بخشی از مقاله
طارزيابي ريسک خطوط انتقال گاز با استفاده از روش سامانه شاخص گذاري در محيط GIS
چکيده :
رشد بيسابقه ي شهرها، سبب بالاتر رفتن ميزان مصرف گاز و در نتيجه ، افزايش تراکم شبکه ي خط لوله ي گاز شده است . با گسترش و متراکم تر شدن شبکه ي خط لوله ، سوانح ناشي از نشت گاز نيز افزايش مييابد. بنابراين خطوط لوله عامل خطري براي محيط و جامعه ي پيرامون خود ميباشند. براي برآورد ريسک خطوط لوله ي گاز معمولاً از روش سامانه شاخص گذاري استفاده ميشود. اين روش به برآورد ريسک با استفاده از دو شاخص مخاطرات کل و شاخص اثرات نشتي ميپردازد. هريک از شاخص ها متشکل از چندين زيرشاخص است که نشان دهنده ي عوامل عمده ي بروز خرابي در شبکه ي خط لوله ي گاز مي باشند. با به کارگيري تحليل هاي مکاني ميتوان موقعيت ، وضعيت و نحوه ي تغييرات مکاني هر فاکتور را در مجاورت خط لوله بررسي نمود و برآورد ريسک خط لوله ي گاز را ارتقا داد. در اين تحقيق ، براي افزايش دقت مطالعات ، سامانه شاخص گذاري با تواناييهاي سامانه اطلاعات جغرافيايي (GIS) يکپارچه شده است . همچنين از GIS، به عنوان يک موتور محاسباتي براي توليد امتياز براي هر شاخص استفاده شده است . مدل توسعه داده شده بر روي قسمتي از خط لوله ي پنجم سراسري گاز، به عنوان بزرگ ترين خط لوله ي انتقال گاز ترش ايران ، به طول ٥٠ کيلومتر، پياده سازي شد. نتايج نشان ميدهد که استفاده از GIS سبب افزايش دقت فرآيند برآورد ريسک شده است .
١- مقدمه
همزمان با رشد بيسابقه ي شهرها و توسعه ي صنعت ، گاز يکي از پر مصرف ترين منابع انرژي گشته و در نتيجه شبکه ي خط لوله ي گاز متراکم تر شده است . با گسترش و متراکم تر شدن شبکه ي خـط لولـه ، سـوانح ناشـي از نشـت گـاز نيـز افزايش يافته ، از اين جهت در سال هاي اخير مساله ي امنيت و ريسک خط لوله بسيار مورد توجه قرار گرفته اسـت . اگـر خط لوله دچار سانحه اي شود، پيامدهايي از قبيل آتش سوزي، انفجار و انتشار گازهاي سمي را در پي خواهد داشت ، که تهديدي براي امنيت انسان ها، صنايع ، زيرساخت ها، املاک و محيط زيست ميباشند. واضح است که پيشـگيري بهتـر از درمان است . بنابراين ، به منظور جلوگيري و کاهش خسارات ناشي از اين گونه حوادث ، ارائه يک روش تجزيـه و تحليـل ريسک ضروري است . چنين روشي به شناسايي مناطق با احتمال وقوع حوادث گاز بالا و افراد تحت تـاثير ايـن حـوادث کمک مي نمايد [١].
عموما ريسک به صورت احتمال ايجاد ضرر توسط يک رويداد و مقدار بالقوه ي آن ضرر، تعريف مـيشـود [٢]. بـر طبـق اين تعريف ، ريسک زماني افزايش مييابد که احتمال آن رويداد و يا ميزان ضرر ناشي از آن ، افزايش مييابـد. در مـدل - سازي ريسک خط لوله ، معمولاً دو ديدگاه برآورد ريسک در دو مرحله ي طراحي و بهره برداري خط لوله لحاظ ميشـود.
