第2章　压力管道风险管理理论

2.1　压力管道风险管理理论的系统提出

2.1.1　风险概述

危险源、暴露和后果是风险的3个要素。①危险一般是由于能量或毒物释放失去控制而引起的。因此，首先要确定危险源。②环境、人员及其他生态环境、建筑物等暴露于危险区域的程度。③危险一旦发生，其造成的损失。这三个要素称为风险链。

在工业领域，风险工程学是将危险转化为安全的学科，是将危险带来的挑战作为提高安全性机遇的科学。最终目的是化险为夷，使工程达到尽可能的成功。

危险的定义是可能产生潜在损失的征兆。危险是风险的前提，没有危险就无所谓风险。风险由两部分组成：①危险事件出现的概率[失效可能性（F）]；②一旦危险出现，其后果严重程度和损失的大小[失效后果（C）]。因此，风险定义为失效（或危险）后果（用C表示）和失效可能性（用F表示）的乘积，即

RS=CS×FS　　（2.1）

式中下标S代表事件编号。失效可能性指失效的概率；失效后果主要有经济损失、人员伤亡及环境破坏。对于在役压力管道系统，其风险应是各种可能失效情况风险的求和。

危险是客观存在的，无法改变的，而风险却在很大程度上随着人们的意志而改变，即按照人们的意志可以减小危险出现或事故发生的概率和一旦出现危险，由于改进防范措施从而改变损失的程度。

风险的表现形式有个体风险和社会风险两种。个体风险表示的是管道危险发生时其附近的个体死亡率。该风险与危险发生的地理位置有关而与人的是否存在无关。如图2.1所示，随着管道距离的增加，个体风险降低。

社会风险表示在某一给定的区域，当危险发生时所造成的死亡人数（N）和积累失效概率（F）之间的关系（图2.2）。社会风险与危险发生的地点无关，与管道周围的人口密度有关。因此，如果当危险发生时周围没有人存在，则社会风险为零，而个体风险可能很高。

风险的可接受准则是：迄今为止，国内外都还没有统一的风险可接受标准，实际的风险可接受性准则是在需求、控制和公正性基础之上，兼顾权益原则和可信性准则。国内对此问题的研究不多，国外用得比较多的是最低合理可行（ALARP）（风险降低到切实可行的最小值）原则表示风险可接受标准，如图2.3所示。在不可接受风险区域，我们可以采取措施将风险降低到ALARP区域。在ALARP区域，还可以采取进一步措施来降低风险。风险降低到什么程度将取决于综合分析的结果。

可接受标准的实质是社会或管道运营公司所能接受的管道发生事故的最大风险值，在管道风险低于此值时，不是不发生事故，而是发生事故后可以被社会或管道运营公司接受和容忍。

2.1.2　风险管理概述

风险管理（risk management）是一门跨学科的新兴科学。它所涉及的不仅有相关的广义物理学、生物学等自然科学，工程技术（所谓硬科学），决策理论、心理学、社会学、政策科学、经济学等软科学，还有判决、立法、意识形态、公众舆论、通信传媒等人文科学。

风险管理过程如图2.4所示。

风险管理的任务是提高有成本效益的风险损失预防，有预见地进行风险分析及筹措长期稳定的风险资金。

风险管理是在经济和社会效益、风险及费用的三度空间中寻求达到风险最小、效益最大的目标。

风险管理的意义如图2.5所示。

图2.5划分为三个区域。在Ⅰ区中，随着费用的增加，风险显著降低；Ⅱ区是转折区；在Ⅲ区中，每降低一点风险值，要花费很高的费用。三个区相比，Ⅰ区在降低风险方面可能做得不够；Ⅲ区的投入费用与降低的风险相比较而言，虽然随着费用的增加，风险也在降低，但是在经济上不合算；Ⅱ区用于降低风险的投入费用与实际取得的降低风险效果达到了较好的平衡，在此区域，管道管理者尽力使曲线向上和向左移动（达到同样的安全程度，花费较少）。因此，大多数管线管理者都希望在Ⅱ区内达到一个动态的运行目标。正确的风险管理是把可接受风险水平控制在某一个特定的范围内，此范围取决于当时的多项社会和经济因素。

基于上述原因，在实际生产中正确的风险管理者是将压力管道风险系统总风险控制在一个可接受范围内的前提下，将用于控制风险的费用限制在合理的范围内，将资源优先用于控制对管道影响大的风险因素。

