摘要：分析國內(nèi)外城市燃氣輸配系統(tǒng)安全管理的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了法國GrDF公司計算機化維護管理系統(tǒng)(CMMS)的原則、管理流程和遠期目標。
關(guān)鍵詞： 燃氣輸配系統(tǒng)； 安全管理； 風險評價： 工業(yè)安全收益法
Safety Management of City Gas Transmission and Distribution System
Abstract：The current situation of city gas transmission and distribution system safety management at home and abroad is analyzed.The principles，management processes and long-term goals of computerized maintenance management system(CMMS)in France GrDF are introduced.
Key words： gas transmission and distribution system； safety management； risk assessment：industrial safety income approach
1概述
隨著天然氣時代的到來，我國的燃氣事業(yè)飛速發(fā)展。根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒(2010)》可知，我國2010年的供氣管道總長度為30.9×
2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國的燃氣公司、科研機構(gòu)和高校在加強城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全管理方面進行了大量的探索和實踐。
中石油昆侖燃氣有限公司咸寧分公司在充分分析我國城市管道燃氣運營管理特點的基礎(chǔ)上，將城市管道燃氣運營的安全管理劃分為3個主要環(huán)節(jié)：氣源接收管理、城市管網(wǎng)管理和用戶管理，針對每個環(huán)節(jié)制定了不同的管理措施，并提出了統(tǒng)一安全管理標準、建立燃氣信息系統(tǒng)、加強安全用氣教育和建立高效巡護隊伍的建議[2]。
福州市煤氣有限公司根據(jù)福州市城市燃氣輸配系統(tǒng)的實際情況，采用GIS、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫等先進的計算機技術(shù)，集成燃氣管網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)，提供管網(wǎng)信息管理、查詢統(tǒng)計分析、管網(wǎng)數(shù)據(jù)編輯、工程信息管理、管網(wǎng)運行維護信息管理、管網(wǎng)事故處理、系統(tǒng)安全管理等功能[3]。
中國石油大學羅自治在總結(jié)國內(nèi)外城市燃氣管道事故的基礎(chǔ)上，提出了我國城市燃氣管道完整性管理流程的基本框架，介紹了流程的主要內(nèi)容和相關(guān)的國外標準[4]。
北京訊騰科技有限公司分析了目前我國智能燃氣管網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題，提出了解決方案，并采用物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)技術(shù)開發(fā)了智能燃氣管網(wǎng)和相應的物聯(lián)監(jiān)控平臺[5]。
自從國外油氣管道風險評價的成功經(jīng)驗引入中國并在我國的燃氣長輸管道的安全管理中取得突破性進展后，我國也開始進行將風險評價融人城市燃氣輸配系統(tǒng)安全管理中的研究和探索[6-8]，并不斷加強燃氣企業(yè)的信息化建設[9-13]。
2.2國外發(fā)展現(xiàn)狀
2007年，美國的Richard D.Turley申請了一項關(guān)于管道完整性管理流程專利。該項專利通過基線風險評價(包括識別管段風險、選擇評價方法、劃分風險等級和實施風險評價4個基本步驟)、制定并實施預防和減緩隱患措施、績效測評、制定改進措施等環(huán)節(jié)的循環(huán)實施，完成了高后果區(qū)域管段的識別，并以此為依據(jù)制定并實施預防和減緩管段隱患的措施，提高管網(wǎng)的可靠性[14]。