در ديدگاه اول آناليز ريسک پايه و اساس علمي برنامه ريزي ايمن براي طراحي خط لوله ي جديد ميباشد و هدف حفـظ فاصله ي ايمني بين خط لوله ي گاز و مناطق حساس ، در جهت به حداقل رساندن ميزان ريسـک مـيباشـد. در ديـدگاه دوم ، شبکه ي انتقال گاز يک زيرساخت درحال بهره برداري است که تغيير ساختار آن دشوار است . از طرفـي مشخصـات خط لوله و محيط اطراف در طي زمان در حال تغيير است ، بنابراين بهره برداران بايد درجهت پايش خطوط لولـه اقـدام کنند و نحوه ي تغييرات فاکتورهاي تاثيرگذار در بروز سوانح خـط لولـه را، در گـذر زمـان بررسـي نماينـد [٣]. در ايـن تحقيق ديدگاه دوم مورد توجه قرار گرفته است . در حال حاضر براي ارزيابي ريسک خطوط لوله ي گاز، دو روش کيفي و کمي بيشتر مورد توجه ميباشد. روش کمي به برآورد ريسک با استفاده از شبيه سازي عددي، شـامل محاسـبات کمـي احتمالات وقوع سوانح مختلف و پيامدهاي آن ها ميپردازد. نتايج اين روش دقيق تر است ولي محاسبات مقـادير ريسـک زمان برتر است . در روش کيفي مقدار عددي ريسک ، با استفاده از يک سيستم شاخص مبتني بر داده هاي اوليـه ي خـط لوله برآورد ميشود. منظور از داده هاي اوليه ، طول خط لوله ، قطر، مداخلات خارجي، مشخصات گـاز دورن خـط لولـه و غيره ميباشد. خروجي اين روش مقدار کيفي ريسک ميباشد. اين روش عوامل شکستگي بيشتري را مد نظر ميگيرد و نياز به داده هاي اوليه ي بيشتري نيز دارد [٤]. در اين تحقيق روش کيفي مورد توجه قـرار گرفتـه اسـت . بـراي ارزيـابي کيفي ريسک خطوط ، روش هاي متعددي از جمله فرآيند تحليل سلسله مراتبي[٥]، منطق فـازي [٦، ٧]، مـدل درخـت خطا (FTM) [٨]و تحليل پوششي داده ها [٩] پيشنهاد شده است . با اين حال ، ايـن روش هـا بيشـتر بـر روي شناسـايي عوامل نشت گاز متمرکز است و براي ارزيابي ريسک قابل استفاده نمي باشند.
مالباير١ در سال ٢٠٠٤ روش سامانه ي شاخص گذاري را براي برآورد ريسک خطوط لوله ي انتقـال گـاز ارائـه نمـود کـه خروجي آن نمره ي ريسک نسبي ميباشد. در اين روش ، ابتدا پتانسيل شکستگي خط لوله در قالب دو فاکتور مخاطرات کل و فاکتور اثرات نشتي برآورد شده است . هر يک از فاکتورها داراي چندين زيرفاکتور ميباشند که به هر کـدام ، يـک مقدار عددي طبق نظر کارشناس نسبت داده ميشود. مقدار نهايي ريسک از تقسيم نمايه ي مخاطرات کـل بـر نمايـه ي اثرات نشتي محاسبه مي شود. ضعف ايـن روش نمـره دهـي ذهنـي توسـط کارشـناس خبـره مـيباشـد [٢]. جبـاري و همکارانش در سال ٢٠٠٨ از روش نمايه سازي براي برآورد ريسک خطوط لوله ي کلـر ماهشـهر اسـتفاده نمودنـد [١٠] جمشيدي و همکارانش يک سيستم استنتاج فازي را براي برآورد ريسک خط لوله ي گـاز، توسـعه دادنـد. هـدف آن هـا، ارائه ي يک روش جديد بر اساس ترکيب روش هاي امتياز خطر نسبي و سيستم استنتاج فازي، به منظور ايجاد يک مدل مطمئن و دقيق تر براي کنترل ريسک خط لوله ميباشد[٧].
در اکثر تحقيقات گذشته فاکتورهاي موثر در ريسک با توجه به نظريات خبرگي امتيازدهي شـده انـد و فقـط يـک عـدد ثابت که حاکي از ارزش آن فاکتور در ميزان ريسک ميباشد، به هر قسمت از خط لوله نسبت داده شده اسـت . در واقـع مقدار دهي بصورت کريسپ بوده و نحوه ي تغييرات فاکتورهاي مکاني با افزايش فاصله از خط لوله بررسي نشـده اسـت .
