摘要：随着城市的不断发展，燃气成为现代城市能源供应的重要组成部分，燃气的安全管理尤为重要。为了解决城市燃气输配系统的安全问题，首先总结了城市燃气输配管网失效的原因，然后结合ASMEB31.8S标准，采用故障树分析法对城市燃气输配管网的失效原因进行定性分析，建立了城市燃气输配管网故障树。通过对故障树的分析，识别出引起管线失效的主要因素，并提出了相应的解决方案，为城市燃气输配管网地设计、检测、维护和维修提供理论指导。
关键词：城市燃气；燃气输配管网；安全评价；故障树分析
中图分类号：TN911?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）18?0004?03
燃气供应是现代化城市能源供应的重要组成部分，燃气输配系统是复杂的综合设施，其主要部分是燃气管网。随着城市经济的高速发展，城市燃气管网的建设规模不断地扩大，发展十分迅速。城市燃气有很多优点，如是一种优质燃料，便于储存、运输和使用，但同时也存在许多不足，如它具有易燃烧性、易爆炸性。若管理或使用不当，极易引发爆炸、中毒和死亡事故，危害性极大。此外，城市化的燃气输配设施，多数分布在人口或公共设施相对比较集中的区块，在其中的任何一个环节都有可能发生安全事故。事故一旦发生，不仅造成严重的人员伤亡和财产损失，而且往往引发社会不安全感、环境污染等问题[1]。近年来，随着城市规模的不断扩大，天然气产业发展迅速，城市燃气进入了一个新的发展期。这些现状，都给燃气管道的敷设和改造都带来了有力保障，给扩展燃气用户提供了新的机遇。城市燃气涉及面广，虽然在城市天然气管网设计建设中采用越来越严格的规范，但仍然有少数建设单位不按规范要求施工，也有部分市民缺少安全意识，这样的不确定因素都给城市燃气管网运行增加了不少安全隐患。在目前的形式下，如何有效地保障城市燃气管网的安全可靠运行是摆在燃气公司面前的一个重要课题。
1故障树分析法简介
故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA）是对于一些不易形成逻辑图的复杂系统进行风险识别和评价的一种有效的方法。它用事件符号、逻辑门符号和转移符号来描述系统中各种事件之间的因果关系。
故障树是一种逻辑树，树枝代表系统、子系统或元件的事故事件，而节点代表事故事件之间的逻辑关系。故障树的形成是从顶事件的根出发逐级向下发展绘制，直到事件概率已知的基本事件为止，在故障树中表示事件之间最常用的逻辑关系是“与”和“或”的关系。故障树中所用的图形符号有很多，表1列出几种常用的符号。
故障树分析在生产阶段能帮助诊断事件是否失效，进而改进相关技术管理，产生更好的维修方案。故障树分析法同时适用于定性评价和定量评价，使用过程简洁明了，而且不失可靠性，充分体现了以系统工程方法为基础来研究安全问题的系统性、准确性和预测性。
2故障树分析原则
故障树分析是系统可靠性和安全性分析的工具之一[2]。采用故障树分析法建立故障树一般步骤如下：
（1）熟悉系统。尽可能详细地收集系统相关资料，了解系统状态及各种参数，熟悉研究对象的特征。
（2）确定顶事件。对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶事件。
（3）建立故障树。将引起顶事件发生的直接原因找出来，根据实际情况用适当的逻辑符号把顶事件和各直接原因事件（中间事件）相连接，然后找出中间事件的原因事件，并用适当的符号连接，直到不需要分解为止。
（4）故障树的规范化和简化。
（5）根据已经建立好的故障树，进行定性分析和定量分析。
3城市燃气输配管网故障树的建立
引起城市燃气管网发生事故的原因很多，发生事故的原因是多方面的，而且造成管道事故是多种原因的综合结果。从大量事故分析报告的统计结果来看，导致城市燃气管网事故的主要因素有：第三方损坏、管道腐蚀及设备老化、设计及误操作、管道原始缺陷。管网泄漏事故原因主要包括管道腐蚀严重、第三方损害严重、误操作、存在设计缺陷等；导致管道破裂事故的原因主要包括操作失误、违章作业、维护不周、设计安装不合理、材料缺陷等。根据选择顶事件的原则，选取“燃气输配管网失效”作为顶事件，管道失效和附属设备失效为二次事件，任何一个二次事件的失效，都会造成整个管线的失效。继续深入分析，逐层列出中间时间和底事件，建立城市燃气输配管网故障树，如图1所示。故障树中的中间符号和底事件事件符号所表示的含义见表2和表3。
