第三章管道风险评价KENT评分法


最早系统提出管道风险评价方法的人是英国一位多年从事油气输送管道经营管理的专家W.Kent Muhlbauer先生。W.Kent Muhlbauer在其出版的《管道风险管理手册》一书中详细地介绍了评价管道风险的专家评分法(或称专家打分法，EST)。通常人们将此种方法简称为KENT评分法，与其他方法相比至少有以下优点： 到目前为止，它是各种方法中最为完整和最为系统的一种方法； 容易掌握，便于推广； 可由工程技术人员管理人员、操作人员共同参与评分，从而集中多方面意见。KENT评分法适用于在役长输管道的线路部分，同时适用于长距离输送的石油和天然气管道。
第一节KENT评分法中采用的名词和术语
KENT评分法中采用了如下的一些名词和术语，这里加以解释。在某些情况下，这些解释与词典中严格的定义略有差别。
1. 急剧危害
急剧危害是一种潜在的威胁，事故发生后立刻产生严重的后果，如火灾、爆炸和接触有毒物质。
2. 阳极
阳极腐蚀电池的一个组成部分，在金属腐蚀过程中，释放离子，并造成金属质量损失。
3. 自动阀(自动截断阀)
自动阀是一种阻止管道中流体流动的机械装置，设计成通过接收预定信号来操作，信号可以自动传输，无须人工操作(参看遥控操作阀部分)。
4. 回填
作为管道安装的最后一步，将土壤填盖在管道之上。通常采用沙子作为回填材料，主要是因为沙子承重比较均匀，而且在安装时不会对管道设备涂层造成损害。

5. 阴极
阴极是腐蚀电池一个组成部分，在金属腐蚀过程中，吸引离子，从而造成金属度量增加。
6. 阴极保护
阴极保护是一种防止腐蚀的方法，所采用的措施是将低压电荷加到一种金属上，使其金属充当阴极，以保护金属不受腐蚀。
7. 长期危害
长期危害是一种潜在的威胁，在事故发生后很长一段时间内持续产生危害，如致癌物、地面水污染和长期影响健康的因素。
8. 止回阀
止回阀是一种用于限制管道流体流动的机械装置，它仅在一个方向上阻止管道流体流动，但允许流体反方向流动。




