刘 标，刘 斌，王天赐，郑 伟，梁昌晶

(1.玉门油田环庆分公司 甘肃 酒泉 735000； 2.青海油田诚信服务公司 甘肃 敦煌 736202；3.中国石油长庆油田分公司第六采油厂 陕西 西安 710200；4.河北华北石油港华勘察规划设计有限公司 河北 任丘 062552)

0 引 言

目前，油气管道是陆上石油石化行业最安全快捷的运输方式，是连接上游油气田和下游炼化企业的枢纽。但由于城镇化进程的不断加快，管道沿线征地和工农矛盾逐渐凸显，很多老龄管道沿线区域由最初的农田、荒地逐步转变为人口密集的城镇开发区，管道占压情况严重[1-2]。这部分老龄油气管道涉及的风险诱因较多，就目前已统计的油气管道事故案例分析，主要与政府保护机制缺失、应急预案不明确和管道保护工作不力等因素有关[3-4]，且各风险诱因间存在相互作用机制和耦合协调关系。

目前已知文献的评价方法普遍存在主观意识较强[5]、透明度较差的现象[6-7]。基于此，综合考虑引起老龄油气管道失效的各项风险因素，构建评价指标体系，利用决策试验与评价实验室(DEMATEL)方法分析各风险因素的相互关系，并计算指标权重，再结合集对分析法(SPA)对数据进行处理，得到不同管段的风险等级，以期为预防老龄管道泄漏失效提供理论依据和实际参考。

1 老龄油气管道风险评价指标体系

目前，欧美发达国家设有专门的压力管道事故管理机构或行业协会，定期对事故频率和事故原因进行统计分析。根据欧洲天然气管道事故数据组织(EGIG)、欧洲清洁空气和水资源保护组织(CONCAWE)、美国管道及危险材料安全管理局(PHMSA)及国家管网集团北方管道公司的相关数据，结合老龄油气管道沿线生态环境和管道自身属性，通过查阅文献和相关研究，从腐蚀、裂纹、第三方破坏、自然灾害、管控措施等5方面建立评价指标体系，各子风险系统中均存在引发管道失效的风险因素，如图1所示。

图1 老龄油气管道风险评价指标体系

由于老龄管道的服役时间较长，故存在结构和性能老化现象，其腐蚀和裂纹缺陷不容忽视。第三方破坏主要与地面施工和农耕活动有关，也与可能引发上述活动的警示标志缺失、管道占压和公众教育缺失等有关。山体滑坡、泥石流、地基沉降等自然灾害会使管道裸露、悬空，影响管道承载结构和应力分布，严重时还会导致爆管。此外，应急预案缺失、维护维修方案不当等情况也会间接影响管道的运行风险，使管道发生失效时风险处于不可控状态。

2 评价方法

2.1 DEMATEL方法

DEMATEL方法是基于图论和矩阵论原理，用于分析复杂系统中各元素间的因果关系和相互影响程度的工具。在此采用0-5标度法，通过专家判断评价指标间的相互影响程度，均值化处理后得到直接影响矩阵A：

(1)

式(1)中：aij为因素i对因素j的影响因子，i=1,2,…,m，j=1,2,…,n。此外，aij≠aji，当i=j时，aij=0。对矩阵A进行规范化处理后，得到规范化矩阵G，根据下式确定综合影响矩阵T：

T=G+G2+…+Gm≈G(I-G)-1

(2)

式(2)中：I为单位矩阵。根据矩阵T中的元素tij计算影响度fi和被影响度ei，fi为各行元素相加，代表该因素对其余因素产生直接影响或间接影响的程度；ei为各列元素相加，代表该因素受其余因素直接影响或间接影响的程度。随后，计算各因素的原因度si和中心度mi：

si=fi-ei

(3)

mi=fi+ei

(4)

原因度si代表该因素与其余因素之间的因果关系；中心度mi代表该因素的重要程度，将中心度进行归一化处理后得到指标权重wi。

2.2 SPA方法

SPA方法可将确定信息与不确定信息进行集成，并将其视为一个整体考虑，采用联系度反映评价对象的同一度、差异度和对立度之间的关系，联系度μ公式如下：

μ=a+bx+cy

(5)

式(5)中：a、b、c分别为同一度、差异度和对立度；x为差异度系数；y为对立度系数，y=-1。将老龄油气管道失效风险的等级划分为高、较高、中、较低、低等5个等级，对应的分值区间为[8.8,10]、[7.6,8.8]、[4.8,7.6]、[1.6,4.8]、[0,1.6]，即分值越高，失效风险越大。采用5元联系度构造评价指标中的分值与评价等级之间的联系度，见下式。