2001年，英國的健康與安全執(zhí)行委員會(Health and Safety Executive Committee，HSE)出臺了城市燃氣鑄鐵管網(wǎng)全面更換的管網(wǎng)改造規(guī)劃，要求在30年內(nèi)將距離建筑物
日本通過分析東京天然氣鑄鐵輸配管網(wǎng)的事故記錄及后果影響，結(jié)合GIS技術(shù)建立了管網(wǎng)泄漏可能性和事故后果影響評價模型，對超出服役期限的鑄鐵燃氣管網(wǎng)進行風險評價，并按照管網(wǎng)風險值的高低制定了管網(wǎng)改造和維護的規(guī)劃，以求將規(guī)劃實施的成本降至最低[16]。
法國的GrDF公司(法國最大的天然氣管道運營公司)在城市燃氣輸配系統(tǒng)的運行維護過程中，逐步建立起計算機化維護管理系統(tǒng)(Computerized Maintenance Management System，CMMS)，根據(jù)計算得到的工業(yè)安全收益(GSI)指標值，制定兼顧管網(wǎng)安全性和維護經(jīng)濟性的維護管理計劃，在確保輸配系統(tǒng)安全可靠性的基礎(chǔ)上，最大限度地降低安全管理成本，加強了城市燃氣輸配管網(wǎng)的智能化管理[17]。
本文主要介紹GrDF公司CMMS系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。
3 GrDF公司的計算機化維護管理系統(tǒng)
3.1 原則
①安全性與經(jīng)濟性相結(jié)合
城市燃氣輸配系統(tǒng)安全管理的中心任務是確保系統(tǒng)運行的安全可靠性。CMMS系統(tǒng)遵循安全性原則的同時，兼顧經(jīng)濟性原則。究其原因，基于以下兩點：
首先，法國目前的城市燃氣輸配系統(tǒng)安全狀況已得到很大程度的改善。法國為確保城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全運行，對城市燃氣輸配系統(tǒng)進行了全面的風險評價，得到灰鑄鐵管的超期服役是影響燃氣輸配系統(tǒng)安全性的最主要原因。法國在近20年的時間內(nèi)，一直致力于灰鑄鐵管道的改造工程，該工程于2007年結(jié)束。目前，法國的城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全性已得到極大的提高。針對此現(xiàn)狀，法國GrDF公司在確保燃氣管網(wǎng)安全運營的基礎(chǔ)上，進一步考慮安全管理的經(jīng)濟性，進而制定更加合理的城市燃氣輸配系統(tǒng)的管理方案。
其次，法國的燃氣工業(yè)已全面市場經(jīng)濟化。從
②智能化管理
GrDF公司研發(fā)的基于SAP(SAP的全稱為Systems Applications and Products in Data Processing，是SAP公司的產(chǎn)品——企業(yè)管理解決方案軟件的名稱。SAP公司是目前全世界排名第一的企業(yè)資源計劃系統(tǒng)軟件公司)系統(tǒng)的CMMS系統(tǒng)是在對燃氣輸配設施和各地方安全管理的程序全面統(tǒng)計的基礎(chǔ)上逐步建立起來的，可完成安全管理全過程的追蹤記錄。該系統(tǒng)綜合利用計算機模擬結(jié)果數(shù)據(jù)庫、安全管理方案實施效果反饋信息數(shù)據(jù)庫和財務數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息，開展全面的風險評價，深入研究以城市燃氣輸配系統(tǒng)可靠性為中心任務的維護(Reliability Centered Maintenance，RCM)。CMMS系統(tǒng)還與GrDF公司的地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，GIS)相結(jié)合，并引入地圖繪制技術(shù)，在GIS系統(tǒng)中建立地圖基本操作子系統(tǒng)，提供地圖操作、圖層控制、地圖定位、地圖輸出、地形圖庫管理和數(shù)據(jù)加載等基本功能，將計算和模擬結(jié)果可視化，極大地促進了城市燃氣輸配系統(tǒng)的智能化管理。
3.2 CMMS系統(tǒng)的管理流程
法國GrDF公司采用CMMS系統(tǒng)開展城市燃氣輸配系統(tǒng)安全管理的流程見圖1。其中粗實線代表主體流程，細實線代表輔助流程。該安全管理流程定期根據(jù)城市燃氣輸配系統(tǒng)的實際情況進行調(diào)整和更新(目前的調(diào)整周期為l年)，不斷地引進新工藝、新技術(shù)和新設備，循環(huán)往復執(zhí)行，以確保城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全可靠運行，并最大限度地降低安全管理成本。
