脆弱性评价方法及其在油气管道行业的应用

李军

国家管网集团东部原油储运有限公司荆门输油处新沟输油站

摘要：当前的油气管道事故研究主要集中在管道风险评估、管道系统风险的有效评估以及通过全面的管道风险管理来控制或改善这些因素，其核心是循环管道风险评估，它不仅提供了风险评估，而且还提供了三种方法来评估管道风险:定性评估， 对这三种方法的半定量评价和定量评价[3-4]均以明确评价管道事故风险的任务为指导，从管道事故原因中得出管道事故分析结果，事故原因分析和事故后果预测的基本原则，当前的管道事故风险评估方法的运用和创新，对油气事故机理的要求较低，部分研究只是对事故风险的粗略描述，对管道事故的原因缺乏足够的了解。

关键词：脆弱性评价；油气管道；应用

引言

脆弱性最早出现在医学研究文献中，仅表示身体器官组织无法对特定疾病或病毒免疫而容易发生机能衰弱或丧失的特性。此后，脆弱性受到其他学者的广泛关注，其研究得到扩展，脆弱性的研究对象逐渐复杂化，脆弱性评价方法已广泛应用于生态系统、经济问题、气候变化、工程学等众多研究领域，并取得了丰硕的研究成果。目前，油气管道领域在脆弱性研究方面开展的工作尚不多，反向研究管道系统的脆弱性，即找出系统最脆弱的因素或会导致系统性能变差的原因，确定缺陷、风险等的影响因素及其导致的事故，也就是管道系统从结构的完整性到发生事故的脆弱性。冯庆善借鉴纳西姆·尼古拉斯·塔勒布的《反脆弱》一书中提出的脆弱性、反脆弱性及强韧性的三元结构，量化描述了管道系统事故，并提出了管道系统的脆弱性量化公式，但其缺乏对管道脆弱性系统的研究，其科学性也未得到验证。为了提高管道系统的安全性，特别是解决高等级钢管体环焊缝的事故预防难题，系统梳理了国内外在脆弱性方面的研究成果，通过更深入地研究脆弱性的基本理念与发展历程，以期为油气管道系统的脆弱性识别与评价方法的建立提供参考。

1.脆弱性评价方法

图层叠置法是通过将代表不同脆弱性要素的图层或代表不同形式扰动的图层进行叠置，进而直观地获取脆弱性的空间分布形式及差异状态。不同脆弱性要素图层叠置方法更适用于区域、地域的脆弱性评价研究，可以较好地表征区域灾害或区域干扰影响下研究对象脆弱性在空间上的差异，同时还可以较好地体现出敏感性、风险性、应对能力方面在空间中的区别；但在多种灾害或干扰并存的情况下，应对能力指标仅仅选择能够表征应对不同灾害或干扰的共性指标，将会导致无法获取研究区域地域内特定灾害或干扰的脆弱性程度。不同形式扰动的图层叠置方法适用于多重扰动并存条件下的脆弱性评价研究，但无法体现不同灾害或干扰的研究系统整体影响程度的差异性。O’Brien等分别将印度地区的气候变化条件下的适应能力分布图与气候敏感性分布图、贸易敏感性分布图进行叠置，构建了印度地区的气候变化脆弱性分布图、全球化脆弱性分布图，最终通过叠置气候变化脆弱性与全球化脆弱性分布图构建了印度气候变化与全球化双重暴露脆弱性分布图，以此对全球一体化大背景条件下不同区域地域气候变化脆弱性开展评价分析。Metzger等将分层潜在影响图层与自适应能力图层叠置，构建了生态系统服务指标“Livelihood”脆弱性图，对欧洲地区生态系统服务供应开展预测，在当地生态保护中取得了一定成效。

