基于贝叶斯网络城市燃气管道失效风险分析技术研究

基于贝叶斯网络城市燃气管道失效风险分析技术研究

仉霞霞 高欣 郭永明 刘畅

3702831982****7927 ； 2305221993****0017 ； 3729221986****7753 ； 3212831987****0020

摘要：贝叶斯网络作为数据分析和不确定性推理的工具，帮助人们将概率统计应用于复杂领域。它随着人工智能的研究而兴起，其影响范围也逐渐扩大到了其它众多领域，并产生了重要的影响。贝叶斯网络也是描述随机变量之间的相关性的一种语言，完成概率推理是贝叶斯网络的主要目标，即预测一些事件的发生概率。理论上联合概率能满足在机变量之间进行概率推理的要求，但随着变量的数量增加联合概率的复杂度呈指数增长，因此应用联合概率分布进行概率推理变得不可行。贝叶斯网络可以将复杂的联合概率分布分解成多个模块，从而达到降低联合概率分布复杂度的目的。这一方法的提出解决了原先概率论难以应用于大型复杂系统的困难。

关键词：城镇燃气；管道；后果分析

贝叶斯网是概率论与图论相结合的产物，从定性的角度理解，它是用一个有向无环图定性地描述变量之间的依赖和独立关系，用图论的语言直观揭示问题的结构；从定量的角度理解，它是用条件概率分布体现节点变量之间的相关程度，利用问题的结构按照概率论的原则，降低计算推理的复杂度。

1 城市燃气管道失效事故后果分析

在一定区域内，城市作为政治、经济、文化和交通中心，具有人员密集、交通网密布、商业和工业集中等特点。近年来燃气管道事故频发，一旦发生重大燃气事故，后果将不堪设想，因此对事故后果进行评估提出了更高的要求，以期将难以避免的燃气事故影响程度降到最低。那么当燃气管道事故发生时，如何才能降低事故后果的影响程度，成为了目前亟待解决的问题。在燃气管道事故发生前，对设备设施，周边环境，人员素质及技术水平等要素进行分析，找出事故后果严重度的主要影响因素，评价不同区域燃气管道失效造成的事故后果。

2 事故后果演变

燃气管道事故后果具有严重性、社会性、突发性和善后复杂性等特征，探究城市燃气管道事故演变规律是事故后果分析的基础。在事故发生初始阶段，事故演变会按照一定的规律发展，但随着事故不断扩大，事故演变规律会变得异常复杂。在此过程中受外界干扰和环境影响，会伴随一系列的动态演变。从开始爆发燃气事故到事故结束，其演变途径会随着时间的改变而改变，在事故发展的全过程中，外界处置措施介入及环境干扰都会影响事故演变途径。如事故发生在人员密集场所，控制事故扩大的首要任务是疏散人员，不同的控制措施会产生不同的影响效果，会造成不同的事故演变路径。当燃气管道事故受外界处置措施与环境共同作用时，若控制状态良好，灾害的演变会按照原先预期的方向发展，在自身演变的基础上达到控制事故的目标。若在外界条件的作用下，未按原本的预期的状态发现，则需要重新更改外界处置措施对其进行干扰以达到控制事故的目标。

2.1事故后果分析

在以往的事故后果分析中，通常假定燃气管道泄漏的尺寸、形状和火灾类型进行事故后果分析，然而城市燃气管道事故是随机发生的，因此传统的事故后果分析方法存在片面性。考虑燃气管道事故演变具有不确定性，本文将贝叶斯网络应用到燃气事故后果评价中，充分发挥强大的不确定性推理功能。在将贝叶斯网络应用到事故后果评价中之前，首先应对燃气事故进行探究，分析燃气事故发生发展导致的不同后果，定性分析影响事故后果的因素，确定各因素对事故后果严重度的影响程度，建立贝叶斯事故后果评价模型。城市燃气管道失效发生泄漏，当在空气中的浓度达到燃烧极限时，遇明火极易发生燃爆事故。根据点燃时间不同，可以将点燃类型分为立即点燃和滞后点燃。立即点燃会产生喷射火或者形成火球，其特点是迅速威胁泄漏现场，但是破坏范围相对较小；滞后点燃是指泄漏燃气在空中形成蒸汽团，遇火源就会发生蒸汽云爆炸，其特点是破坏范围大，毁灭性强。

2.2 火灾

喷射火属于湍流火，具有很高的势能，在泄漏方向上产生很长的距离。泄漏产生的喷射火的频率高影响范围半径大，因此喷射火更容易引发次生灾害，使燃气管道失效事故后果更加的复杂多变。火球属于另一种燃气火灾类型，燃气被立即点燃发生瞬时燃烧会产生火球，火球会浮动上升，并且体积逐渐增大。虽然火球在燃烧的过程中不会产生冲击波，但是会产生高强度的热辐射对人员和设备造成伤害。

