1.4　国内外研究现状

压力管道是一个十分复杂的系统，其输送的介质具有易燃、易爆、有毒的性质，容易发生泄漏、燃烧、爆炸及中毒事故，造成国民经济和人民生命财产的重大损失。因此，发达国家对压力管道风险评价及其相关技术进行了大量的研究和应用，我国由于种种历史原因起步较晚，但也开展了一定的研究和应用。

1.4.1　压力管道风险评价相关技术研究现状

1.4.1.1　压力管道风险评价的起源和发展

压力管道风险评价又称危险评估，它根据危险源评价方法确定影响系统发生事故的各种因素，并对这些因素进行定性和定量分析，评价系统发生危险的可能性和程度，以寻求最小的事故率、最小的损失和最优的安全投资效益。20世纪70年代，欧美等工业发达国家在第二次世界大战后兴建的大量油气长输管道开始进入老龄期，各种事故的频繁发生造成了巨大的经济损失和人员伤亡。因此，美国首先开始了管道风险评估分析技术的研究，即应用风险评估的基本原理对管道的各区段进行评价，以风险值的大小来评定各区段的安全性的技术。

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，归纳总结出22种引起压力管道失效的基本因素。其中，只有1种因素的本质原因是“未知的”，即不能确定它的本质特性。其余21种失效因素按照与时间的关系分为3类，见表1.1。

从20世纪70年代到90年代，美国一边研究一边实践应用，逐步确定了管道风险评价的基本模型，提出了压力管道风险评估的评分系统。1992年W.Kent.Muhlbauer对美国20年来所开展的油气管道风险评价技术研究成果进行了总结，编著了《管道风险管理手册》一书，详细叙述了管道风险评价模型和评估方法，将引起管道失效的因素归结为第三方破坏、腐蚀、设计错误、操作不当四类，1996年再版时增加了约1/3的篇幅介绍不同条件下管道风险评价修正模型，并在风险管理部分补充了成本与风险关系的内容，使该书更具实际指导意义。

最近10多年，许多工业发达国家相继开发这一先进技术来管理本国的长输管道和燃气管道，开始了建立适合本国国情的管道风险管理系统的研究工作。

1.4.1.2　压力管道风险评价方法

风险评价方法可以分为以下三类。

①定性方法。这类方法主要根据经验对系统的工艺、设备、环境、人员等各方面进行定性的评价。安全检查表法、预先危险分析法、故障类型和影响分析法、危险可操作性研究法等都属于这类方法。这类方法简单易行，评价过程和结果直观，但含有相当高的经验成分，带有一定的局限性，而且不同评价对象的评价结果之间没有可比性。

②半定量方法。这类方法以系统中的危险物质和工艺为评价对象，将影响事故频率和事故后果的各种因素指标化，用一定的数学模型综合处理这些指标，从而评价系统的危险程度。美国DOW公司的火灾爆炸指数法、英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法、日本的六阶段安全评价法、我国工厂的危险程度分级法都是这类方法。这类方法操作简单，应用很广，但各指标的层次关系和综合方法缺乏足够的数学依据，并且使用了主观意识和经验成分较重的评分方法来确定指标的取值。

③定量方法。这类方法以系统的事故发生概率来评价其危险程度。失效树分析法（FTA）、事件树分析方法（ETA）等都是这类方法。这种方法有充足的理论依据，结果准确可靠，在航空、航天、核能等领域得到广泛的应用。例如，1974年拉氏姆教授对民用核电站的安全评价、1977年英国坎威岛石油工业联合企业安全评价、1979年德国对19座大型核电站的安全评价、1979年荷兰雷杰蒙德六项大型石油化工装置的安全评价等都使用了这种方法。这类方法要求数据准确、充分，能充分描述系统的不确定性，但通常要耗费大量的人力物力。

目前管道风险评价主要采用半定量方法和定量方法。

目前多数国家对于压力管道的半定量风险评价方法均以《管道风险管理手册》为基础，其重点是各风险因素的权重如何确定。确定各风险因素的权重的方法有两类，即基于历史数据的统计法和专家估计法。基于历史数据的统计法虽然有一定的应用，但该方法受客观条件的限制很大。较有应用前景的是专家估计法。这种方法并不仅仅局限于征求意见，许多研究者就如何提高专家估计的准确性和衡量专家的权威性做了深入的研究，并采用贝叶斯法处理专家的评估意见等。也有一些专家建议将历史数据和专家估计法进行综合应用，使权重的确定更为准确。

压力管道定量风险评价的研究技术进展主要集中于管道的失效可能性的研究，由最初的单一研究腐蚀引起的管道寿命预测，发展到考虑内压、温度、外部载荷、管道弯曲、壁厚减薄、新缺陷的生成等多种因素共同作用下管道的可靠性预测。此外，也有研究者对一些不确定性的风险因素作出评价，例如，对操作者——人的可靠性的研究、自然灾害及第三方破坏等方面的研究，以及对于变化规律和与时间有关的失效因素的研究等等。对失效后果的研究主要有对燃气管道爆炸的伤亡半径和几种燃气的泄漏模式的定量计算，以及对人的生命价值进行准确评估等。