4故障树的分析
（1）第三方破坏严重。主要包括人的不安全行为，燃气设施的不安全状态等。城市燃气管线处于人口相对集中的区域，地面活动程度高，给管网的运行造成一定的压力，也间接对管线失效产生影响。同时，管道上方违法施工，水流对管沟、管道的长期冲刷、管道附近土层移动等也会导致管线失效。因此应完善地面燃气管线警示标识，对特殊区域的管线增加防护装置，加强施工人员的管理和安全意识培养，并加强监督，同时对管线及附近标志物定期检测。
（2）管道腐蚀。包括外腐蚀、内腐蚀和应力腐蚀。防腐层老化，土壤中含硫化物、含水率高、含细菌等，阴极保护失效等均会导致管线外腐蚀；燃气含水、含酸性介质，缓蚀剂失效等直接造成管线内腐蚀；施工、安装不当等又引起应力腐蚀。因此，防止管道腐蚀发生，需要加强管线的阴极保护，确保防腐层质量，选择合适的清管器定期进行清理，施工时尽量避免出现应力。
（3）管道材料缺陷。管道材料缺陷包括管道材料初始缺陷和管道安装缺陷。管道材料初始缺陷是由于管道材料在制造、运输过程中产生的；管道安装缺陷是在管段安装施工过程中形成的。如管道含有杂质，表面预处理不合格，焊接材料质量不合格，焊接质量差，焊接后未清洁等因素的存在，均会导致管道整体强度降低，进而影响管道运行的可靠性。加强管材质量检查，建立严格的施工质量检测制度，是解决管道材料缺陷的良好途径。
5结语
本文总结了城市燃气输配管网失效的原因，采用故障树分析法对城市燃气输配管网的失效原因进行定性分析，建立了比较完整的城市燃气输配管网故障树。对故障树的进一步分析，找出影响管线失效的主要因素，并提出对应的完善修复措施，为城市燃气输配管网地设计、检测、维护和维修提供理论指导。
参考文献
[1]张琳.城市燃气管网安全管理体系研究[D].上海：同济大学，2006.
[2]中华人民共和国电子工业部.国家标准局.GB7829?87故障树分析程序[S].北京：中国标准出版社，1987.
[3]阎凤霞.故障树分析方法在油气管线方面的应用[J].西安石油学院学报：自然科学版，2003，18（1）：47?50.
[4]SATARFairudulAzharAbd，ISMAILRajaZahirudinRaja，BHDPETRONASCarigaliSdn，etal.Pipelineintegritymanagementsystem：anewapproachinmanagingpipelines[C]//SPEAsiaPacificConferenceonIntegratedModellingforAssetManagement.KualaLumpur，Malaysia：SocietyofPetroleumEngineers，2004：11?19.
关键词：风险辨识；触电事故；故障树分析
中图分类号：X934文献标识码：A
1概述
故障树分析法（FTA）是由贝尔电话研究所的H.A.WaTson于1961～1962年间提出的，并且在以后的核电站概率危险评价（PSA）技术发展中起到了里程碑的作用。自从20世纪70年代初期发展了以计算机为基础的分析技术以来，故障树方法得到了广泛的应用。故障树分析又称为事故树分析，是一种演绎的系统风险分析方法。它是从要分析的特定事故或故障开始层层分析其发生原因，一直分析到不能再分解为止。将特定的事故和各层原因之间的逻辑门符号连接起来，得到形象、简洁地表达其逻辑关系的逻辑树图形，即故障树。通过对故障树简化、计算达到分析、评价的目的。
2故障树分析法的分析原则
故障树分析法的关键点是故障树的建立，其编制过程是一个严密的逻辑推理过程，应遵循以下基本原则。
（1）确定顶上事件应优先考虑风险大的事故事件，能否正确选择顶上事件，直接关系到分析结果，是故障树分析的关键。在系统危险分析的结果中，不希望发生是非常多的，并且每个不希望发生的事件都可以成为顶上事件。此时，对所有不希望的事件存在一个筛选的过程，应当把易于发生且后果严重的事件优先作为分析对象，即顶上事件。当然，也可将发生频率不高但后果虽不太严重但发生非常频繁的事故作为顶上事件。
（2）确定边界条件的原则。在确定了顶上事件之后，为了不导致故障树过于繁琐和庞大，应明确规定被分析系统与其他系统的界面，以及以下必要的合理的假设条件。
