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、維護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，將會嚴重影響人們的生活、安全，給社會經(jīng)濟帶來損失。目前國內天然氣管道事故影響范圍大多照搬國外研究結果，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險

1.1 管道的設計和建造

對于天然氣的安全運輸來說，需要質量合格的管道來支撐，若是管道的設計或者建設沒有達到相應的要求，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的區(qū)域，所以往往需要根據(jù)在不同地區(qū)的管道鋪設而選取相應材料的管道；在設計時也要對管道所鋪設的區(qū)域進行施工環(huán)境、地質環(huán)境的勘探，從而在管道的參數(shù)設計上如壁厚、管徑進行合理的配制，使管道能夠適應當?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。在長輸管道的設計和建造中出現(xiàn)的問題，大多數(shù)都是由于設計和建造人員工作不細致造成的，沒有對設計和建造環(huán)境有足夠的了解，從而導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

除了因為管道設計和建造上的失誤外，管道的腐蝕也是導致事故的原因之一。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的電解質問題而導致電化學腐蝕的發(fā)生，有時則是因為地下各種雜質的存在對管道內外進行化學腐蝕，不管是哪種腐蝕，都是在潛移默化中進行，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 工藝場站的風險

雖然天然氣使用管道進行運輸，但并不意味著管道要一直鋪設到使用終端，在路上還要有一些中間場站要對天然氣進行壓縮，來保障天然氣的運輸。而這些場站也存在許多問題，其中設備是主要問題，為了實現(xiàn)對于天然氣的精準壓縮和運輸，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；而人員問題也是風險因素之一，主要是對操作人員的專業(yè)素質和責任態(tài)度有所要求，有些人員的操作態(tài)度不認真，常常引發(fā)一連串的安全事故。

2.事故模擬

2.1 參數(shù)設置

2.1.1 管道參數(shù)。從最壞事故角度出發(fā)，選擇國內即將鋪設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)《輸氣管道工程設計規(guī)范》一級地區(qū)截斷閥的間距設置不宜大于32km，二級、三級、四級地區(qū)分別不宜大于24、16、8km，所以選擇最遠距離將泄漏管道長度設置為32km[2]。

2.1.2 環(huán)境參數(shù)設置。最不利的氣象條件，風速為5m/s，大氣相對濕度0.95，大氣穩(wěn)定度設為不穩(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 模擬結果

2.2.1 泄漏擴散。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系，所以僅給出濃度與距離關系圖，對濃度與時間關系的不做描述[3]。PHAST軟件模擬過程取18.75s時發(fā)生火災爆炸，即模擬過程泄漏時間為18.75s。此處給出18.75s時，擴散氣體中心線濃度與下風向的距離曲線如圖1所示；擴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)管道泄漏后氣團沒有達到爆炸極限，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，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，對輸氣管理的建設、設計、設備操作等都要有明確的工藝標準和指標指導，同時要建立責任制，將責任落實到個人，保證輸氣的安全性。在管理方面還可以運用信息技術建立信息管理平臺，對運輸管道進行實時監(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 擴散氣體中心線濃度與下風向的距離曲線

圖2 擴散氣體中心線濃度

3.2 提高對長輸天然氣管道風險的預測能力

長輸天然氣管道的常見事故主要有燃氣泄漏、火災爆炸等，為了提高對長輸天然氣管道風險的預測能力，就要對管道進行可靠性分析研究、進行定量風險評價，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、有害因素進行辨識分析，選擇確定正確、科學的風險評價方法，提出消除、減弱危險的建議并得出結論這幾個主要步驟。定量風險評價可以分析影響管道失效的原因，制定恰當安全的維修計劃，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險指標。而定量風險分析與評價是最權威、準確的風險評價法，其對于提高對長輸天然氣管道風險的預測能力具有重大作用。

3.3 加強管道巡護

管道巡護的主要方式是人工巡護，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，這種巡護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。第三種是采用技術手段如安裝探頭或利用管道同時敷設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果，對管道進行定期檢測檢驗是預防泄漏事故的最主要的技術手段，以下為幾種技術含量高、常用的檢測技術和方法。

管道內檢測。管道內檢測主要有管道漏磁內檢測和管道超聲波內檢測。漏磁內檢測技術是目前應用最為廣泛的一種檢測技術，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力檢測。外防腐層檢測主要的是用PCM+技術，這項技術已非常成熟，檢測費用低，已經(jīng)在國內廣泛應用。管道應力檢測也叫磁層析技術，是一種最近發(fā)展起來的新型檢測技術，主要原理是利用缺陷管道存在應力集中，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)測技術主要有負壓波和分布式光纖管道泄漏檢測系統(tǒng)。負壓波法的產(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準，泄漏時產(chǎn)生的壓降波為負壓波。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，主要原理是當天然氣長輸管道發(fā)生泄漏時，與管道一同敷設的分布式光纖系統(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 提高長輸管道的設計質量

依據(jù)《輸氣管道工程設計導則》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.管線鋼管的質量水平宜選擇達到GB/T9711中的PSL2級或API5L的質量水平。

結束語

天然氣為易燃或易爆物質，其火災危險為甲類火災危險等級。它的安全運行不僅可以保護人們的人身財產(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量、提高對其風險預估能力、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)境敏感性分析技術的研究與應用[J].石化技術，2015，04：97-98.

[4]孫昭洋.天然氣長輸管道泄漏工況分析[J].當代化工，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，2015.