2.3 爆炸

物质的运动速度急剧增加，快速地从一种状态转化成另一种状态，瞬间释放大量能量的一种物质剧烈运动的现象称为爆炸。根据物质瞬间释放能量的类型可以将爆炸分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。泄漏的燃气与其他物质混合，受冲击波等外力撞击可能会发生爆炸。蒸汽云爆炸是常见的燃气爆炸事故，其表现为泄漏的燃气与周围的空气混合，遇明火，并且在某些特殊原因和条件的作用下，产生超压爆炸冲击波，蒸汽云爆炸的事故后果一般十分严重。

3 事故损失

事故损失分为人员伤亡和经济损失。经济损失又分为直接、间接经济损失和直接、间接非经济损失。事故总经济损失等于直接、间接经济损失与直接、间接非经济损失之和。事故地点的经济损失主要取决于管道失效事故的发生形式、建筑物及管网的破坏程度和停气损失。其直接经济损失主要包括人员伤亡所涉及的医疗费、丧葬费、抚恤费及固定资产损坏费、停气损失费、环境污染处理费、设备设施维修费等；事故间接经济损失主要包括人的健康受到危害造成的损失、员工精神损失、企业声誉影响损失和环境潜在损失等。造成以上损失的大小主要由管道破损程度、失效后燃气的泄漏量及泄漏时间决定。

3.1 泄漏量

燃气管道单位时间内泄漏量越多，失效事故造成危害的影响范围就越大，管道的操作压力、管道直径和管道受损的程度决定的燃气单位时间内泄漏量。泄漏面积和流量系数是用来评价单位时间内泄漏量的两个重要指标。通过长时间研究发现，泄漏面积是一个不定参数，不同的管道及部位当遭受不同的破坏原因，其造成的损坏尺寸及形状肯定也是不同的。就损坏的尺寸而言，外力机械损伤或外力载荷导致的管道裂纹、穿孔等机械破坏造成的泄漏尺寸要比腐蚀造成管道的泄漏面积大；误操作等人为因素造成管道的泄漏尺寸大小不定。

流量系数的大小与被破坏的设备或管道损坏的形式有关，其取值范围在0~1.0之间。内腐蚀造成管道损坏的孔口流量系数要大于外力机械损坏及外力载荷造成损坏的孔口流量系数。一般而言，孔口流量系数对气体的泄漏量影响甚微。

3.2 泄漏时间

燃气管道泄漏时间越长，其造成影响的范围越大，所导致的事故后果也会越严重。燃气泄漏被发现的可能性、燃气是否加臭和应急反应的及时性，共同决定泄漏时间。燃气管道泄漏被发现的可能性越高，其泄漏时间也会相对减少。由于燃气加臭，因此燃气管道发生泄漏更容易被发现，直接影响燃气管道失效事故的泄漏时间的长短。事故发生后，快速有效的应急反应间接影响着燃气管道失效事故的泄漏时间。

3.3 环境影响

燃气管道失效泄漏事故一旦发生必然造成污染环境。泄漏的有毒气体飘入空气中，必定会造成大气污染。燃气管道失效发生燃爆事故，极有可能引起次生灾害。火灾爆炸的周边情况不同，其导致不同的环境污染。若在有毒有害物质的工业园区内发生燃爆事故，那么极有可能造成空气污染和水污染，对动植物的生长产生不良影响。燃气管道失效发生泄漏事故，事故对环境造成多大的影响与自然情况有很大的关系。自然情况指事故地点的地理情况、风的情况，事故发生在低洼、下风向对环境造成的影响要远小于事故发生在高地势、逆风向。

4 结束语

在分析事故后果演化的基础上，基于燃气管道事故类型及产生后果的严重性、社会性、突发性和事故善后的复杂性。人员伤亡情况与事故发生地的人口密度，爆炸危险性和周围情况有关。事故的经济损失主要取决于事故发生形式、泄漏量及泄漏时间、建筑物及管网的破坏程度和停气损失。事故造成的社会影响与周边建筑物类型、燃气供应对象和紧急疏散人口数量有关。环境影响取决于事故发生地的自然情况和造成的次生灾害。为后文贝叶斯网络的建立奠定基础。

参考文献

[1] 李志勇,潘相敏,马建新等.加氢站氢气事故后果量化评价[J].同济大学学报（自然科学版）,2012,40(2):286-291.

[2] 苏时.基于贝叶斯网络城市燃气管道失效事故后果评价研究[D].首都经济贸易大学,2017.