魏沁汝 ，李 杉 ，周永淳，韦孟佼

1.西南石油大学石油与天然气工程学院 （四川 成都 610500）

2.中国石油西南油气田川西北气矿 (四川 邛崃 611500)

3.中国石化西南油气分公司川西采气厂 （四川 德阳 618000）

4.中国石油西南油气田分公司输气管理处 （四川 成都 610213）

管道业飞速发展，相应的事故也悄然而来。如今输油管道趋向大管径、高压力，各种泄漏引发的爆炸、火灾、污染等连锁事故逐渐引起人们高度关注。2013年11月22日10时25分，位于山东省青岛经济技术开发区的中石化股份有限公司，下属管道储运分公司东黄输油管道原油泄漏并发生爆炸，造成62人死亡、136人受伤，直接经济损失7.5亿元[1]。2012年10月3日，印度尼西亚南苏门答腊省一输油管道发生爆炸并引发大火[2]，事故造成5人死亡，18人受伤。 这一系列人员伤亡、财产损失、环境污染事故均是由多米诺效应引起的，由此可见多米诺效应研究是非常有必要的。

多米诺效应是指事故的扩大和连锁反应。一旦发生多米诺效应，事故种类增加，危险等级提高，影响范围也将迅速扩大。欧盟1982年和1996年两度颁布塞维索法令[3-4]，要求对工厂布局、土地使用方面考虑多米诺效应。随即欧美各国开始研究多米诺效应，但大多针对工厂与厂房。2000年以后我国开始研究多米诺效应，目前研究尚处于初级阶段。胡小荣、龚时雨[5]等人分析了多米诺效应初始事件和事故场景；刘茂[6]等人对多米诺效应的风险分析方法进行了探索；戴雪松，王艳华[7]等人对化工重大事故多米诺效应做了相关研究；在城市燃气管网事故多米诺效应方面刘艳华[8]进行了相关分析；张青松[9]对油库池火灾场景进行了研究；师立晨[10]等对重大危险源多米诺效应进行了分析，并探究了热辐射、超压以及碎片引发的多米诺效应阀值。在石油化工行业，多米诺效应多针对储罐等化工园区，并无输油管道相关探索。且传统的多米诺效应分析立足于危险设备，运用火灾爆炸理论分析其发生途径和后果，相对单一。所以统计典型输油管道泄漏事故，判定事故多米诺效应，分析多米诺效应产生的不同途径与后果，有利于输油管道设计选线，且为输油管道泄漏事故处理提供理论指导。

1 输油管道泄漏事故统计分析

1.1 国内外主要输油管道泄漏事故

近年来由于腐蚀破裂、疲劳损坏和第三方破坏（特别是打孔盗油）导致输油管道泄漏事故时有发生，有些泄漏在管道工作人员及时发现情况下得到控制，有些泄漏事故则产生多米诺效应，造成不堪设想的后果。为总结输油管道泄漏事故后果规律，搜集2000～2013年国内外主要的输油管道泄漏事故51起，列出事故主要后果，见表1。

由于上述51起事故均为较严重的输油管道泄漏事故，有2个共同点：财产损失和管道停输。除此之外，还主要造成了污染河流海域、污染土地（农田、耕地等）、人员伤亡、影响居民用水、以及其他特殊情况如破坏动植物生存环境，旅游业、捕鱼业受损等事故后果，事故后果所占比例如图1所示。

表1 国内外主要输油管道泄漏事故

续表1

注：不包括财产损失、管道停输。

从图1中可以看出成品油管道泄漏事故主要产生了6种事故后果，其中人员伤亡、污染土地、污染河流海域情况最多，分别为26%、26%、28%。2种组合后果污染河流和人员伤亡、污染河流和影响居民用水则分别占4%，6%。单一影响到居民水源情况相对较少。一些特殊情况占8%。

1.2 主要输油管道泄漏事故多米诺效应的判定

根据Cozzani[46]等人给出的事故多米诺效应3个存在条件：存在引发多米诺效应的初始事故；事故蔓延开来必须导致至少1个二次事故发生；初始事故发生1个或者多个二次事故，产生了大于初始事故后果的严重事故。51个事故存在触发多米诺效应的初始事件即输油管道泄漏，初始事件泄漏的蔓延触发周围环境发生二次以上事件，如污染、爆炸、甚至海边旅游和渔业受损等，二次以上事件产生扩大了初始事件后果，所以判定51个事件产生了多米诺效应。例如，2011年9月12日肯尼亚输油管道事故，首都内罗毕东部工业区的燃油库一条地下输油管线发生破裂泄漏（初始事件产生），随即泄漏原油扩散流入居民区（初始事件蔓延），民众抢油，有人吸烟（触发临界条件）引发火灾爆炸（二次事故），导致至少82人死亡，118人受伤 （泄漏事故后果扩大）。伤亡事故的产生加大了泄漏事故后果，满足输油管道多米诺效应的3个条件，所以判定肯尼亚输油管道泄漏事故产生了多米诺效应。其余事故依次类推。

2 多米诺效应分析

由于多米诺效应是一个初始事件引发多级事件的连锁反应，故运用事件树来分析最为合理。事件树分析法(Event Tree Analysis，ETA)[47]是一种逻辑的演绎法，在给定一个初因的事件后，分析初因事件可能导致各种不同的事件序列结果，可以定量和定性地评价系统特性。

2.1 多米诺模型建立

根据统计分析得知，51个输油管道事故产生了多米诺效应，其地点多发生在特殊自然环境如海洋河流、农田、以及一些特殊人类活动场所；多米诺效应事故种类有污染、火灾爆炸、停止人类生产活动等；多米诺效应后果为人员伤亡、影响居民用水、农田污染、财产损失等。由此建立输油管道泄漏事故多米诺效应事件树模型，事件模型分为海底管道与陆地管道。