（3）循序渐进的原则。故障树分析是一种演绎的方法，在确定了顶上事件之后，要逐级展开。首先分析导致顶上事件的直接原因，然后无遗漏的列出这一级的逻辑门的全部输入时间，之后再对这些输入事件放入发生原因进行分析，以此类推，直至列出导致顶上事件的所有事件为止。
（4）禁止门与门之间直接相连的原则。在编制故障树时，任何一个逻辑门的输出都必须有一个结果事件，不允许不经过结果事件而将门与门直接相连。这样做的目的是为了保证逻辑关系的准确性。
（5）明确事故与事件定义的原则。明确地给出事故与事件发生的定义及其发生的条件是确定事故事件发生原因的前提。所以，在编制故障树时，对各事故事件必须用简单明了的语句表达清楚。
故障树分析法是一种描述事故因果关系的有方向的“树”，是系统安全工程中的重要分析方法之一。它简单明了，既可以定性分析，又可以定量分析，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。故障树分析方法的最大特点是它不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入提示事故的潜在原因，因此在工程和设备设计阶段，故障树分析法的应用非常低广泛。
3故障分析法的步骤
故障树分析可以从结果到原因找出与本事故有关的各种因素间因果关系和逻辑关系，将各逻辑关系用不同的逻辑门连接起来后，应用布尔代数逻辑运算法则进行简化运算和分析，确定各因素对事故影响的大小，从而掌握和制定事故控制的要点。通过定量分析，计算出顶上事件发生的概率。故障树分析方法能比较详细地检查出系统中固有的、潜在的危险因素，为制定安全技术对策措施、管理措施和事故分析提供依据。
故障树分析方法的基本步骤如下：
（1）确定分析对象系统和要分析的各对象事件（顶上事件）。
（2）确定系统事故发生概率、事故损失的安全目标值。
（3）调查事件原因。调查与事故有关的所有直接原因和各种因素（设备故障、人员失误和环境不良因素）。
（4）编制故障树。从顶上事件开始，一级级往下找出所有原因事件，直到最基本的原因事件为止，按其逻辑关系画出故障树。
（5）定性分析。按故障数结构进行简化，求出最小割集和最小径集，确定各基本事件的结构重要度。
（6）定量分析。找出各基本事件的发生概率，计算出顶上事件的发生概率，求出概率重要度和临界重要度。
（7）结论。当事故发生概率超过预定目标值时，从最小割集着手研究降低事件发生概率的所有可能方案，利用最小径集找出消除事故的最佳方案，通过重要度分析确定采取对策措施的重点和先后顺序，从而得出分析、评价的结论。
4故障树分析法应用示例
T=A1A2
=（B1+X4）A2
=（X1+X2+X3+X4）（X5+X6+X7）
=X1X5+X1X6+X1X7+X2X5+X2X6+X2X7+X3X5+X3X6+X3X7+X4X5+X4X6+X4X7（1）
以风电场中作业人员触电事故为例，通过绘制触电事故故障树，如图1所示。求出导致事故发生的基本事件，最终确定其结构重要度，判别哪些基本事件对事故的影响最大。
各基本事件的组合称为最小割集，式（1）中共有12个最小割集：K1={X1，X5}，K2={X1，X6}，K3={X1，X7}，K4={X2，X5}，K5={X2，X6}，K6={X2，X7}，K7={X3，X5}，K8={X3，X6}，K9={X3，X7}，K10={X4，X5}，K11={X4，X6}，K12={X4，X7}。只要负荷一组割集，就能导致触电事故即顶上事件的发生。在求取结构重要度时，为每个最小割集都赋予1，其中每个基本事件都平均得到一份，最后进行累积。通过计算得到个基本事件的分值为：X1=X2=X3=X4=1.5，X5=X6=X7=2。因此系统的结构重要度的关系如式2所示。
由式2可见，基本事件X5、X6、X7的结构重要度大于基本事件X1、X2、X3、X4。在进行风险控制时，应该优先治理X5、X6、X7事件。
结语
触电事故时风电场中最常见的事故之一，故障树分析法可以清晰的对风电场触电事故进行辨识分析。通过绘制故障树分析图可以明确各事故因素之间的联系。应用逻辑代数法可以定量辨识出不同事故因素影响程度。故障树分析法在风电场风险辨识中具备进一步推广的前景。
参考文献
[1]刘学东.火力发电企业安全性评价体系的建设及应用（硕士论文）[M].北京，华北电力大学，2006.
[2]胡兰金，张建国，王海龙.科学开展安全性评价提高电网安全管理水平[J].电力安全技术，2001（03）：15-17.