9. 涂层
涂层是一种涂在管道表面上的材料，以使管道不与潜在的有害物质接触。
10. 腐蚀
腐蚀是指由于化学反应使金属遭到损失。
11. 扩散系数
扩散系数从某一方面代表管道泄漏相对严重程度，反映泄漏特点，用泄漏量和邻近人口密度来表示，被用于确定泄漏影响系数。
12. DOT
DOT是美国运输部，美国政府部门。负责制定管道设计、管道建设和管道运营的有关规定。
13. EPA
EPA是美国环境保护机构，美国政府部门。负责制定有关环境保护方面的规定。
14. 失效
失效是指某种设备失去了它的应有功能，不能发挥其应有的作用。一条泄漏的管道，它的失效是非常明显的。失效处通常也被定义为材料承受的应力超过了它的弹性或屈服点，使其不能恢复原有形状。
15. 疲劳
由于应力反复作用和消失的过程而造成的。由于疲劳能在较低应力范围下导致失效，因此，在设计时所选择的材料必须能够承受这种周期应力的作用。
16. 断裂韧性
断裂韧性是指材料承受断裂的能力。在裂缝裂开之前，塑性材料能够吸收大量的能量。铅具有较高的断裂韧性，而玻璃具有较低的断裂韧性。
17. 事故
事故是指导致生命、财产和收入等损失的事件。
18. HAZ
HAZ是指热影响区。金属焊缝周围的区域由于受到焊接过程中热量的影响，与其他部分相比，这个区域更容易断裂。
19. 指数
指数是指引起管道事故的四种要素之一。对管道设计、运营和环境进行评价，得出第三方损坏指数、腐蚀指数、设计指数和误操作指数的数值。
20. 内部腐蚀
内部腐蚀是指发生在管道内壁或任何管件的内表面的某种形式的腐蚀。
21. 泄漏影响系数
泄漏影响系数反映由于管道失效所造成的总体后果的一个数值。该系数是一个以产品危害和扩散系数为基础的分值。四个指数值之和除以泄漏影响系数得出相对风险数值。
22. MAOP
MAOP是指最大允许操作压力(又称为最大允许工作压力——MAWP )，是管道依据工程计算、已知的材料特性和管理规定基础上所能承受的最大内压。
23. PSI(PSIG，PSIA) 
psi是美国通用压力测量单位，定义为磅/平方英寸(lb/in2)。psig是表压，即压力表中的读数，在大气压下，压力表的压力读数为零。psia是绝对压力。1磅力/平方英寸(psi)=6.895千帕(kPa)，145psi=1MPa。1标准大气压(atm)=14.696磅/平方英寸(psi)，0psig=14.7psia。
24. 清管器
清管器设计成能在管道中运行，从而达到清管、产品隔离或收集信息的目的。清管器通常由其后面的气体或液体压力来推动。
25. 泄压阀
泄压阀也称为POP阀或安全阀，这种机械安全装置设计成在预先设定的压力下操作，以降低容器的内压。当容器压力降到低于设定值时，泄压阀则被关闭。
26. 产品危害
产品危害反映了管道运输产品的相对危险程度，根据产品特点可分为急剧危害和长期危害，如可燃性、毒性和致癌。
27. 公共教育
公共教育是指由管道公司组织的有关管道工业的普通公共教育计划。它使人们了解到如何避免和向管道公司报告管道受到威胁，并提前采取措施，以防止管道泄漏。
28. 相对风险值
相对风险值是本书给出的风险评价过程的最终成果。相对风险值代表管道在所处的环境条件下的相对风险大小，以及在评价期间考虑的运行气候。这个值只有在相同条件下，比较管道评价的不同数值才有意义。
29. 整流器
整流器是将交流电转化为直流电的一种装置，在管道上加电流用于保护阴极。
30. 泄漏量
泄漏量是指引起环境保护机构调查泄漏物质量的起点值。这些数值可分为1、10、100、1000和5000lb，危害性大的物质在较低的泄漏量下就会引起调查。在本书的风险评价模型中，确定物质的泄漏量已涉及通常环境保护机构没有规定的物质。
31. 遥控操作阀
遥控操作阀是一种控制管道流体流动的机械装置，设计成接收远距离传输的信号控制操作。
32. 风险
风险是指管道可能造成损害的概率和造成的后果。
33. ROW
ROW是指管道用地，也就是说，对于埋地管道来说是指管道上方的用地，对于地上管道来说是指管道下方的用地。通常指一个几码宽的路带(1yd=0. 9144m)，由管道公司租用或购买。
34. 安全装置
安全装置是一种气动、机械制动或电动装置。设计安全装置是为了防止或减少意外伤害事件的发生。安全装置包括： 泄压阀、压力开关、自动阀和所有的自动停泵装置。
35. SCADA
SCADA是supervisory control and data acquisition的缩写，即数据采集和自动监控系统。采用该系统可以采集远距离工作现场的压力和流量信息，并将这些信息传送到中央控制室进行监控、数据处理和分析。利用这套系统，管理人员可以通过中央控制室发出指令，通过遥控来完成打开或关闭阀门，启泵或停泵等操作。
36. SCC
SCC是指应力腐蚀裂纹，是由机械载荷(应力)和腐蚀结合在一起而造成的潜在失效。SCC经常成为疲劳失效的触发或促进因素。
37. SMYS
SMYS，即规定的最小屈服强度，是指在材料发生永久变形之前所能承受的应力。该数值可以从材料制造商处获得。
38. 应力
应力是指作用在最小单位材料上的内力。
美国应力单位由psi(lb/in2)表示。中国应力单位用MPa或kg/cm2表示。当外部载荷加到材料上时，材料就产生了应力，以阻止载荷造成材料变形。
39. 水击压力
水击压力又称为水锤，它是在管道操作过程中，管道内压突然增加造成的。当管道内流体的流动突然停止时，动能会转化为势能，从而造成水击现象。
40. 壁厚
壁厚是指管道内表面到管道外表面之间尺寸大小的测量值，也就是管材的厚度。
41. 屈服点
屈服点是指造成非弹性变形的临界应力点。当应力低于或等于该点时，应力消失后，材料可以恢复原状； 当应力超过该点时，材料就会造成永久变形。
第二节KENT评分法风险评价模型
一、 建立管道风险管理方法的基本步骤