فاکتورهاي موثر در ريسک خطوط لوله ي گاز، جابجايي زمـين ، بهـره بـرداري نادرسـت ، خـوردگي، نقـص سـاختاري و مداخلات شخص ثالث ميباشند، که ماهيت مکاني دارند. از اين رو با به کارگيري تحليل هاي مکاني ميتـوان موقعيـت ، وضعيت و نحوه ي تغييرات مکاني هر فاکتور را در مجاورت خط لوله بررسي نمود و برآورد ريسـک خـط لولـه ي گـاز را ارتقا داد. همچنين با استفاده از GIS ميتوان خطوط پر خطر را مشخص نمود و فواصل ايمن در مجاورت خـط لولـه را در قالب نمودار و نقشه نمايش داد و در جهت پيشگيري از آسيب هاي جدي و بررسـي کـاربري زمـين اسـتفاده نمـود.
بدين ترتيب امکان شناسايي مناطق با ريسک بالا و مديريت بهتر تاسيسات خط لوله ميسر ميگردد [٣].
در اين تحقيق ، براي افزايش دقت مطالعات ، سامانه شاخص گذاري با توانايي هاي سامانه اطلاعات جغرافيـايي يکپارچـه شده است . همچنين از GIS، به عنوان يک موتور محاسباتي براي توليد امتياز براي هر شاخص استفاده شده است . مدل توسعه داده شده بر روي قسمتي از خط لوله پنجم سراسري گاز که به عنوان بزرگ ترين خط لوله انتقال گاز ترش ايران به طول ٥٠ کيلومتر پياده سازي شد. در اين مطالعه ابتدا به مباني نظري برآورد نسبي ريسک پرداخته شده است . در اين خصوص پس از بررسي منطقه مورد مطالعه ، روش سامانه شاخص گذاري و دو شاخص مخاطرات کل و اثرات نشتي با جزئيات بيشتر مورد بررسي قرار گرفته است . سپس در بخش سوم مراحل پياده سازي بر روي قسمتي از خط لوله ي انتقال گاز سراسري تشريح شده و در انتهـا نتايج تحقيق آورده شده است .
٢- مواد و روش ها
ارزيابي کيفي ريسک ، فرآيند تحليل نسبي پتانسيل هاي ايجاد خرابي در خط لوله و ميـزان بالفعـل شـدن ريسـک هـاي موجود در پروژه و همچنين حساسيت سنجي و بررسي ميزان آسيب پذيري محيط پيرامون مـيباشـد. ايـن روش شـامل شناسايي محيط زيست تحت تاثير نشت گاز، شبيه سازي زماني و مکاني پخش شدن گاز، بررسي و ارزيابي اجزاي مهـم اکولوژيک با در نظر گرفتن حساسيت هاي محيط زيسـتي، تضـمين کميـت ريسـک بـر طبـق اسـتانداردهاي موجـود و شناسايي اقدامات کاهش پتانسيل خرابي خط لوله ميباشد. در ادامه به مباني روش سامانه شاخص گذاري پرداخته شده است [٢، ٤].
٢-١- مباني روش سامانه شاخص گذاري در برآورد ريسک خط لوله
مرحله ي نخست در ارزيابي ريسک با استفاده از روش سامانه شاخص گذاري، شناسايي عوامل خرابي خط لوله ميباشـد.
پتانسيل خرابي خط لوله را ميتوان در چند گروه شاخص دسته بندي نمود. عوامـل مـرتبط بـا ويژگـيهـا و مشخصـات طراحي، پارامترهايي از قبيل فشار، قطر و ضخامت ديواره ها ميباشند که سبب نقص ساختاري خط لوله ميگردند. ايـن عوامل در قالب شاخص طراحي و بهره برداري نادرست قرار گرفته اند. همچنين گـروه عوامـل بيرونـي و محيطـي شـامل پارامترهايي از قبيل کاربري زمين ، تراکم جمعيت و عوامل موثر در خودگي در قالب شاخص مـداخلات شـخص ثالـث و خوردگي قرار داده شده است . هر يک از شاخص ها از چندين زيرشاخص تشکيل شده است . بـراي هـر زيرشـاخص يـک بازه ي امتيازدهي طبق نظر کارشناسي اختصاص داده شده است . امتيازات نسبت داده شـده بـه هـر زيرشـاخص بيـانگر ميزان اثرگذاري آن در بروز سوانح در هر قسمت از خط لوله ميباشد. خروجي اين روش مقـدار عـددي ريسـک نسـبي براي هر قسمت از خط لوله ميباشد[٢، ١١]. در اين روش هر قسمت از خط لوله ، نتايج بـرآورد ريسـک مخصـوص بـه خود را خواهد داشت . از اين رو قسمت بندي خط لوله نياز ضروري در فرآيند برآورد ريسک ميباشد، که در بخش ٢-٢- ١ به آن پرداخته شده است .
