④ 射流火灾后果分析
天然气从管道直接泄漏到空气中且泄漏源被点燃会形成射流火焰，射流火焰会对火焰附近的物品以及滞留于附近的人造成热伤害，称为射流火灾。这里只分析射流火焰造成的一次火灾，不包括射流火焰引起的易燃易爆物品起火、爆炸等二次灾害。射流火焰热辐射强度的计算以及热流对设备及人的危害程度评价，可参见文献[1、5、7、8、10]。射流火灾对人的伤害与热辐射强度和遭受辐射的时间有关，因此在危害评估时应考虑射流火灾发生后人逃离火源以减小或避免热辐射的伤害的情况，也需要考虑射流火灾发生之前，人们感觉到危险而逃离或被疏散，因而火源附近的人口密度会降低的情况。
⑤ 爆炸后果分析
爆炸的后果评估常采用超压准则。密闭空间的燃气浓度积聚到可燃浓度范围且出现点火源时会发生密闭空间爆炸。实验和经验均表明，天然气完全密闭空间内的爆燃压力一般为0.7～0.8MPa[11]，长条形密闭空间内(如地沟)爆燃转爆轰时，压力最大可达2MPa。半密闭空间爆炸升压与其泄压面积有关，计算方法可参见文献[11]。开敞空间存在大量燃气且出现点火源时，可能会发生气云爆炸。对于天然气管道，通常只有压力较高的管道断裂泄漏才可能导致气云爆炸，气云爆炸的超压计算可参见文献[8、10、11]。爆炸在瞬间完成，因此爆炸发生时，现场的受害人员没有时间逃离，但后果评估时应当考虑在天然气泄漏之后和爆炸之前的时间内，人们逃离或者被疏散而使得现场人口密度降低的情况。
⑥ 窒息分析
天然气是单纯性窒息气体，天然气泄漏到密闭空间中会使该空间氧气含量下降，如果有人在密闭空间(如通风不良的地下室)活动而未及时逃离，则会发生缺氧窒息伤亡事故。窒息的简单评估可参见文献[1]。
⑦ 气损分析
只要天然气泄漏，即使不发生火灾爆炸事件，也会因燃气漏损而导致供销差增大，供销差是决定天然气企业经济效益的重要因素之一，因此有必要将燃气漏损的价值计算为直接经济损失。
⑧ 后果严重程度的表达
每种后果的严重程度描述不同，如人员死亡、重伤、轻伤，物品损毁、损坏，资源损失等，若将这些后果的表述统一用经济损失或者其他指标描述，则有利于后果的比较和风险评价结果的表达。在用经济损失指标统一描述各种后果时，可按照国家标准《企业职工伤亡事故经济损失统计标准》(GB 6441—86)进行。
4 风险估计
一段管道系统的总风险值为：
式中R——某段管道系统的总风险值
P(Ci)——后果Ci发生的概率(或频率)
C(Ci)一后果Ci的后果严重程度
P(Ci)和C(Ci)的单位根据具体的表达方式而定，R的单位由P(Ci)和C(Ci)的单位共同确定。
5 案例分析
根据故障树分析并结合以往的经验及专家估计，测算得到某工作压力为0.4MPa的DN200mm埋地管道的渗透泄漏、穿孔泄漏、开裂泄漏的频率以及各后续事件的概率见表2，经计算得到各后果事件的频率见表2。该管道周围的人口密度平均为0.05人/m2，财产价值密度平均为500元/m2，管遣的附近有20m3的封闭地下管沟。假设人员死亡能经济损失为20×104元/人，重伤损失为10×102元/人，轻伤损失为1×104元/人，天然气成本为1.5元/m3，渗透泄漏和穿孔泄漏平均修复费用为1500元/次，开裂泄漏平均修复费用为3000元/次。
估算本案例中每种后果事件发生所导致的损失预测见表3。
表2 案例中各事件的频率或概率
初因事件 | 立即点燃 | 泄漏到密闭空间 | 燃气被引爆 | 后果事件 |
泄漏模式 | 频率/(次·km-1·a-1) | 是否发生 | 概率 | 是否发生 | 概率 | 是否发生 | 概率 | 代码 | 频率/(次·km-1·a-1) |
渗透泄漏 | 0.08 | Y | 0.05 | N | 1.00 | N | 1.00 | C1 | 0.004000 |
N | 0.95 | Y | 0.10 | Y | 0.10 | C2 | 0.000760 |
N | 0.90 | C3 | 0.009840 |
N | 0.90 | N | 1.00 | C4 | 0.098400 |
穿孔泄漏 | 0.02 | Y | 0.10 | N | 1.00 | N | 1.00 | C5 | 0.002000 |
N | 0.90 | Y | 0.05 | Y | 0.10 | C6 | 0.000090 |
N | 0.90 | C7 | 0.00810 |
N | 0.95 | N | 1.00 | C8 | 0.017100 |
开裂泄漏 | 0.02 | Y | 0.10 | N | 1.00 | N | 1.00 | C9 | 0.002000 |
N | 0.90 | Y | 0.05 | Y | 0.20 | C10 | 0.000180 |
N | 0.80 | C11 | 0.000720 |
N | 0.95 | Y | 0.05 | C12 | 0.000855 |
N | 0.95 | C13 | 0.016245 |
表3 案例中每种后果事件发生所导致的损失预测
后果代码 | 人员伤亡 | 财物损毁面积/m2 | 管道修复费用/元 | 漏气损失/m3 |
C1 | 无 | 1 | 1500 | 1200 |
C2 | 1人重伤
1人轻伤 | 30 | 1500 |
C3 | 无 | 无 | 1500 |
C4 | 无 | 无 | 1500 |
C5 | 无 | 14 | 1500 | 2000 |
C6 | 1人重伤
1人轻伤 | 30 | 1500 |
C7 | 无 | 无 | 1500 |
C8 | 无 | 无 | 1500 |
C9 | 1人死亡
1人重伤
4人轻伤 | 450 | 3000 | 12000 |
C10 | 1人重伤
1人轻伤 | 30 | 3000 |
C11 | 无 | 无 | 3000 |
C12 | 2人死亡
6人重伤
10人轻伤 | 200 | 3000 |
C13 | 无 | 无 | 3000 |
注：财物损毁面积是指后果事件损毁财物的建筑面积范围，假设该面积范围内的财物价值全部损失，而该范围之外的财物无任何损失。 |
将表3中每个后果事件的损失折算成相应的经济损失，再乘以表2计算出的该后果事件的频率，便得到了该后果的经济损失数学期望(即该后果事件的风险)，最后将所有后果经济损失数学期望累加，便得到了该管段的风险值。经计算，该管段的风险值为3074元/(km·a)。
6 结论及建议
本文提出的风险定量分析方法的基本思路符合国际上通用的风险定量分析的基本程序。事件树分析推导了燃气管道失效可能导致的所有后果情形及概率，故障树分析能分析初因事件和后续事件的原因和概率。在实施风险评估时，由于目前我国有关管道失效及事故的基础数据严重缺乏，今后还需对两个方面的基础数据进行收集、整理、数据系统建立与完善：全国范围内的天然气管道事故数据，各个城市天然气管道基本信息数据(GIS数据库的完善)。该方法适合某一管段的风险分析，而城市燃气管网本身参数、所处的环境特征都非常复杂，不同地域的管段风险值存在很大的差别。城市燃气管网总长度很大，手工计算整个管网的风险非常繁琐。因此，若将该方法结合到管网GIS中，利用GIS中的已有数据，编制程序，自动计算，则可大大简化风险分析过程。
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