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

式中：xn为某样本在指标n上的评价分值；μnk为针对各评价等级的联系度，k=1,2,…,5；s1～s5为对应分值区间的上限阈值。

2.3 基于DEMATEL-SPA的老龄油气管道风险评价方法

采用SPA方法解决老龄油气管道的风险评价问题，本质上是将各评价指标的风险大小与评价等级组成一个集对，得到各样本数据中评价指标相对于评价等级的联系度，再结合权重计算结果，得到平均联系度μk：

μk=wiμnk

(11)

计算结果中最大平均联系度对应的等级即为老龄油气管道的风险等级。

3 实例分析

以某油田集输管道为例，邀请老龄油气管道失效研究领域的专家对图1中三级指标间的相互影响程度进行赋值，按照(1)～(4)式计算影响度、被影响度、原因度和中心度，将影响度和被影响度归一化处理，用百分比表示，如图2、图3所示。

图2 评价指标的影响度和被影响度

图3 评价指标的原因度和中心度

从图2可知，误操作B1、巡线检查不足C7和政府保护机制不足E3等对其余因素的影响程度较大，说明加强员工素质、提升专业能力、防止违章操作和无证作业、提高巡线检查的频次和力度、制定安全合理的预防措施、与政府相关部门形成联动机制等措施可有效减少管道失效概率，提高事故的可预防性。防腐涂层破损A3、阴极保护不足A4、结构老化降级B3等受其余因素的影响程度较大，其余因素的发生会直接或间接导致以上事件发生，属间接连锁薄弱环节。

从图3可知，原因度大于0的为原因因素，小于0的为结果因素。其中结构老化降级B3和政府保护机制不足E3的中心度较大，同时B3的被影响度较大，E3的影响度较大，说明这两项是造成管道失效的主要因素；而自然灾害中除恶劣天气外，其余因素的中心度较小，说明待评价管道发生自然灾害的频率较低，对于此类风险防控可适当降低标准。对中心度进行归一化处理，得到评价指标权重，见表1。结合三级指标权重得到二级指标权重，如图4所示。其中C>A>E>B>D，第三方破坏的中心度相对较大且分布集中，而自然灾害的中心度较小。

表1 三级评价指标权重

图4 二级评价指标权重

由于该油田涉及的管道区域较大，且周边环境复杂多变，以其中5个管段为例，按照评价等级进行赋值，见表2。

表2 评价指标得分

续表

根据公式(6)～(10)计算联系度，再根据表1的权重结果计算各管段的综合评价结果，见表3。由评价结果可知，风险等级为管段1=管段5>管段3>管段2=管段4。其中，管段1的管道上方位和侧方位均有大量民房、厂房、围墙、养殖场等建筑，约75%的占压在高后果区内，大量管道占压影响正常维护和检修，管道巡线人员只能绕道而行。此外，因缺乏影响关键区域警示标志的设立，周边居民的安全和法律意识淡薄，经常在未取得合法规划的前提下，在管道上方或中心线两侧5 m范围内搭建、扩建建筑物，导致占压比例增加。管段5的设计寿命30 a，目前已使用26 a，接近报废年限，管道沿线土壤电阻率较低，同时输送介质内含有大量H2S和CO2，腐蚀性较强。此外，管段5的运行和维护人员整体水平较差，在应急预案和应急演练上明显不足，也是造成管段5风险等级较高的原因。为验证DEMATEL-SPA方法的准确性，采用模糊综合评价法和实际情况进行对比，结果表明采用SPA法分析的结果与实际情况相符，证明了SPA法的准确性和可行性。

表3 各管段综合评价结果

综上所述，应对管段1和管段5予以高度重视，对风险高的评价指标立刻整改，提高检查力度；管段2和管段4的状态相对稳定，为防止其余随机性指标的影响，应进一步加强状态监测，随时进行风险再评价，将事后维修转为事先控制。

4 结 论

1)建立了老龄油气管道风险评价指标体系，通过DEMATEL方法计算了各指标的影响度、被影响度、中心度和原因度，分析了指标因果关系和相互影响作用，确定了结构老化降级和政府保护机制不足是造成管道失效的主要因素。

2)结合SPA方法对管道失效风险进行评价，解决了不确定信息造成的模糊性，为老龄油气管道的运行状态评价和应急响应决策提供实际参考。