胡 慧

（中海油能源發(fā)展股份有限公司上海人力安全技術(shù)服務中心 上海 200030）

隨著經(jīng)濟大幅增長，由此帶來的資源、環(huán)境重負日益加大，市場對能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化和能源供應安全的客觀要求更為迫切，天然氣因其潔凈、環(huán)保和安全的特點對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。長輸管道作為輸氣樞紐，天然氣的廣泛使用，使得長輸管道越來越多的遍布于山川河流和道路村莊邊。天然氣為甲類易燃、易爆化學品，一旦發(fā)生火災、爆炸事故，對環(huán)境和人身安全造成危害。

1 長輸管道風險識別

1.1 物質(zhì)風險識別

長輸管道工程涉及的危險物質(zhì)為天然氣，危險貨物編號21007,危險性類別為第2.1類易燃氣體[1]。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備風險識別

長輸管道的主要生產(chǎn)設(shè)施包括輸氣站場和管道。存在的潛在危險性主要為振動造成法蘭連接松動或接口破裂；分離器、設(shè)備故障；閥門松動、銹損失靈；管內(nèi)超過安全流速或軸承過壓；管道彎頭、焊接點破裂。產(chǎn)生的后果為泄漏，遇明火燃燒、爆炸。

1.3 環(huán)境風險事故因素分析

通過生產(chǎn)過程潛在危險性分析表明，各單元具有火災、爆炸、泄漏擴散等潛在危險性，這正是安全生產(chǎn)和環(huán)境風險隱患所在。造成事故隱患的因素很多，主要有以下幾類：外部破壞；腐蝕；管道質(zhì)量缺陷；其他因素。

1.4 風險事故類型

1.4.1 主要風險事故類型

根據(jù)物質(zhì)和生產(chǎn)設(shè)備風險識別結(jié)果，輸送過程中涉及的天然氣屬易燃易爆品，具有火災和爆炸的危險性。天然氣泄漏后發(fā)生火災、爆炸會產(chǎn)生熱輻射、沖擊波影響。天然氣屬于低毒性物質(zhì)，其主要成分為甲烷，空氣中甲烷濃度過高能使人無知覺地窒息、死亡。因此在管輸過程中具有發(fā)生窒息的危險性。若泄漏的天然氣中硫化氫超過300ppm時，可能會導致漏點附近人員中毒。

1.4.2 風險事故過程中的次生污染

天然氣發(fā)生泄漏時，遇到火源將引起火災爆炸，燃燒時將產(chǎn)生NOx。天然氣管道火災、爆炸事故生成極少量的CO（百萬分之一到萬分之一），由于管道輸送的天然氣中檢測到硫化物的含量極低，所以燃燒時產(chǎn)生的SO2極低。檢索國內(nèi)外文獻及資料，未見報道在天然氣火災、爆炸事故中由于CO和SO2引起的人員中毒和傷亡事件。因此，主要考慮天然氣泄漏后造成的窒息危害和燃燒爆炸過程產(chǎn)生的NOX進行預測。

1.5 最大可信事故

天然氣管道在輸氣過程中，最大可信事故為：管道出現(xiàn)破裂或孔洞/裂紋，發(fā)生天然氣泄漏事故。

2 長輸管道環(huán)境事故后果預測與分析

以某省天然氣輸送管道為例，某段管道全長約72km，設(shè)置輸氣站場1座，閥室3座，管道管徑為Φ813，設(shè)計壓力為7.5MPa，工程設(shè)計到2020年供氣量達3.69×108Nm3/a。分輸站場設(shè)置有站控系統(tǒng)，監(jiān)控閥室設(shè)置遠程終端裝置RTU，監(jiān)視閥室設(shè)置截斷閥遠程監(jiān)視集成設(shè)備，通過通信系統(tǒng)將各站場及閥室的工藝參數(shù)及設(shè)備工作狀態(tài)上傳到總調(diào)控中心進行集中監(jiān)視和管理。全線兩個相鄰緊急關(guān)停閥門間距最大為19.59km。

2.1 窒息影響、次生污染影響預測與分析

2.1.1 預測模式

按最大可信事故源項的設(shè)定，長輸管線泄漏后天然氣在大氣中的擴散多采用煙團模式，天然氣遇火源燃燒產(chǎn)生的伴生污染物NOx其密度雖然大于空氣，但其燃燒時有大量空氣，濃度較小，湍流擴散占主導，因此仍可用高斯煙團模型模擬。

2.1.2 評價標準

設(shè)定天然氣的評價標準為窒息濃度。二次污染物NO2設(shè)立三級標準，一級為半致死濃度標準，二級為IDLH（傷害濃度）濃度標準，三級為影響濃度（“短時間接觸容許濃度”）標準。[2]

2.1.3 泄漏事故影響分析

根據(jù)泄漏擴散的模型分析，輸氣管線發(fā)生泄漏事故后擴散影響范圍分別為：輸氣管道發(fā)生針孔/裂紋泄漏時，在下風向不形成窒息濃度。發(fā)生管道破裂時，在風速為1.7m/s，大氣穩(wěn)定度為D時，天然氣管道泄漏窒息濃度范圍最大為下風向77m；在風速為1.5m/s，大氣穩(wěn)定度為F時，天然氣管道泄漏窒息濃度范圍最大為下風向83m。當發(fā)生天然氣泄漏事故后，窒息濃度范圍內(nèi)的居民應緊急向上風向撤離。

