張希祥 賈韶輝 楊玉鋒 張強 魏然然(國家管網(wǎng)集團北方管道有限責任公司管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實驗室，河北 廊坊 065000)

0 引言

與鐵路、公路、水運等其他運輸方式相比，管道運輸是最綠色的運輸方式，具有其他運輸方式不具有的優(yōu)勢，如管道運輸運輸量大、運輸效率高、損耗較少、節(jié)省運輸成本、便于管理等一系列優(yōu)點，在全球能源運輸中占有舉足輕重的地位。

海底管道系統(tǒng)一般包括大型鋼質海底管道、泵站或壓縮機站、供電和通訊系統(tǒng)等組成部分[1]。海底管道是海洋石油、天然氣的重要運輸方式，連接著海洋油氣開采平臺和陸地相關冶煉、凈化和存儲相關設施，通過海底管道，海上油田的整個生產、冶煉和運輸?shù)拳h(huán)節(jié)被連接成為一個統(tǒng)一的整體[2-4]。同時海底環(huán)境和陸地環(huán)境相比，具有特殊性，海底管道運行中面臨的環(huán)境比陸地管道更為復雜，除了陸地管道經(jīng)常面臨的風險因素外，海底管道還面臨海底環(huán)境復雜等因素，如海底管道周邊有海流、海冰、海底生物等作用。此外，海底管道由于處于水面以下，海底管道的日常監(jiān)測檢測、修護保養(yǎng)和應急搶修等工作都比陸地管道類似工作的開展難度大。

我國目前開發(fā)的油氣資源大多位于近岸海域，如果油氣管道發(fā)生泄漏，首先是油氣資源的流失，造成金錢損失，管道泄漏會影響下游用戶，造成二次影響。其次是油管道發(fā)生泄漏后，原油和成品油很容易在海洋中大面積擴散，對當?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境造成污染，進一步會影響到漁業(yè)、旅游業(yè)等，如果污染擴散到他國，還會被國際社會譴責，造成不良的國際影響。

1 我國海底管道事故類型

截至2020年，我國海底管道約6000km。海洋石油工程股份有限公司的王喆統(tǒng)計了2015—2019年的海底管道事故[5]，結果發(fā)現(xiàn)導致海底管道發(fā)生失效的比例最高因素是腐蝕因素，占到了49%，其次是第三方損壞因素，占到了29%，第三高的是管道周邊環(huán)境因素，占到了12%，其他因素占到了10%。中海油研究總院的王紅紅統(tǒng)計了中海油中國海域內鋪設的315條海底管道[6]，結果發(fā)現(xiàn)，導致海底管道事故比例最高的是腐蝕因素，占到了37%，排第二的是第三方破壞因素，占到了33%，排第三的是自然與地質災害因素，占到了16%，工程質量、沖刷和臺風等其他因素占到了14%。

2 海底管道風險因素

根據(jù)前面的我國海底管道事故類型統(tǒng)計，對海底管道具體事故進行分析總結，可知我國海底管道面臨的風險依次為腐蝕因素、第三方損壞因素、地質因素和其他因素，具體海底管道風險因素如表1所示。

表1 我國海底管道風險因素表

2.1 腐蝕因素

海底管道的腐蝕根據(jù)腐蝕發(fā)生在管壁的相對位置，分為內腐蝕和外腐蝕，海管內腐蝕和外腐蝕具有各自的特點和成因[7]。

海管內腐蝕是發(fā)生在管道內壁的腐蝕現(xiàn)象，海管內腐蝕發(fā)生的原因主要是由于管內輸送介質中含有硫化氫、二氧化碳、水等雜質，這些雜質與管道內壁的鐵元素發(fā)生化學或電化學反應，將固態(tài)的鐵變成鐵離子，導致管道內壁發(fā)生壁厚減薄的現(xiàn)象[8]。當輸送介質中含有硫化氫時，海管內部還有可能會發(fā)生應力腐蝕開裂或氫致開裂。海管內腐蝕速度和輸送介質的速度和硫化氫、二氧化碳、水等含量有關。

海管外腐蝕是發(fā)生在管道外壁的腐蝕現(xiàn)象，海管外腐蝕發(fā)生的原因是由于海底管道浸沒在海水或海底土壤等電解質溶液中，海管防腐層破損如果發(fā)生破損，海管金屬表面就會發(fā)生電化學反應而發(fā)生腐蝕，因此，海管外防腐層質量尤為關鍵。此外，海管外腐蝕速度和海水溫度、海水酸堿度、海水含鹽度、海底土壤的電阻率、海底管道周邊生物等因素相關。

