王寶泉

山東中油天然氣有限公司

天然氣長輸管道事故影響范圍簡述

王寶泉

山東中油天然氣有限公司

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平日益提升，油氣的使用在生活中也越來越廣泛。天然氣的運送對于管道的要求較高，鋪設(shè)、維護(hù)好長輸管道對于天然氣的運送具有重要意義。一旦運輸管道出現(xiàn)問題，將會嚴(yán)重影響人們的生活、安全，給社會經(jīng)濟(jì)帶來損失。目前國內(nèi)天然氣管道事故影響范圍大多照搬國外研究結(jié)果，并且不能區(qū)分事故影響程度，針對這一情況，提出考慮人員傷亡程度和人員有無遮擋的事故影響范圍研究方法。文章就此進(jìn)行分析。

天然氣長輸管道；事故；影響范圍

1.天然氣長輸管道運行的事故風(fēng)險

1.1 管道的設(shè)計和建造

對于天然氣的安全運輸來說，需要質(zhì)量合格的管道來支撐，若是管道的設(shè)計或者建設(shè)沒有達(dá)到相應(yīng)的要求，那么就會發(fā)生管道泄露事故，許多天然氣安全事故都是由于管道出現(xiàn)問題而引發(fā)的。材料是管道設(shè)計中的一個重要因素，由于天然氣管道需要穿過諸多不同地質(zhì)的區(qū)域，所以往往需要根據(jù)在不同地區(qū)的管道鋪設(shè)而選取相應(yīng)材料的管道；在設(shè)計時也要對管道所鋪設(shè)的區(qū)域進(jìn)行施工環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境的勘探，從而在管道的參數(shù)設(shè)計上如壁厚、管徑進(jìn)行合理的配制，使管道能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境[1]。而在管道的建造中，焊接也是一項非常重要的工作，它對保證管道的密封性和運輸能力有著重要作用，而實際建造中由于有些工人焊接工作方面的缺失使管道存在隱患，在投入運行后不久就出現(xiàn)問題。在長輸管道的設(shè)計和建造中出現(xiàn)的問題，大多數(shù)都是由于設(shè)計和建造人員工作不細(xì)致造成的，沒有對設(shè)計和建造環(huán)境有足夠的了解，從而導(dǎo)致管道存在諸多缺陷，極大地增加了發(fā)生事故的幾率，影響著管道運輸?shù)陌踩浴?/p>

1.2 管道腐蝕

除了因為管道設(shè)計和建造上的失誤外，管道的腐蝕也是導(dǎo)致事故的原因之一。在管道的腐蝕中，存在著好幾類腐蝕情況，有時輸氣管道會受到其他輸電等線路的影響而發(fā)生電流腐蝕，有時會因為所處地質(zhì)的電解質(zhì)問題而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，有時則是因為地下各種雜質(zhì)的存在對管道內(nèi)外進(jìn)行化學(xué)腐蝕，不管是哪種腐蝕，都是在潛移默化中進(jìn)行，日積月累地入侵著管道，直到某天管道被腐蝕穿孔發(fā)生事故。

1.3 工藝場站的風(fēng)險

雖然天然氣使用管道進(jìn)行運輸，但并不意味著管道要一直鋪設(shè)到使用終端，在路上還要有一些中間場站要對天然氣進(jìn)行壓縮，來保障天然氣的運輸。而這些場站也存在許多問題，其中設(shè)備是主要問題，為了實現(xiàn)對于天然氣的精準(zhǔn)壓縮和運輸，場站的各種控制儀表和壓縮機組都要保證每天的維修和及時檢查，換下受損的零件，場站的許多設(shè)備都不容許絲毫差池，否則便會出現(xiàn)意外事故；而人員問題也是風(fēng)險因素之一，主要是對操作人員的專業(yè)素質(zhì)和責(zé)任態(tài)度有所要求，有些人員的操作態(tài)度不認(rèn)真，常常引發(fā)一連串的安全事故。

2.事故模擬

2.1 參數(shù)設(shè)置

2.1.1 管道參數(shù)。從最壞事故角度出發(fā)，選擇國內(nèi)即將鋪設(shè)的最大天然氣長輸管道作為研究對象，管道直徑為1429mm，壁厚27.5mm，管道壓力12MPa，管道在距離起點1km處發(fā)生斷裂。由于管道斷裂泄漏后，工作人員會及時關(guān)閉管道截斷閥，所以選擇截斷閥之間的距離為泄漏管道的長度。根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》一級地區(qū)截斷閥的間距設(shè)置不宜大于32km，二級、三級、四級地區(qū)分別不宜大于24、16、8km，所以選擇最遠(yuǎn)距離將泄漏管道長度設(shè)置為32km[2]。

2.1.2 環(huán)境參數(shù)設(shè)置。最不利的氣象條件，風(fēng)速為5m/s，大氣相對濕度0.95，大氣穩(wěn)定度設(shè)為不穩(wěn)定B級，大氣溫度298K，大氣壓力101325Pa。