٢-٢- مدلسازي برآورد ريسک خط لوله
بر اساس بررسيهاي انجام شده ، تهيه نقشه ي پهنه بندي ريسک شامل ٣ مرحله ي اصلي است که به اختصـار در شـکل (١) آورده شده است . ابتدا خط لوله قسمت بندي شده و عوامل خرابي خط لوله شناسايي مـيشـوند. ايـن عوامـل در دو گروه مخاطرات کل و اثرات نشتي دسته بندي ميشوند. سپس با توجـه بـه نـوع فـاکتور مکـاني و يـا توصـيفي، قـوانين امتيازدهي بر روي آن پياده سازي ميشود و نقشه ي پهنه بندي ريسک توليد ميشود.
شکل ١. فلوچارت روش سامانه شاخص گذاري
مراحل اصلي روش برآورد کيفي ريسک با جزئيات بيشتر، به شرح ذيل بررسي شده است .
٢-٢-١- قسمت بندي خط لوله
برخلاف اکثر تاسيسات ديگر، معمولا خط لوله پتانسيل خطر ثابتي در طول کل مسير خود ندارد و با تغييـر شـرايط در طي مسير خط لوله ، ميزان ريسک نيز متغير است . بنابراين در برآورد ريسک ، بهتر است يک خط لوله ي طـولاني را بـه بخش هاي کوتاه تر قسمت بندي نمود. از اين رو اتخاذ يک استراتژي مناسب بـه منظـور تقسـيم بنـدي خـط لولـه بـراي محاسبه ي دقيق تر ريسک ، ضروري است . بدين ترتيب نتايج برآورد ريسک در هر بخش متفاوت خواهد بود و بـراي هـر بخش تکرار ميشود. روش هاي مختلفي از قبيل قسمت بندي طول ثابت ، دستي و پويا وجود دارد [٢].
٢-٢-٢- شناسايي شاخص ها
پس از قسمت بندي خط لوله نوبت به امتيازدهي شاخص هاي موثر در ريسک ميرسد. همانطور که در بخش ٢-٢ گفتـه شد، پتانسيل خرابي خط لوله را ميتوان در چند گروه شاخص طبقه بندي نمود. انتخـاب شـاخص هـا بـر اسـاس پايگـاه داده ي سوانح خط لوله در گذشته و شرايط منطقه مورد مطالعه ميباشد. در اين روش عوامل خرابي خط لوله ، در قالـب يک سيستم شاخص در سه سطح طبقه بندي شده است ، که جزئيات بيشتر آن در شکل (٢) آورده شده است . بر اساس شکل (٢)، شاخص مخاطرات کل و شاخص اثرات نشتي، شاخص هاي سطح اول ميباشند. شاخص ها به منظور توصـيف فاکتورهاي موثر در احتمالات وقوع سوانح و پيامدهاي آن ها بر خط لوله استفاده ميشوند [٢].
شاخص مخاطرات کل نشان دهنده ي علت وقوع حوادث بر روي خط لوله و چگونگي آن مـيباشـد. احتمـال شکسـتگي خط لوله با توجه به شرايط محيطي متفاوت در طول خط لوله متغير است . بنابراين شاخص هاي سطح دوم اين شـاخص شامل فاکتورهايي از قبيل مداخلات خارجي، خوردگي، بهره برداري نادرست و نقص در طراحي ميباشد[٢].
شکل ٢. چهارچوب روش سامانه شاخص گذاري براي برآورد ريسک خط لوله
در قسمت دوم شاخص ديگري با نام اثرات نشتي، در نظر گرفته ميشود که شامل فاکتورهاي خطرات بـالقوه محصـول ، ميزان نشت ، پراکنش گاز رها شده و محيط اطراف ميباشد. اين شاخص جهت اندازه گيري ميزان نسبي پيامدهاي ناشي از خرابي خط لوله بر جمعيت و محيط اطراف آن تنظيم شده است . در اين قسمت ، تجزيـه و تحليـل بسـيار دقيقـي از اثرات بالقوه و پيامدهاي هر يک از عيوب رخ داده در خط لوله انجام ميگيرد. خصوصيات محصـول ، شـرايط عمليـاتي و موقعيت مکاني خط لوله در دستيابي به فاکتور پيامد مورد توجه قرار ميگيرد و در نهايت مقدار اين فاکتور بـا اسـتفاده از رابطه ي (١) محاسبه ميشود.