风险管理的宗旨是，确保公众和人员的安全；保护与公司操作有关的环境；保护公司的资产和利益；锻炼队伍，培养技术人才。

2.1.3　国外压力管道风险管理研究现状

关于压力管道风险管理，国外进行了几十年的研究，并取得了一定的成绩。压力管道风险管理始于20世纪70年代的美国。美国的PRCI（Pipeline Research Committee International）针对美国和欧洲的输气管道事故数据进行了分析和分类，归纳总结出22种引起管道失效的基本因素。从20世纪90年代，美国确定了管道风险评估的基本模型，并以油气长输管道的工程条件为研究对象，提出了管道风险评估的评分系统，随后欧洲较为发达的国家也先后开发和推广了油气管道风险管理技术。1985年美国Battelle Columbus研究院发表了《风险调查指南》，在管道风险分析方面运用了评分体系法；1992年W.Kent.Muhlbauer对美国20年的压力管道研究工作进行总结，编著了《管道风险管理手册》（《Pipeline Risk Management Manual》）一书，详细叙述了管道风险评估模型和各种评估方法，将管道的失效因素归结为第三方破坏、腐蚀、设计错误、操作不当四类。《管道风险管理手册》是美国在1972～1991年开展油气管道风险评价技术研究工作的成果总结。此书在1996年再版时增加了约1/3的篇幅介绍了成本与风险关系的内容。1999年，由T.L.Saaty首次提出了解析分层过程（Analytic Hierarchy Process）风险分析方法。加拿大从20世纪90年代初期开始了油气管道风险评价和风险管理技术方面的研究工作。1994年加拿大成立了以能源管道协会CEPA、国家能源委员会NEB等7个团体组成的管道风险评价指导委员会PRASC，并明确该指导委员会的工作目标是促进风险评价和风险管理技术应用于加拿大管道运输工业的阶段实现。英国健康与生活委员会在管道风险管理项目研究中，研制出MISHAP软件包，用于计算管道的失效风险，并取得了实际应用。在管道的风险评价研究过程中，目前已形成几个重要的数据库，如欧洲1970～1992年气体管线失效数据库、加拿大CONCAWE1990～1994年管道数据库、美国1970～1984年气体运输管道数据库和美国运输局液体管道数据库等。这些数据库的建立为估算油气管道的失效概率提供了依据。国外发达工业国家，已将风险管理作为一项新型的高技术应用于油气输送管道的经济合理的建设和运营中，取得了很大的社会效益和经济效益。英国天然气公司（BG）的管道完整性国际公司开发了用于管道风险的控制软件（New Pipe Vision4），可对管道进行风险和可靠性分析。美国休斯敦的Flwor Daniel Williams Bros公司开发了用于老管道评价的风险管理工具，已被得克萨斯通用燃料公司使用了10年，在降低管道风险的同时，取得了很大的经济效益。

目前国外的管道风险管理技术正在向成熟应用阶段过渡。许多管道公司都已进行了风险管理或开发出了风险管理软件，取得了良好的社会、经济效益。

2.1.4　国内压力管道风险管理研究现状

最早将国外管道风险评价技术介绍到国内的是我国著名油气储运专家潘家华教授。他在1995年的《油气储运》杂志上介绍了美国著名管道管理专家W.Kent.Muhlbauer先生提出的管道风险专家评分法，引起国内储运界的广泛关注。近几年，国内一些学者不断地提出了许多适用有效的评价方法。他们在借鉴国外研究成果的基础上，综合运用专家评分法、故障树法和模糊数学等多种分析方法，建立了长输石油管道风险评价体系，提出了一整套切实可行的方法。例如：2000年西南石油学院和中国石油西南油气田分公司联合研制开发的“输气管线风险评价软件”，在重庆达卧输气管道成功地进行全线的风险分析与评价。这标志着国际上通用的评分体系法已在我国现役输气管道上达到了实际应用水平。由中国石油天然气集团公司石油管材所、中国石油管道公司和四川石油管理局联合开展的管道安全评价技术研究，已取得了多项科研成果，建立了在役油气管道安全评价的基本模型和技术方法，开发了管道安全数据库系统和评价软件程序。该技术在国内多条油气管道上进行了剩余强度和剩余寿命的定量预测评价工作，效果显著，为在役油气管道的检测、维修和更换提供了科学依据。

总之，国内压力管道风险管理正处于风险评价技术的研究阶段，风险评价技术应用基本处于半定量化分析水平上。评价方法主要采用国际通用的专家评分指标体系法，还没有制定出压力管道风险评价技术标准和压力管道数据库标准。这主要是由于缺乏大量的基础研究和实测数据库的支持，没有对压力管道所承受的各种载荷的概率模型进行系统研究，所以，主要随机因素的概率模型难以确定。只有将压力管道风险管理技术的研究建立在定量分析的基础上，压力管道评价才能真正达到具有系统性、精确性、智能性和预见性的水平。因此，现阶段进行压力管道定量风险评价，主要面临的问题是用什么样的概率模型去描述压力管道的各种随机载荷，以及这些随机载荷对管道的结构完整性影响遵从何种随机过程等技术难题，所有这些都需要在今后的研究和实际应用中，紧密了解国外最新的研究成果，不断积累基础性数据，结合我国管道的实际情况，提出更多的研究课题加以解决。

国内有关压力管道风险管理的讨论和研究是近几年的事。中国工程院院士李鹤林于2001年正式提出“风险管理”的概念。他认为，风险管理主要由风险评价、风险控制和风险管理的功能监测三部分组成。其中风险分析是风险管理的基础及核心。南京化工大学戴树和教授也在同一时期提出“风险管理”的概念。国家“九五”科技攻关课题“在役压力管道危险源识别和失效分析诊断技术研究”用结构可靠性分析和风险评价的方法对在用压力管道进行概率安全评估和安全等级评定，为丰富和发展压力管道风险管理研究的核心内容提供了理论依据。

2.1.5　压力管道风险管理理论体系的系统提出

基于上述的理论依据和现有的基础工作，本文提出压力管道风险管理理论体系由以下七部分组成。

①压力管道风险识别（IPPR：Identification of Pressure Pipeline Risk）。

②压力管道风险分析（APPR：Analysis of Pressure Pipeline Risk）。

③压力管道风险估算（EPPR：Estimate of Pressure Pipeline Risk）。

④压力管道风险评价（EPPR：Evaluation of Pressure Pipeline Risk）。

⑤压力管道风险决策（DPPR：Decision of Pressure Pipeline Risk）。

⑥压力管道风险控制（CPPR：Control of Pressure Pipeline Risk）。

⑦压力管道风险管理地理信息系统（GISPPRM：Geographical Information System of Pressure Pipeline Risk Management）。

以上七个方面构成压力管道风险管理的七个环节，也是压力管道风险管理理论体系的七个完整的组成部分。压力管道风险管理的逻辑图如图2.6所示。