建立管道风险管理方法应采取以下四个步骤。
1. 分段
把管线系统分成几个管段。管段大小常常取决于运行条件的变化、收集资料的费用/维护费用以及增加准确性的获益。
2. 制定
制定有关风险增加和减少的清单，并在表中列出每一项参数的相对重要性。
3. 资料的收集
完成每段管线的风险评价，建立相应的数据库。
4. 维护
鉴别引起风险的各个参数在何时且如何变化的，根据这些变化随时不断更新数据库。

上述的第二、三步骤极有可能是此过程中最有价值的部分。对于正在评价的项目，它们不仅耗时，而且必须获得所有相关的关键人的认可。初步意见常常在广泛认可与部分反对该方法之间产生分歧。对于一个成功的风险控制方法来说，花费在第二、三步骤的时间与资源应被视为是对其的初步投资。而第一与第四步骤则是为保持方法有效性的必要支出，但不应投入过高。
KENT评分法风险评价技术对管线操作人员及经营管理者都是行之有效的方法，如及时地解决不时出现的复杂问题，该方法则成为判定风险的一个恒定参照分值。
基本风险评价模型的目的就是为公众评价风险爆发的可能性，以及确定风险管理的有效方法。
二、 KENT风险评价模型的基本假设及说明
KENT风险评价模型建立在以下假设基础上。
1. 独立性假设
影响风险的各因素是独立的，即每个因素独立影响风险的状态。也就是说，应把影响风险进程的每一参数与其他参数分别
考虑，每一参数能独立对风险进程产生影响。总风险值是各独立单个因素值的总和。

【例31】假如事件B仅当事件A发生后才可能发生，于是，给予事件B一个较低的权重值，即表示在两者之间事件B具有较低的事件发生概率。然而风险模式并无法保证没有事件A，事件B也不会发生。
2. 最坏状况
假设评价风险时要考虑到最坏的情况，即一条管段的最坏情况决定该管段的评价分值。
【例32】评价一条管道，该管道总长为100km，其中90km埋深1.2m，另10km埋深为0.8m，则应按0.8m考虑。再如，若一段8km的管段上有1m厚的覆盖层，但其中有61m长的管线的覆盖层仅为0.5m厚，那么，相当于将这8km长管段的整条管线的覆盖层均视为0.5m厚来进行评价。评价者可围绕所选定的破裂段展开活动。
3. 相对性假设
评价的分数只是一个相对的概念。一个管段的得分值仅表示本段与其他段管线相比较而言。高分值表示其安全性高于其他段管线，即风险低于其他段管线。事实上绝对风险数是无法计算的。
4. 主观性
标准评分表所反映的是建立在管道行业经验基础上的专家意见以及专业管道敷设安装经验。每项的相关重要性，也就是
该项的权重，同样来自专家的判断。评分的方法及分数的界定最终还是人为制订的，因而难免有主观性。建议更多的人参与，制定出规范，以便降低主观性。
5. 公众性
对于普通大众来说，感兴趣的仅仅是危险及危害本身。本方法不涵盖管道操作人员和管道公司职员自身的风险。
6. 权重
在各项目中所限定的分数最高值反映了该项目在风险评价中所占位置的重要性，即各指数可能拥有的最大分值——权重，表示该指数的相对重要性。其重要性是依据该项在风险增加或是减少方面所起的作用。四类指数均给予相同的0~100分。因为关注造成故障原因的事故记录，各个公司不具有一致性，那么，以一个事故历史记载为基础，把一指数列在另一个之上似乎不合理，但是似乎也没有其他更合理的排列方法。
三、 KENT评分法风险评价模型
1.  KENT评分法基本思路和风险评价基本模型

根据公开报道的各种典型管道事故类型，可将造成管道事故的原因大致分为四大类： 第三方破坏、
腐蚀、设计和误操作。详细评分项目范围可进一步分为对应的四类指数： 第三方破坏指数、腐蚀指数、设计指数和误操作指数(见图31)。每个指数均反映过去引起管道事故发生的一般原因范围。通过考虑每一指数中的每个参数，评价者得出该指数的计算分值，然后将4类指数的分值逐项相加得出总分值。

为获得某一危害后果系数——称为泄漏影响系数，皆需顾及管输产品特性、管道运行状况以及管线位置等诸多因素，包括与产品泄放有关的剧烈的和长期的危害。泄漏影响系数和指数和两者相结合(用除法)可得到最终的风险评价值(见图31)。