資產(chǎn)統(tǒng)計是CMMS系統(tǒng)安全管理流程的第一步。該步驟包含兩方面內(nèi)容：固定資產(chǎn)統(tǒng)計和財務核算。
法國GrDF公司擁有l8.84×
GrDF公司擁有l3家燃氣供應商，2008年的營業(yè)額為30×108歐元。GrDF公司2008年的總投資為6.5×108歐元，其中為確保燃氣輸配系統(tǒng)安全運行的投資為100 ×104歐元／d。CMMS系統(tǒng)安全管理流程中的財務核算指的是GrDF公司為確保燃氣輸配系統(tǒng)的安全可靠性，采取各項安全管理措施的財務支出核算。
GrDF公司的安全技術(shù)部負責完成固定資產(chǎn)統(tǒng)計和財務核算，并將統(tǒng)計結(jié)果分別手動錄入安全管理方案實施效果反饋信息數(shù)據(jù)庫和財務數(shù)據(jù)庫；安全技術(shù)部根據(jù)不同的管理單元和設備類型，在CMMS系統(tǒng)中選擇適當?shù)挠嬎隳Ｐ停瑢⒁陨蟽纱髷?shù)據(jù)庫中的相應信息手動輸入計算機，完成相應的計算模擬。模擬結(jié)果自動錄入計算機模擬結(jié)果數(shù)據(jù)庫。三大數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息將用于下一環(huán)節(jié)GSI指標計算。
根據(jù)上文可知，CMMS系統(tǒng)的重要原則之一是綜合考慮城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。因此CMMS系統(tǒng)管理流程的第三步是采用工業(yè)安全收益法(GSI)，將輸配系統(tǒng)的風險評價與安全管理成本效益分析充分結(jié)合起來，根據(jù)式(1)和三大數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息計算出每個燃氣設備或每個管理單元的GSI指標值。
式中 G——采用工業(yè)安全收益法計算得到的某設備(管理單元)GSI指標值
C——某設備(管理單元)在使用壽命期間節(jié)省的費用，歐元
I——實現(xiàn)該設備(管理單元)所節(jié)省費用的總投資，歐元
節(jié)省的費用和總投資需要根據(jù)資產(chǎn)統(tǒng)計信息和計算機模擬結(jié)果確定。
④節(jié)省的費用的計算
節(jié)省的費用(Avoided Costs，AC)體現(xiàn)了輸配設施安全管理的經(jīng)濟收益，通過輸配系統(tǒng)現(xiàn)狀和采取相應安全管理措施后的情況(由計算機模擬得到)對比得到。
GrDF公司安全管理的中心任務是確保燃氣輸配系統(tǒng)的安全可靠性，因此在計算機模擬的過程中，計算模型的建立和參數(shù)的設定需要通過風險評價對燃氣輸配系統(tǒng)進行全面的定性分析和定量計算來完成，以此來確保模擬結(jié)果的準確性。CMMS系統(tǒng)采用的風險評價方法為事故樹法。計算機模擬結(jié)果自動錄入計算機模擬結(jié)果數(shù)據(jù)庫。
具體說來，節(jié)省的費用包括安全費用、不問斷供氣費用、運行費用和預留費用4類。在計算每個管理單元和設備的各項節(jié)省費用過程中，需要選擇相應的計算模型，根據(jù)安全管理方案實施效果反饋信息數(shù)據(jù)庫和財務數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息手動錄入模擬計算需要的數(shù)據(jù)信息，通過計算機模擬得到相應的節(jié)省的費用。
安全費用指的是存在問題的管道或設備一旦發(fā)生事故所造成的損失(折算為經(jīng)濟指標)和修復費用。CMMS系統(tǒng)模擬過程中，計算安全費用時需要輸入的參數(shù)包括燃氣管道或設備發(fā)生事故的頻率、周圍的人口密度、住宅類型等。
不間斷供氣費用指的是由于燃氣事故導致用戶供氣中斷所造成的損失(折算為經(jīng)濟指標)和修復費用。CMMS系統(tǒng)模擬過程中，計算不間斷供氣費用時需要輸入的參數(shù)包括中斷供氣頻率、用戶數(shù)量及類型、中斷供氣時間、供氣中斷期間未供應的燃氣總量等。
運行費用指的是燃氣管道或設備情況不斷惡化直至發(fā)生事故過程中增加的維護費用。CMMS系統(tǒng)模擬過程中，計算運行費用時需要輸入的參數(shù)包括燃氣事故發(fā)生的頻率和每條管道或每個設備的屬性參數(shù)。