1）模型一：海底管道泄漏事故多米诺效应事件树模型。根据上文输油管道泄漏事件统计分析结果，海底管道泄漏引发的事故后果有污染周围海域，影响海洋生物的生存，污染海滩，影响当地旅游业、捕鱼业等相关产业。由此结果建立海底管泄漏多米诺效应事件树模型，如图2所示。

由图2知，海底管道泄漏产生了3中不同结果，此处分析最复杂的第一种结果。由于海底管道泄漏产生1次事故，污染附近海域；接着泄漏扩散成功，触发海水水质变化产生2次事故，污染面积扩大，破坏海洋生物生存环境，部分海洋生物生存濒危，如泰国海底管道泄漏事故中一些鱼类和珊瑚的死亡；当扩散蔓延至海边时，污染面积急速增加，鱼类等生物死亡，有旅游胜地或者捕鱼业受损，最终影响当地经济,使泄漏后果扩大,多米诺效应产生。

图2 海底输油管道泄漏事故多米诺效应事件树模型

2）模型二：陆地管道泄漏事故多米诺效应事件树模型。根据输油管道泄漏事件统计分析结果，陆地管道引发的事故后果有人员伤亡，铁路停运，污染农田、河流、水库，影响居民饮用水，管道停输，财产损失。陆地管道较海底管道面临的周围环境情况更多，如农田、河流、公路、湿地、工厂等。综合泄漏后果与管道周边情况，建立陆地管道泄漏事故多米诺效应事件树如图3所示。

此处研究的事故都是比较严重的泄漏事故，由图3和表2可以看出当初始事件管道泄漏A1发生，在不产生多米诺效应情况下则仅会产生财产损失、管道停输S6。当发生多米诺效应则可能产生5种情况造成更加严重的后果（S1至S5）污染土地、污染河流、影响居民用水、人员伤亡和影响人类其他活动。

图3 陆地输油管道泄漏事故多米诺效应事件树模型

表2 陆地输油管道泄漏事故多米诺效应事件树因素表

2.2 多米诺效应事故概率分析

对于陆地输油管道泄漏产生的6个后果 （S1至S6），由于本文研究比较严重泄漏事故，所以财产损失、管道停输是必定产生的，S6发生的概率为1。其余5个后果，准确确定其概率比较困难。

例如某输油管道管径508mm，输送介质为汽油，流量为450m3/h，由于第三方施工破坏发生泄漏，10min后发现并采取相应措施。泄漏段左侧200m有饮用水库，右侧200m有河流。

由于输油管道周围存在河流、水库，根据图3，泄漏输油管道由于扩散作用，容易引起污染河流、影响居民饮用水的多米诺效应。此处以污染河流为例，计算其发生的概率，计算步骤如下：

1）选择专家组，获得专家对污染河流的判断。选取10名专家，评估意见为可能性大3票、中等3票、较大4票。

2）将自然语言转化为模糊数。根据自然语言的模糊数[48]表达形式如图4，得到3种判断语言的隶属函数式（3）～（5），由此可将专家判断语言转为模糊数。

图4 失效可能性等级与模糊数对应关系

其中下角标H、M、FH分别表示大、中等、较大。

综合处理10位专家意见，选用模糊截集与平均算法组合专家的不同意见，设（3），（4），（5）式的 α截集分别为 Hα=[H1，H2]，Mα=[m1，m2]，FHα=[h1，h2]，其中 H1，H2，m1，m2，h1，h2分别为（3），（4），（5）的 α 截集的上限和下限。对fH(x)而言，令α=(x-0.1)/0.1，则H1=0.1α+0.7，H2=0.9-0.1α。 同理可得 m1=0.1α+0.4，m2=0.6-0.1α；h1=0.1α+0.5，h2=0.8-0.1α；。 在 α 的截集下，10位专家意见的总模糊数Z为：

3）将模糊数转化为模糊可能性值。由于需要后果发生的概率大小，所以必须先将模糊数转换为模糊可能性值(FPS)，再将模糊可能性值转换为模糊概率。根据Cheng和Hwang[49]提出的左右模糊排序法将模糊数转化为模糊可能性值。该方法定义的最小模糊集和最大模糊集为：

则模糊数W的左右模糊可能性值分别为：

则可得到模糊数W的FFR=1.23×10-2，即污染河流发生概率为1.23×10-2。同理可得影响居民饮用水的概率为4.39×10-3。污染河流发生的概率大于影响居民用水，表明在发生泄漏时，河流污染可能会比污染水库提前发生，因此需要调节抢险措施。同时，此结果与图1事故后果比例图相符，说明此方法具有一定适用性。对于泄漏的其他情况，同理可以将实际管道泄漏情况与图2图3结合，请求专家评判，再由模糊理论获得事故发生的概率，由此可以指导类似输油管道泄漏事故的处理工作。

3 结论

1）输油管道泄漏事故多米诺效应有4种主要后果以及2种组合后果分别是：人员伤亡、污染河流海域、污染土地、影响居民用水、污染河流和人员伤亡、污染河流和影响居民用水。其中人员伤亡、污染河流、污染土地最容易发生，所以在选线与事故处理时，应多关注管道周围人类活动场所、河流、土地的情况。

2）模糊理论与专家判断法处理输油管道事故多米诺效应后果有一定适用性，当输油管道泄漏发生，可以运用此法计算多米诺后果发生概率，从而起到对事故处理的指导作用。

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