事故發(fā)生在三維空間，噴射火熱輻射與爆炸沖擊波超壓在豎直方向變化，最大值不在地面，正常情況下人的身高不超過2m。根據(jù)高斯修正模型的計算，修正前氣體濃度為修正后氣體的3倍。此處近似的選擇高度為6m的水平面研究熱輻射、沖擊波超壓影響情況，這樣將熱輻射和沖擊波超壓的影響范圍簡化為高度為6m的二維平面。

2.2 模擬結(jié)果

2.2.1 泄漏擴(kuò)散。氣體泄漏后，氣體濃度隨著時間與距離的變化而變化，此動態(tài)過程需要濃度與距離的關(guān)系，所以僅給出濃度與距離關(guān)系圖，對濃度與時間關(guān)系的不做描述[3]。PHAST軟件模擬過程取18.75s時發(fā)生火災(zāi)爆炸，即模擬過程泄漏時間為18.75s。此處給出18.75s時，擴(kuò)散氣體中心線濃度與下風(fēng)向的距離曲線如圖1所示；擴(kuò)散氣體的俯視圖如圖2所示。

區(qū)域1—氣體濃度百分比為21.84%～100%；區(qū)域2—氣體濃度百分比為10.92%～21.84%；區(qū)域3—氣體濃度百分比為4v39%～10.92%；區(qū)域4—氣體濃度百分比為2.18%～4.39%。

2.2.2 爆炸

通過模擬發(fā)現(xiàn)管道泄漏后氣團(tuán)沒有達(dá)到爆炸極限，不會立即發(fā)生爆炸，泄漏氣體隨著時間與距離的增加濃度降低。由于爆炸極限為5%～15%范圍，氣體泄漏會迅速與空氣混合，并且濃度越低爆炸點距離泄漏點越遠(yuǎn)，影響范圍與人口活動范圍交叉越多，所以選擇氣體爆炸時濃度為5%，爆炸點為泄漏點下風(fēng)向距離37m處。

3.事故防范措施

3.1 加強管理

主要是針對天然氣的始發(fā)站和各個中間站而言，必須要加強這些站點的輸氣管理。而在加強管理的措施中，又以建立完善管理制度為主要目標(biāo)，對輸氣管理的建設(shè)、設(shè)計、設(shè)備操作等都要有明確的工藝標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)指導(dǎo)，同時要建立責(zé)任制，將責(zé)任落實到個人，保證輸氣的安全性。在管理方面還可以運用信息技術(shù)建立信息管理平臺，對運輸管道進(jìn)行實時監(jiān)控，如在管道發(fā)生泄露時發(fā)出警報，就能夠第一時間尋找解決措施。

圖1 擴(kuò)散氣體中心線濃度與下風(fēng)向的距離曲線

圖2 擴(kuò)散氣體中心線濃度

3.2 提高對長輸天然氣管道風(fēng)險的預(yù)測能力

長輸天然氣管道的常見事故主要有燃?xì)庑孤?、火?zāi)爆炸等，為了提高對長輸天然氣管道風(fēng)險的預(yù)測能力，就要對管道進(jìn)行可靠性分析研究、進(jìn)行定量風(fēng)險評價，其主要分為明確評價的對象及范圍并對其做充分的了解，根據(jù)項目周邊情況對其危險、有害因素進(jìn)行辨識分析，選擇確定正確、科學(xué)的風(fēng)險評價方法，提出消除、減弱危險的建議并得出結(jié)論這幾個主要步驟。定量風(fēng)險評價可以分析影響管道失效的原因，制定恰當(dāng)安全的維修計劃，以減少損害。半定量分析則是根據(jù)事故損失后果和發(fā)生概率，通過計算形成一個相對的風(fēng)險指標(biāo)。而定量風(fēng)險分析與評價是最權(quán)威、準(zhǔn)確的風(fēng)險評價法，其對于提高對長輸天然氣管道風(fēng)險的預(yù)測能力具有重大作用。

3.3 加強管道巡護(hù)

管道巡護(hù)的主要方式是人工巡護(hù)，這是我國目前主要采用的方式，這種方式需要大量的人力。還有直升機巡護(hù)，這種巡護(hù)成本較高還需要受到空中管制的限制。另外一種是小型無人機巡視，它可以攜帶紅外及三維高速激光掃描儀，實現(xiàn)對管道所處環(huán)境的圖像采集，及時發(fā)現(xiàn)管道周圍環(huán)境的變化，是未來發(fā)展的一個方向。第三種是采用技術(shù)手段如安裝探頭或利用管道同時敷設(shè)的光纖實時探測管道周圍環(huán)境的變化，實時監(jiān)控管道，這也是發(fā)展的一個重要方向[4]。