2.2 第三方損壞因素

我國海底管道第三方損壞風險主要是因為漁業(yè)活動、航道活動、挖沙作業(yè)、挖泥作業(yè)、打撈作業(yè)和勘探作業(yè)等活動產生船體、錨、機械、網(wǎng)、鉆頭等物件對海底管道造成損壞[9]。

漁民開展?jié)O業(yè)活動時需要下錨和撒網(wǎng)，下錨如果在管道附近，會墜落到管道外部混凝土配件上，或者在拖錨時掛到管道或者電纜上，對管道及管道附屬物造成撞擊、拖拽等損壞；普通船只經(jīng)過航道時，會出現(xiàn)下錨和拖錨活動，同時如果發(fā)生事故還會有沉船的現(xiàn)象，以及在船只救援過程中，有可能對管道造成重物壓覆、撞擊、拖拽等損壞，導致管道受壓、開裂；在淺海段發(fā)生的挖沙作業(yè)和挖泥作業(yè)，各種機械很容易對管道和附屬設施造成損壞，導致管道被刺破，拖斷等現(xiàn)象等發(fā)生。

2.3 地質因素

海底管道的地質因素主要是指海底的海流、土壤、海冰和地震等地質因素對海底管道造成損傷[10]。

海底海流因素包括海底暗流、海底波浪、海底漩渦等，對管道直接造成拖拽、沖刷的作用，以及對管道周邊的土壤的沖刷，海底土壤的黏性和抗剪性差，海流的長期沖刷在海底泥沙和管道間形成了孔洞，出現(xiàn)孔洞后海流流量進一步增加，加速了土壤流失現(xiàn)象，導致管道下方土壤被掏空等現(xiàn)象；海底土壤因素包括因海流導致的海底土壤流失，致使管道受力不均勻，產生切向載荷，可能引起管道疲勞等現(xiàn)象；海冰因素是指海冰在海流的作用下，對管道及附屬物產生撞擊、壓覆等作用，損傷管道；地震因素是指由于海底地震導致海底地形發(fā)生變化，海底地形發(fā)生位移、剪切等現(xiàn)象，導致管道受力支撐處受力不均，加上管道和介質的重量，最終可能導致管道發(fā)生斷裂。

2.4 其他因素

其他因素主要包括管理制度因素、管道本體質量因素和信號裝置故障因素，這些因素都并非隨著時間的推移有規(guī)律可循，但是必須引起重視。

管理制度因素主要包括缺乏完善的海底管道風險管理體系，缺乏對員工開展應有的培訓，沒有充分調動員工的工作積極性；管道本體質量因素是指管道出廠時鋼管焊縫質量是否存在缺陷，在運輸和安裝過程中是否存在損傷；信號裝置故障因素是管道儀表、監(jiān)測器、指示器和報警器等發(fā)生故障，在管道參數(shù)異常時沒有能夠報警，讓管理人員及時采取措施，最終導致嚴重的后果。

3 海底管道應急救援措施

(1)開展海底管道完整性管理，在海底管道設計、建造、運行、維護保養(yǎng)及廢棄處置全壽命周期引入管道完整性管理思想，整理海底管道各項數(shù)據(jù)，在海底管道發(fā)生事故時可以及時獲取管道相關信息，為海底管道應急救援提供管道第一手資料，節(jié)省寶貴對應急救援響應時間。

(2)建立科學完善的海底管道應急救援體系，完善企業(yè)對海底管道應急救援體制、機制和標準，使海底管道應急救援工作有規(guī)可依、有章可循。

(3)編制海底管道應急救援預案并定期開展演練，培養(yǎng)海底管道應急救援專業(yè)人員，專人專崗，儲備海底管道救援人員力量，并定期開展應急救援相關知識培訓，不斷提高海底管道應急救援人員技能水平。

(4)加強海底管道保護宣傳，告知周邊漁民海底管道泄漏報警電話，為周邊漁民提供報告途徑，當發(fā)現(xiàn)海底管道發(fā)生失效時可以及時報告給管道管理企業(yè)，為下一步海底管道應急救援提供信息。

(5)建立海底管道地理信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)包括管道基礎信息和路由情況，將海底管道路由坐標采集，標注到衛(wèi)星圖中，同時將管道周邊附屬設施信息、油田作業(yè)區(qū)信息以及其他公共資源信息，為海底管道應急救援提供數(shù)據(jù)支持。

(6)配備專業(yè)的海底救援設備和裝備，如深水作業(yè)船舶、海底管道切割換管器具、深水海管維修專用工機具和其他海底管道應急維修備件。