2.脆弱性评价在管道行业的应用

2.1油气管道脆弱性内涵探究

冯庆善基于中国管道完整性管理与评价的实际状况，在《反脆弱性》一书提出的事物组成的脆弱性、反脆弱性及强韧性三元属性基础上，改进提出利用脆弱性、反脆弱性及完整性3个方面定量表征管道事故状态。管道系统的脆弱性内涵为：当管道内部或外界条件发生改变，可能发生事故的趋向导致管道发生事故的可能性增大。管道系统的反脆弱性则分为正面的反脆弱性与负面的反脆弱性，正面的反脆弱性是管道在内部或外界条件改变之后，乃至爆发事故之后，管道系统的完整性管理、应急救援体系等方面得到提升；负面的反脆弱性是对事故或风险产生了适应、忽视或麻痹的状态。脆弱性与反脆弱性均为管道系统的状态，二者的综合性指标表征了管道系统发生事故的可能性。管道系统的完整性为管道物理状态完备，应对各种条件变化的能力突出。目前，尚未形成统一的、公认的油气管道脆弱性概念，借鉴生态系统、电网系统等其他领域不同对象的脆弱性概念的要素与内涵，并基于冯庆善提出的管道系统脆弱性内涵，认为油气管道系统的脆弱性概念应从暴露性、敏感性、适应能力3个方面描述管道内外条件发生改变时管道发生事故的趋向性。管道自身及管道沿线的人员、设备设施、环境，以至于社会、国家能源战略安全均会受到管道事故的影响，繁多的影响因素之间相互关联、相互作用，管道系统与周边环境已经共同构成一个耦合、复杂的管道-环境综合系统。因此，油气管道脆弱性的研究对象往往不只是管道本体，还包含管道沿线的环境条件、设备设施，以及对管道事故具有一定响应能力与应对恢复能力的措施、机构。可见，在管道脆弱性的含义和定义探析方面，可将油气管道系统脆弱性表征为风险、敏感性、应对能力等一系列相关概念的集合。

2.2油气管道事故脆弱性致因机理分析

由于油气管道系统基本上易受外部扰动的影响，因此，按照油气结构脆弱性的应用，系统对管道的自然脆弱性进行了定量评估。系统结构使系统在评估脆弱性的阈值下保持安全稳定，三维布管系统受到外部因素(例如系统中的外部因素)和外部腐蚀环境(取决于扰动因素的强度)的影响。系统脆弱性评估的值超过了安全阈值、系统不稳定、管道系统中传播的介质对整体或局部运行的损害，开始避免，并逐渐走向与灾难发生者发生碰撞的实体，或者当身体接触到媒体泄漏时，可能超出本机构所能承受的极限，并且在这种情况下会导致对由应急系统、政府和公众组成的管道系统进行两种类型的干预控制。 超过脆弱性的安全阈值，一方面涉及管道系统的脆弱性，补偿由于超出脆弱性阈值而造成的介质泄漏，减少载体对介质泄漏的访问，防止过度暴露，另一方面通过管理将损失降至最低，从而降低系统应对灾害的能力，从而提高油气管网的整体安全。

结束语

油气管道脆弱性综合指数评价方法应用的最为广泛，下一步应考虑应创新思路，构建新的脆弱性评价方法，并提出多元化的脆弱性评价指标体系。常用的指标权重确定方法为基于层次分析法的主观权重与基于熵权法的客观权重，部分研究者在指标权重的确定方面提出了新方法，但大多处于尝试阶段，应对其脆弱性评价方法的过程与结果开展验证，确定合理的脆弱性指标权重。

参考文献

[1]冯庆善.油气管道事故特征与量化的理论研究[J].油气储运，2017，36（4）：369-374

[2]纳西姆·尼古拉斯·塔勒布.反脆弱：从不确定性中获益[M].雨珂，译.北京：中信出版社，2014：38-39.

[3]区至培.美國戰爭經濟的脆弱性[J].世界知识，1951（23）：20-20.

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[5]张宏，吴锴，刘啸奔，杨悦，隋永莉，张振永.直径1422mmX80管道环焊接头应变能力数值模拟方法[J].油气储运，2020，