3 ) 进行R B I 评估 定性R B I 评估主要通过问答的方式确定影响事故可能性和事故后果的各个因素的得分，再分别换算为事 故可能性类别和事故后果类别，并用风险矩阵表示风险 半定量R B I 评估采用问答、选择、估算和计算等多种方式确定事故可能性类别和事故后果类别，也用风 险矩阵表示风险 定量R B I 评估是一个复杂的过程，其主要步骤包括： ( 1 ) 确定通用事故频率 以1 ，4 、l 、4 英寸和完全开裂四种典型尺寸表示破坏的规模，确定所预计破坏规模的通用事故频率 ( 2 ) 确定设备修正因子 根据管道的实际情况，确定技术模型子因子、环境子因子、机械子因子和工艺子因子，并将上述4 个子 因子相加，得到设备修正因子 其中，技术模型子因子是最重要的修正因子，是由潜在破坏模式决定的，其值往往比其它三个子因子之 和还高l ～2 个数量级其计算过程涉及管道状况、工艺、检验、监测等很多因素，十分复杂。
( 3 ) 确定管理修正因子： 根据管道所在车间或工厂的实际情况，确定1 3 个管理方面的得分，并将上述得分之和换算为管理修正 因子 ( 4 ) 确定实际事故频率 实际事故频率= 通用事故频率×设备修正因子X 管理修正因子 ( 1 ) ( 5 ) 确定事故后果 在定量R B I 评估中，考虑燃烧爆炸、中毒、环境清理和停产损失四方面的后果每种事故后果都取决于 很多因素，其计算都是非常复杂的过程 在定量R B I 评估中，按照一些假设，对事故后果的计算迸行了简化 ( 6 ) 确定风险 4 风险= ∑只( c l ；+ c z + c 3 ，+ c 4 ，) ( 2 ) i = I 式中，只表示第i 种破坏规模的事故频率 c 】j 表示对应第f 种破坏规模的燃烧爆炸后果 Q f 表示对应第i 种破坏规模的中毒后果 c 3 ，表示对应第i 种破坏规模的环境清理后果 c 4 ；表示对应第i 种破坏规模的停产损失 4 ) 提出检验计划和维修更换计划的建议 检验计划的要点包括检验周期和检验方法建议检验周期时，需要考虑政府法规的要求、管道的风险和 工厂整体的大修计划建议检验方法和维修更换计划时，需要考虑有效性、可行性和经济性。
5 ) R B I 再评估 R B I 是一个不断循环，周而复始的过程当管道及其环境状况发生变化或获得新的资料时应该再次进行 R B I 评估 3 埋地管道的风险评估 埋地管道通常指长输管道、公用管道和工业埋地管道与架空管道相比，埋地管道由于埋设在地下，其 检验难度增加，检验方法和重点也有很大的不同因此，它们通常采用完整性管理的框架进行检验和评价， 风险评估是其中重要的一环 3 ．i 风险评估流程 根据国家“十五”及“十五”滚动科研课题的研究成果，埋地管道风险评估按如下步骤进行： 1 ) 划分管道区段 2 ) 对每一区段，确定其失效可能性得分 3 ) 对每一区段，确定其失效后果得分 4 ) 对每一区段，计算其风险值 5 ) 确定区段的风险等级，提出高风险区段的降险措施 3 ．2 区段划分 最恰当的管道区段划分原则是，当出现重要的变化时，插入分段点在判断重要状态变化点时必须考虑 到成本开支和期望的数据精度 3 ．3 失效可能性评价 失效可能性评分体系由通用模版和修正模型两部分构成 通用模版包括影响失效可能性的所有因素．并且提供这些因素的缺省权重，为埋地管道失效可能性评分 提供基础平台按照通用模版确定的埋地管道失效可能性具有可比性。
修正模型是针对具体情况而确定的，是由修正系数组成的一组修正向量通用模版中某评分项的权重乘 以相应的修正系数，则得到该评分项在针对特定地区的特定失效可能性评分体系中的权重 通用模版与修正模型相结合，兼顾了普遍适用性与针对性、全面性与简单实用性 在通用模版中，对以下方面进行评分： 1 第三方破坏( 权重3 0 ％) 2 腐蚀( 权重3 0 ％) ：包括大气腐蚀、内腐蚀、土壤腐蚀等 3 设备及操作不当( 权重1 0 ％) 4 管道本体安全质量( 权重3 0 ％) 3 ．4 失效后果评价 在对管道失效后果进行评价时，综合考虑以下方面： 1 人员伤亡：包括伤亡面积、人员密度、暴露频繁程度等 2 直接经济损失；包括财产损失面积、财产密度、下游经济损失、抢修费用、抢修系数等 3 无形损失：包括社会影响、环境影响、军事影响、政治影响等方面 分别对人员伤亡和直接经济产损失评分，取两者中的最高得分，并且根据无形损失的程度进行调整，作 为失效后果得分 3 ．5 风险等级划分 对每一个区段，按照下式计算风险值，并进一步划分风险等级： 风险值= 失效可能性得分×失效后果得分( 3 ) 风险等级分为绝对等级和相对等级。