2.1.4 火災事故伴生污染影響分析

對伴生的NOx進行預測評價（NO2以90%計）。計算結(jié)果可知，當高壓天然氣泄漏遇火源形成噴射火時產(chǎn)生的伴生污染物在下風向不形成LC50濃度、傷害濃度和短時間接觸容許濃度，因此對環(huán)境影響相對較小。

2.2 熱輻射、沖擊波影響預測與分析

根據(jù)美國石油學會相關(guān)資料報道，燃氣泄漏后各表現(xiàn)形式的概率分別為安全排放0.8、噴射火焰0.1、閃火0.06、蒸氣云爆炸0.04[3]。本文選取燃燒方式為噴射火以及危險性較大的蒸氣云爆炸為風險事故來評價。

火災通過熱輻射的方式影響周圍環(huán)境。當火災產(chǎn)生的熱輻射強度足夠大時，可使周圍的物體燃燒或變形。強烈的熱輻射可能燒傷或燒死人員，造成財產(chǎn)損失。熱輻射造成傷害或損壞的情況取決于人員或物體受輻射熱影響的大小[3]。不同熱輻射強度造成損失的情況取值國家安監(jiān)總局《安全評價(第三版）》[4]。

不同熱輻射強度對應的死傷情況不同，距火源熱輻射強度37.5kw/m2所在的位置為死亡半徑，熱輻射強度25.0kw/m2所在的位置為重傷半徑，熱輻射強度12.5kw/m2所在的位置為輕傷半徑。

2.2.1 預測模式

預測模式采選熱輻射通量、熱輻射強度、蒸氣云團爆炸的沖擊波影響半徑模式[5]。

2.2.2 噴射火和蒸氣云爆炸事故預測結(jié)果

2.2.2.1 噴射火熱輻射結(jié)果。輸氣管道天然氣泄漏速率是隨時間增加和管內(nèi)壓力下降而逐漸減小的，本文針對泄漏開始10min內(nèi)的平均泄漏速率進行模擬計算。根據(jù)最大可信事故為發(fā)生全管徑泄漏時的火災事故，采用熱輻射強度公式，計算全管徑泄漏點發(fā)生火災形成噴射火的熱輻射影響距離。根據(jù)計算結(jié)果，當發(fā)生噴射火的風險時，距離著火點中心的死亡半徑、重傷半徑和輕傷半徑分別是116.2m、141.2m、197.0m。

2.2.2.2 最大泄漏量下蒸氣云爆炸結(jié)果?？紤]此段管道某處完全破裂，發(fā)生整個管道泄漏，系統(tǒng)緊急自動關(guān)閉，天然氣泄漏量為管道內(nèi)在線量，考慮泄點與分輸站放空閥的距離關(guān)系，當事故發(fā)生在分輸站附近時間將出現(xiàn)最大的泄漏，相當于管內(nèi)在線量的50%。兩個相鄰緊急關(guān)停閥門間管段的全部在線天然氣為最大可能泄流量。假設(shè)最大可能泄漏量時發(fā)生蒸氣云爆炸，以兩個相鄰緊急關(guān)停閥門最大間距19.59km計算，其形成的沖擊波對環(huán)境造成的事故影響死亡半徑、重傷半徑和輕傷半徑分別是319m、678m、1216m。

根據(jù)預測結(jié)果，蒸氣云爆炸重傷影響范圍、窒息濃度范圍綜合比噴射火熱輻射的危害要大很多。當此類型事故發(fā)生時，應充分考慮蒸氣云沖擊波的影響，以其重傷半徑做為安全疏散距離，對距離點火處兩側(cè)至少500m范圍內(nèi)的居民進行疏散，以確保人身安全。

3 事故防范對策

3.1 技術(shù)性防范措施

3.1.1 優(yōu)化管線走向，盡量遠離居民區(qū)較集中的地區(qū)。

3.1.2 根據(jù)地區(qū)等級劃分，提高管道設(shè)計等級。

3.1.3 加強管道防腐，采用有針對性的防腐措施。

3.1.4 設(shè)置緊急關(guān)斷系統(tǒng)和天然氣管道警示標志。

3.1.5 采用自動控制系統(tǒng)，減小在事故狀態(tài)下的放空量。

3.1.6 配備在線報警系統(tǒng)，一旦發(fā)生事故泄漏能在最快時間做出響應。

3.2日常管理防范措施

3.2.1 管線路由報當?shù)匾?guī)劃部門備案，減少和避免新項目對管線安全運營的影響。

3.2.2 制定管道巡查制度，加強沿線巡查頻次。

3.2.3 宣傳普及天然氣管道安全知識，提高群眾安全意識。

3.2.4 設(shè)置環(huán)境風險突發(fā)事故應急預案，預先制定應急對策，加強重大事故的處理能力。

[1]危險化學品安全技術(shù)全書.化學工業(yè)出版社,2008.

[2]環(huán)境風險評價實用技術(shù)、方法和案例.中國環(huán)境科學出版社(胡二邦主編）,2009.

[3]孫永慶,鐘群鵬,張崢.城市燃氣管道風險評估中失效后果的計算[J].天然氣工業(yè)，2006，26(1）：120-122.

[4]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.安全評價:第三版[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2005.

[5]建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則(HJ/T169-2004）.