此方法可反复用于每一段管线，最终的结果是每段管道的数值风险值。倘若需要，将保留融入这个数值的所有信息用于详细分析。

KENT评分法的基本步骤是： ①找出发生事故的各种原因，并加以分类； ②根据历史记录和现场调查加以评分，当然对评分的方法均有较严格的规定，以便各种评分不会有太大的偏差； ③把以上的评分得数相加； ④根据输送介质的危险性及影响面的大小综合评定得出泄漏影响系数； ⑤把第二步所得指数与第四步的泄漏影响系数综合计算，最后得出相对风险数。
KENT评分法风险评价基本模型如图31所示。


图31KENT评分法风险评价基本模型


2. KENT评分法的分值分配
KENT评分法的分值分配，参见表31。第三方损害、腐蚀、设计、误操作这四类指数，每种指数的分值均设计为0~100分
，各类指数分值总和范围为0~400分。


(1)  第三方损害因素的指数分值范围为0~100分，具体评分项目包括最小埋深、地面上的活动状况、当地居民的素质等因素。

(2) 腐蚀因素的指数分值范围为0~100分，具体评分项目包括输送介质的腐蚀性、有无内保护层、阴极保护状况、防腐层状况、土壤的腐蚀性、保护涂层已使用的年限等因素。
(3) 设计因素的指数分值范围为0~100分，具体评分项目包括管道安全系数的大小、安全系统的状况、水击潜在的可能性的大小、土壤移动的概率大小等因素。

(4) 误操作因素的指数分值范围为0~100分，具体评分项目包括设计、施工、运营、维护四个方面的误操作。其中，设计方面，即对危险认识不足、选材不当、安全系数考虑不周等因素； 施工方面指环焊口质量不佳、回填状况、防腐涂层施工状况以及检验状况等诸多因素； 运营方面要考虑到SCADA通信系统故障和操作人员培训状况等； 维护方面指定期维护的状况等。

(5) 泄漏影响系数有两个方面： ①输送介质的特性； ②事故可能影响面，即事故扩散和波及的特点。介质危害考虑到介质的毒性、易燃性、活化性等，影响系数包括人口密度等方面。
3. 相对风险值
根据风险评价标准分值(见表31)，通过专家对各分段管道的评价打分，得到每一段各个指数的得分，最后得出4个指数的总分，将该值除以泄漏影响系数得到该段管道相对风险值。利用各段管道相对风险值可绘制出一条整个管道系统风险评价曲线。
管道的相对风险评价可按式(31)计算。对于管道来说，相对风险值越大，表示管段越安全。



相对风险值=指数和泄漏影响系数(31)

指数和=第三方破坏指数+腐蚀指数+设计指数+误操作指数(32)

泄漏影响系数=介质危害指数扩散系数(33)





表31KENT评分法管道风险评价表



指数类别项目分值范围/分采用的分值

第三方损害指数

管线覆盖层的最小深度(最小埋深)0~20
活动程度0~20
地面设施(管道地上设备)0~10
直呼系统(单号呼叫系统)0~15
公众教育0~15
管道用地标志(线路状况)0~5
巡线频率0~15
合计0~100


腐蚀指数


大气腐蚀
0~20

设施(管道暴露空气中方式)0~5
大气类型0~10
包裹层/检测(保护层)0~5


内部腐蚀
0~20

产品腐蚀(介质腐蚀性)0~10
管道内防护(内防腐保护)0~10

埋地金属腐蚀(外腐蚀)0~60

阴极保护0~8
包覆层状况(保护层)0~10
土壤腐蚀性0~4
系统运行年限(使用年限)0~3
其他金属埋地物0~4
交流感应电流(交流电干扰)0~4
机械腐蚀(应力腐蚀)0~5
管地电位测试桩(测试桩)0~6
密间隔测量(密间隔管地电位)0~8
管道内检测器0~8


合计0~100


设计指数


管线安全系数(钢管安全指数)0~20
系统安全系数(指数)0~20
疲劳(指数)0~15
水击潜在危害(指数)0~10
管道系统水压试验(水压试验指数)0~25
土壤移动(指数)0~10
合计0~100
续表



指数类别项目分值范围/分采用的分值

误操作
指数


设计0~30

危险识别(危险有害因素辨识)0~4
达到MAOP(最大允许工作压力)的可能性0~12
安全系统0~10
材料选择0~2
设计检查0~2


施工0~20

检验(施工检验)0~10
材料0~2
连接(接头)0~2
回填0~2
搬运(储运保护与组对控制)0~2
包覆层(保护层)0~2


运行(操作)
0~35

工艺规程(操作规程)0~7
SCADA/通信0~5
毒品检查(药检)0~2
安全计划0~2
检查0~2
培训0~10
机械失误防护措施
(机械故障保护装置) 0~7