預留費用指的是用于道路施工、其他運營單位或施工單位的地下施工所導致增加的費用以及其他未知的費用。此項費用估算后手動錄入。
②總投資的計算
總投資的計算可采用兩種方法：根據(jù)事故和安全管理信息估算每個管理單元的投資，進而得到總投資；根據(jù)用戶提供的信息計算總投資。
值得注意的是，在計算同一個管理區(qū)域的設備或管理單元GSI指標值時，采用的總投資計算方法應該一致?？偼顿Y需要手動錄入。
CMMS系統(tǒng)根據(jù)計算的GSI指標值將某一管理區(qū)域的管理單元或設備進行分級，并結(jié)合GrDF公司的GIS系統(tǒng)，通過GIS系統(tǒng)的地圖基本操作子系統(tǒng)，將分級結(jié)果可視化：以不同的顏色在衛(wèi)星圖上標明每個管理單元的分級結(jié)果，并以圖形和文字相結(jié)合的方式顯示需要維護的每個管理單元中相關(guān)管道和設備的具體信息，如需要更換管道的位置、長度、管材、氣源、周圍建筑物的位置和類型等信息，并輸出區(qū)域分級的可視化結(jié)果。
GrDF公司根據(jù)可視化的區(qū)域分級結(jié)果(由地圖基本操作子系統(tǒng)輸出的文件)，制定合理的城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全管理方案。該方案包括輸配系統(tǒng)安全管理計劃時間表和相應預算兩部分內(nèi)容，明確了未來一年內(nèi)需要更換或修復的管道和設備、需要升級的管網(wǎng)(進一步提高供氣能力)和檢修周期。
按照制定的安全管理方案，實施相應的安全管理活動。
對已實施的城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全管理活動進行安全性和經(jīng)濟性評價，CMMS系統(tǒng)根據(jù)輸入的參數(shù)和信息自動生成GSI驗收工作表。工作表包括需要更換、維護或升級的管網(wǎng)和設備的具體位置、安全管理工作實施前管網(wǎng)和設備的信息、實施后由工程部提供的施工信息及更換、維護或升級后管網(wǎng)和設備的信息、本次安全管理實施過程中的經(jīng)驗和教訓總結(jié)等。
實施效果評價的目的在于將本次安全管理工作實施過程中失敗的教訓、成功的經(jīng)驗以及方案實施后輸配系統(tǒng)的信息反饋至CMMS系統(tǒng)的反饋信息數(shù)據(jù)庫，用于下一階段GSI指標的計算，并指導下一階段安全管理方案的調(diào)整和改進。
3.3遠期目標
為了進一步完善CMMS系統(tǒng)對城市燃氣輸配系統(tǒng)的安全管理，GrDF公司制定了一系列的遠期目標。
①加強對三大數(shù)據(jù)庫的綜合利用
加強CMMS模擬結(jié)果數(shù)據(jù)庫、反饋信息數(shù)據(jù)庫和財務數(shù)據(jù)庫的改進和管理，不斷建立各個數(shù)據(jù)庫之間信息的聯(lián)系和相互折算關(guān)系，加強對三大數(shù)據(jù)庫的綜合利用。
②改進風險評價模型
GrDF公司將不斷地加強對城市燃氣輸配系統(tǒng)風險評價方法和過程的優(yōu)化分析，不斷地改進和完善CMMS系統(tǒng)現(xiàn)有的城市燃氣輸配系統(tǒng)風險評價模型，提高風險評價的量化程度。GrDF公司還將建立綜合考慮管網(wǎng)事故發(fā)生概率、事故后果影響、維護費用和停氣損失等因素的動態(tài)風險評價模型，目的在于更加準確地預測分析GSI指標計算所需的節(jié)省的費用。
③開發(fā)新的決策工具
從更多的角度(如在維護費用恒定的前提下如何最大限度地降低城市燃氣輸配系統(tǒng)的風險)分析和制定更加合理的安全管理策略和方案，開發(fā)新的決策工具，進一步推動安全管理活動由事后響應型向事前預防型轉(zhuǎn)變，更好地尋求城市燃氣輸配系統(tǒng)正常運行過程中安全性和經(jīng)濟性的平衡點。
4結(jié)語
我國應針對城市燃氣輸配系統(tǒng)的現(xiàn)狀，參考國外先進的管理經(jīng)驗，制定合理的安全管理流程，開發(fā)相應的安全管理系統(tǒng)，加強城市燃氣輸配系統(tǒng)的智能化管理和燃氣企業(yè)的信息化建設，提高城市燃氣輸配系統(tǒng)運行的安全可靠性，降低安全管理的成本。
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本文作者：周新頻 張乃方
作者單位：深圳市燃氣集團股份有限公司 中國市政工程華北設計研究總院
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