1.4.2　压力管道风险评价技术的应用

如前所述，管道的危险源评价和风险评价技术起源于美国。20世纪90年代初期，美国的许多油气管道都已应用了基于危险源评价和风险评估的风险管理技术来指导管道的设计和维护工作。此外，在加拿大、英国、法国、澳大利亚等国，政府规定对于具有危害性的管道，需要进行风险评估，建立安全管理系统。

目前国外的管道风险评价技术正在向成熟应用阶段过渡。美国许多管道公司都已进行了风险评价或开发出了风险评估软件，取得了良好的经济效益和社会效益。如Amoco管道公司、NGPL公司（Natural Gas Pipeline Co.of America）、洛尼尔（Colonial）管道公司分别采用风险指标评价模型对所属的油气管道或储罐进行风险评估，取得了良好的经济效益。加拿大等国也相继于20世纪90年代加入了管道风险评估技术的开发和应用行列。加拿大在1994年由国家能源管道协会和国家能源委员会以及加拿大标准协会等学术机构和企业协会共同成立了“管道风险评估指导委员会”，负责组织加拿大油气管道风险评估和风险管理技术开发的方案实施。加拿大的努发（NOVA）管道公司和NGPL天然气管道公司已开发出第一代管道风险评估软件和系统故障树分析软件，软件分析预测具有相当的准确性和适用性。在欧洲，英国煤气公司开发了用于计算输气管道风险的软件包RANSPIRE，该软件在英国范围内全面使用后较好地协调了在确定在役城市煤气管道是否符合安全技术标准方面所发生的技术冲突。

总之，发达国家在管道风险识别和风险评价研究的基础上，已经实施了对新建压力管道进行开工前风险论证，对在役压力管道进行风险管理，并定期向社会公告风险管理措施的执行情况。通过风险评价，在提高在役管道管理水平、减少管道事故、延长管道使用寿命和提高管道公司的经济效益等方面取得了显著效果。

在我国，最早由潘家华于1995年全面介绍了美国的《管道风险管理手册》，引起国内学术界和有关部门的广泛关注。在工程应用上，一方面，国内的研究人员对管道的风险评估开展了试验性的应用。例如，西南石油学院对达卧线天然气长输管道、泸威线长输管道进行了风险评估，并开发了相应的软件；另一方面，在一些重点工程中，聘请国外的公司对部分管道进行了开工设计前的风险评估。例如，聘请英国ADVANTICA公司对西气东输工程的南京至上海段，以及上海军工路城市天然气管道工程黄浦江穿越段进行了事前风险评价。这些工作的开展，对推动我国管道风险评估水平起到了非常重要的作用。

总体来看，我国的压力管道的风险评价技术仍处于起步阶段，没有制定出针对我国压力管道实际情况的风险评价技术标准，也没有相应的管道信息数据库作为支持，需要在今后的研究和实际应用中，紧密跟踪国外的最新研究成果，并不断进行基础数据的积累，结合我国管道的具体情况，组织多学科的技术力量协同解决。

1.4.3　压力管道风险评价技术的发展趋势

压力管道风险评价技术至少有以下三方面的发展趋势。

①从压力管道风险评价体系上看，发达国家以在用压力管道的基于使用维护的风险评价为起点，已经建立了针对新建压力管道的设计的风险评估方法。虽然两者的风险评估方法在原理上是类似的，但二者在风险来源、各个风险来源对管道风险的影响程度和评价方法上有较大的区别。上述两种适用范围不同的风险评估相结合，构成了完整的压力管道风险评估体系，从设计、制造、安装、使用、检验、维护等各个环节对压力管道进行风险评价，是压力管道风险评价技术的重要发展趋势。

②从压力管道风险评价方法上看，定量风险评价方法是最科学合理的压力管道风险评价分析技术，也是管道风险评价技术的发展趋势，但由于其所需的管理信息和基础数据特别巨大，并且需要进行许多基础研究工作，所以目前仍处于研究阶段，不可能在短期内进行实际应用。半定量风险评估方法因其所需原始数据相对较少、评价成本相对较低、评价结果的精度满足工程实践的需要，因此许多国家（包括欧美等发达国家）均采用半定量这种经济可行的方法进行管道风险评价。

③压力管道风险评价技术是综合性的管理技术，除了考虑工程技术方面的各种影响因素外，还与国家的经济水平、社会保障条件以及有关安全技术法规密切相关，只有适合本国国情的压力管道风险评价技术，才可能在实践中得以实施并取得重大的社会效益和经济效益。任何一种压力管道风险评价技术都必须经过试用和再开发过程，才能真正得以实施。压力管道风险评价技术的“本土化”是其另一个重要的发展趋势。