3.4 定期檢測檢驗

管道泄漏的產(chǎn)生是各種因素綜合作用的結(jié)果，對管道進(jìn)行定期檢測檢驗是預(yù)防泄漏事故的最主要的技術(shù)手段，以下為幾種技術(shù)含量高、常用的檢測技術(shù)和方法。

管道內(nèi)檢測。管道內(nèi)檢測主要有管道漏磁內(nèi)檢測和管道超聲波內(nèi)檢測。漏磁內(nèi)檢測技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種檢測技術(shù)，漏磁檢測本身帶有永磁鐵將管道的管壁磁化到飽和的程度，管壁無缺陷時，這個飽和磁場沒有變化，當(dāng)管壁出現(xiàn)腐蝕等缺陷時，這個飽和磁場就會有漏磁通，通過檢測器的磁敏探頭可以檢測并記錄這些磁場變化，后期數(shù)據(jù)分析處理就可以實現(xiàn)對管道情況的探查。

管道外檢測主要是管道外防腐層破損檢測和管道應(yīng)力檢測。外防腐層檢測主要的是用PCM+技術(shù)，這項技術(shù)已非常成熟，檢測費用低，已經(jīng)在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。管道應(yīng)力檢測也叫磁層析技術(shù)，是一種最近發(fā)展起來的新型檢測技術(shù)，主要原理是利用缺陷管道存在應(yīng)力集中，改變了地磁場，通過探測這種地磁場的變化，來發(fā)現(xiàn)存在應(yīng)力集中的管段即存在問題的管段。

3.5 在線監(jiān)測

管道泄漏在線監(jiān)測技術(shù)主要有負(fù)壓波和分布式光纖管道泄漏檢測系統(tǒng)。負(fù)壓波法的產(chǎn)生原理如下：管道發(fā)生泄漏時，泄漏處的瞬時壓力降低，該壓降以聲速向泄漏處的上下游傳播，以泄漏前的壓力為參照標(biāo)準(zhǔn)，泄漏時產(chǎn)生的壓降波為負(fù)壓波。分布式光纖管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)是一種新型的泄漏監(jiān)測技術(shù)，主要原理是當(dāng)天然氣長輸管道發(fā)生泄漏時，與管道一同敷設(shè)的分布式光纖系統(tǒng)會迅速發(fā)現(xiàn)管道泄漏引起的溫度變化，通過定位溫度變化處管道的泄漏，實現(xiàn)管道泄漏的在線監(jiān)測[5]。

3.6 提高長輸管道的設(shè)計質(zhì)量

依據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計導(dǎo)則》第5.3.2條規(guī)定：a.輸氣管道宜采用螺旋埋弧焊鋼管或直縫埋弧焊鋼管，選型原則包括：(1)線路一、二級地區(qū)宜采用螺旋縫埋弧焊鋼管；(2)線路三級地區(qū)可采用螺旋縫埋弧焊鋼管或直縫埋弧焊鋼管；(3)線路四級地區(qū)宜采用直縫埋弧焊鋼管；(4)一、二級公路，高速公路、鐵路穿越宜采用直縫埋弧焊鋼管，并設(shè)套管；(5)大型穿跨越等特殊地段宜采用直縫埋弧焊鋼管；(6)線路熱煨彎管宜采用直縫埋弧焊鋼管。b.鋼材等級選擇原則：管徑＜Φ508mm，設(shè)計壓力≤6.3MPa是，宜采用L360及以下鋼級的碳素鎮(zhèn)靜鋼；管徑Φ508～Φ813mm，設(shè)計壓力≤8MPa時，宜采用L415及以上鋼級的低碳微合金控扎鋼；管徑＞Φ813mm，設(shè)計壓力≤10MPa時，宜采用L450及以上鋼級的低碳微合金控扎鋼。c.管線鋼管的質(zhì)量水平宜選擇達(dá)到GB/T9711中的PSL2級或API5L的質(zhì)量水平。

結(jié)束語

天然氣為易燃或易爆物質(zhì)，其火災(zāi)危險為甲類火災(zāi)危險等級。它的安全運行不僅可以保護(hù)人們的人身財產(chǎn)安全，維系社會的穩(wěn)定，還可以為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，加強對事故影響范圍的分析，并改善天然氣運輸管道自身的質(zhì)量、提高對其風(fēng)險預(yù)估能力、加強對其的管理監(jiān)督力度等手段以保障對長輸天然氣運行安全的管理，勢在必行。

[1]張喬.石油天然氣長輸管道泄漏檢測及定位探討[J].價值工程，2015，03：75-76.

[2]文海任.長輸油氣管道油品泄漏事故危害分析[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2015，05：252-253.

[3]劉鵬，李保吉，鄭旭洋.長輸管道泄漏環(huán)境敏感性分析技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2015，04：97-98.

[4]孫昭洋.天然氣長輸管道泄漏工況分析[J].當(dāng)代化工，2015，10：2457-2459.

[5]王會粉.長輸管道CO_2小孔泄漏特性的理論研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2015.