前者是按照统一标准划分的风险等级，使得不同管道的风险等级具 有可比性；后者随被评估管道的不同而不同，在同一管道的不同区段之间具有可比性，体现了同一管道不同 区段之间的相对差别 4 国内的应用情况 4 ．1 工业管道的应用 在主要由压力容器、工业管道等组成的成套装置的风险评估方面，一些检验和研究单位依据A P l 5 8 0 和 A P l 5 8 1 ，采用不同的软件，进行了实践应用的有益尝试最近国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察 局已经批准中国特种设备检测研究中心和合肥通用机械研究院展开这方面的试点工作 以中I 雪特种设各检测研究中心对某化工厂一套E V A 装置中的压力管道所进行的风险评估为例，对工业管 道的R B I 应用进行简介该装置用于在高温高压下，将乙烯和醋酸乙烯合成为E V A 以R I S K W I S E 软件为 工具，对该装置进行了半定量R B I ，结果表明： 1 ) 该装置中，主要破坏模式有两种，一种是由于腐蚀和冲刷引起的壁厚减薄，另一种是机械疲劳和热 疲劳： 2 ) 该装置中，低风险管道占总数的4 8 ％，中等风险管道占总数的3 3 ％，较高风险管道占总数的1 5 ％， 高风险管道占总数的4 ％。
这种风险分布规律与工业发达国家的R B I 资料是一致的； 3 ) 该装置中，高风险管道的风险主要来自于由于壁厚减薄严重或壁厚减薄情况不明所导致的高事故可 能性和由于高温高压引起的严重的事故后果 4 ．2 埋地管道的应用 在埋地管道方面，最先采用国外的风险评估方法尝试应用的是长输管道，针对城市燃气管道的风险评估 的研究和应用也正在兴起 以中国特种设备检测研究中心对某市中压燃气管网风险评估为例，对埋地管道风险评估应用进行简介 该管网的基本参数见表l 该管网穿越多条公路、铁路，和河流，城区外的干管大多经过人员较少的农 田或几乎无人经过的荒草地，位于城区内的干管和环网所经地段基本是交通要道和人1 3 密集的小交易市场及 居民区 表1 某市中压燃气管网基本参数 规格 干管：0 4 2 6 x 7 ，环阿：0 3 2 5 ×7 工作介质 人工煤气 设计压力干管t03 M P a ，环网；0 ．2 M P n 最高工作压力0 ．1 7 M P a 外防腐层干管，环氧煤沥青，环同：石油沥青 阴极保护 干管：无，环网：牺牲阳极但已失效 将管网划分为1 3 6 段进行风险评估，结果表明： 1 ) 采用通用模板进行失效可能性评价从而进行风险评估，失效可能性得分范围为2 9 ，3 9 ～4 1 ．7 8 ，失效后 果得分范围为3 7 ．0 9 ～1 5 0 ．0 0 ，风险值范围为1 2 6 2 ．6 7 ～5 8 2 6 ．0 0 。
2 ) 采用修正模型进行失效可能性评价从而进行风险评估，失效可能性得分范围为1 5 ．3 2 ～4 90 2 ，失效后 果得分范围为3 7 ．0 9 —1 5 0 ．0 0 ，风险值范围为1 0 1 8 ．2 2 ～6 6 5 1 ．5 2 3 ) 分别按照通用模板和修正模型进行评价，失效可能性得分有一定差异，这是因为通用模板适用范围 广，而修正模型是为该市中压燃气管网“定制”的，其评价结果更有针对性； 4 ) 该管道有一定的失效的可能性，失效的后果变化的范围很大，支管的失效后果轻微，干管和环网的 失效后果较严重，总体风险水平较高，需要在使用中加强维护和监控，但没有处于高风险绝对等级的区段， 因此，不需要采取特别的降低风险的措施； 5 ) 按照通用模板进行失效可能性评价从而进行风险评估，各区段共计有2 个风险绝对等级，3 个风险相 对等级，按照修正模板进行失效可能性评价从而进行风险评估，各区段共计有2 个风险绝对等级，5 个风险 相对等级，风险相对等级反映了其风险水平的相对差别 通过上述实际应用，越来越多的企业管理层、检验机构和安全监察机构对风险评估技术的认识不断深入， 为压力管道风险评估技术的推广奠定了基础。
5 我国压力管道风险评估的发展趋势 5 ．1 技术层面的发展趋势 5 ．1 ．1 风险评估技术及方法的“本土化” 目前，风险评估技术在压力管道上的应用势头迅猛虽然开展了风险评估技术和方法的研究，但在工程 实践中基本采用美国或英国的风险评估技术和方法，工业( 架空) 管道的R B I 多以A P I5 8 1 为基础，埋地管 道的风险评估多。