维护0~15

文件编制(维护记录)0~2
计划(维护计划)0~3
维护规程(维护作业指导书)0~10


合计0~100
指数和=第三方损害指数+腐蚀指数+设计指数+误操作指数0~400


泄漏影响

系数


产品危害

(介质危害)

0~22


急剧危害

(急性危害) 

0~12


可燃性Nf0~4
反应(化学活性)Nr0~4
毒性Nh0~4


长期危害RQ0~10


扩散系数

液体或气体泄漏1~6
人口密度1~4
扩散系数=泄漏分值/人口密度分值0.25~6


泄漏影响系数=介质危害指数/扩散系数
相对风险评价值=指数和/泄漏影响系数


四、 非可变因素与可变因素
在风险影响因素中，可大致分为两类，即非可变因素和可变因素。非可变因素是指通过人的努力也不可能改变或只能有很少改变的特定条件或属性，如沿线土壤的性质、气候状况、沿线的人文状况等。可变因素是指通过人的努力可以改变的因素，如通过管道智能检测器的频度、操作人员的培训状况、施工质量等。
如前文所述，危险与风险两者之间存在差异。人们通常几乎无法改变危险，但是可以采取措施影响并化解风险。遵循这一理论，评价者可将每一指数中各项按照不可变因素和可变因素进行逐项分类。不可变因素大致与危险特性一致，而可变因素则反映风险的冲击作用。不可变因素反映管道的环境状况，而可变因素则是为响应该环境而采取的行动。两者均影响风险，但将两者区分开是有意义的。
术语“非可变因素”可被定义为一种特性，即具有难以改变或不可能改变的特性。它们是超越操作人员所能控制的范围的，管道系统自身所具有的特性。管道风险评价的大部分都涉及不可变因素。类似于
按常规不能改变的常数，因此被称为非可变因素的有： 
①土壤特性； 
②大气环境类型； 
③输送产品特性； 
④埋地管线附近的状况及其自然特征。

可变因素包括管线设计者或经营者为改善风险进程而适当采取的措施(预防措施)，主要包括： 
①管道巡线频率； 
②操作人员培训计划； 
③管道用地维护计划。

以上所列的各类别均相当清晰明白。评价者应当预料到存在于不可变因素和可变因素两者间的模糊情况。在可变与不可变之间，有些属于中间状态的，如管道的埋深，对已有管道的风险评价，实际上不可能把所有管道再加大埋深，故为不可变因素。但对于新管道，在建设前进行风险评价时，如资金投入有限，为减少第三方破坏，提高安全度加大埋深则是可行的，故又属于可变因素。
【例33】考虑毗邻管线的人口密集区域，其中的指数之一是第三方对管道具有的潜在损害的影响。而且，很明显并不具有不可改变之特性，因为通常可选择管线改道敷设。但若基于经济上的考虑，改变管线走向可能导致投资难以收回，那么这一特性可能又是不可改变的。另外一个例子就是管线的埋设深度，这一特性的改变意味着重新填埋或增加覆盖层深度。虽然这些工作不是什么特别的行为，但是评价者必须对这样具有实用性的选择进行权衡，以确定在风险构成中将其分类为不可变因素还是可变因素。
正如风险程序存在许多情况一样，保持评价的一致性远比获得绝对答案更为重要。这就是为什么认可某一管段的不可变因素应该是所有管段的不可变因素的原因。只有一致性才能用于有意义的风险比较。
非可变因素和可变因素之间的区别在进行风险管理决策中非常有用。对于某些恶劣环境，要制定公司标准，并采取措施降低风险。这个过程有助于依据非可变因素的级别制定出相应的预防措施。可预先制定标准并将其编程放入数据库程序，以便自动根据管段的环境来调整标准——恶劣的环境状况需要更多更完备的预防措施来满足标准要求。
五、 管线分段
这里必须指出的是，不同于其他一些设备的风险评价，一条管线通常不是全线均有一样的潜在危险。随着管道沿线状况的改变，风险状况也随之改变。专家必须考虑这额外的变量： 究竟应评价管道的哪一段？
为得到一个正确的风险实况，风险评价者必须制定出一个将管道分段的标准。将整