文/邵奇

近年來，我國油氣輸送管道發(fā)展十分迅速，在能源安全保供方面發(fā)揮了積極作用。尤其是國家管網(wǎng)集團(tuán)的成立，加快了我國油氣管網(wǎng)的改革進(jìn)程，隨著長輸管道建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，管道的運(yùn)行風(fēng)險也受到更多學(xué)者的關(guān)注。山區(qū)油氣管道的建設(shè)與運(yùn)行面臨著地理環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件變化劇烈等風(fēng)險，給管道安全平穩(wěn)高效運(yùn)行帶來了極大困難和挑戰(zhàn)。

0.引言

我國是一個多山國家，大部分長距離油氣管道途經(jīng)山區(qū)。相比于平原管道，山區(qū)管道的建設(shè)與運(yùn)行面臨著地理環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件變化劇烈等風(fēng)險，給長輸油氣管道從設(shè)計施工到管線試壓、投產(chǎn)運(yùn)行等各階段都帶來了極大的困難和不便。保證地形起伏大、落差大的山區(qū)油氣管道工程設(shè)計建設(shè)質(zhì)量和安全高效平穩(wěn)運(yùn)行，是當(dāng)前長距離輸送管道領(lǐng)域需要解決的迫切問題。

1.山區(qū)管道難點(diǎn)

山區(qū)管道通常是指建設(shè)運(yùn)行在山區(qū)、丘陵、崎嶇高原等復(fù)雜地形環(huán)境下的管道，特點(diǎn)為管道途經(jīng)高山深谷多，穿跨越河流多，連續(xù)落差大。由于山區(qū)地勢陡峭、水力參數(shù)變化很大、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險較高。因此，在山區(qū)油氣管道勘察設(shè)計、施工過程、投產(chǎn)運(yùn)行、應(yīng)急響應(yīng)等各環(huán)節(jié)中均存在較大難度，面臨著路由選址困難、鋼管運(yùn)輸受阻、調(diào)度難度較高、搶修空間受限等諸多問題和挑戰(zhàn)。

1.1 勘察設(shè)計。我國長輸管道在進(jìn)行管線路由選擇時往往不可避免地需要穿越多山地區(qū)，途經(jīng)起伏劇烈的地形，伴隨高差的變化，管道沿線經(jīng)過類型多樣且復(fù)雜的地質(zhì)地貌。特別是分布在我國西南省份的長輸油氣管道大多經(jīng)過V字形落差大的山區(qū)，山體滑坡、地面塌陷、泥石流、水土流失、崩塌水毀、地震活動等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)，且具有一定的隱蔽性。工程設(shè)計人員前期需要詳細(xì)了解地理氣象和水文地質(zhì)等信息，并且經(jīng)過反復(fù)勘察，多次對路由進(jìn)行比選論證，形成勘察和設(shè)計報告，在此基礎(chǔ)上不斷修改完善，這無形中給油氣管道的勘察設(shè)計增加了難度和風(fēng)險。

1.2 施工過程[1]。山區(qū)地形地貌復(fù)雜、氣候多變、環(huán)境惡劣，普通施工設(shè)備在使用過程中受地形限制較大，對環(huán)境要求相對較高；若外部條件不滿足，施工設(shè)備將無法高效運(yùn)轉(zhuǎn)甚至發(fā)生損壞。此外，山區(qū)管道施工區(qū)域狹窄作業(yè)空間受限，不具備大規(guī)模使用機(jī)械化、自動化設(shè)備的條件，嚴(yán)重影響工作效率。鋪設(shè)在山區(qū)的管道對管材等級的要求高、管壁相對較厚，因而單根鋼管重量大，對施工技術(shù)要求高、輔助工程量大導(dǎo)致建設(shè)難度大、投資成本高。加之地形條件苛刻、縱向坡度大，給鋼管運(yùn)輸、布管、下溝、焊接等施工環(huán)節(jié)都帶來很多不便。

1.3 投產(chǎn)運(yùn)行[2-3]。管線在組對焊接完成后應(yīng)進(jìn)行無損探傷檢測，在投產(chǎn)運(yùn)行前應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗，須嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。山區(qū)管道當(dāng)以水作為介質(zhì)進(jìn)行試壓時，因其地形起伏高差大，加之存在靜壓差，試壓分段相對瑣碎。對于長距離輸油管道，輸量的變化導(dǎo)致出現(xiàn)翻越點(diǎn)，高點(diǎn)后的管段可能不滿管，剩余的能量需要通過增大局部流速來消耗。地形起伏的大落差管道其運(yùn)行控制的難點(diǎn)之一，是保證管道沿線的所有高點(diǎn)在各種運(yùn)行工況下都處于滿管狀態(tài)，即使發(fā)生嚴(yán)重水擊事故后管道依然不被拉空，這對液體管道調(diào)度的控制水平的要求極高。對于長距離輸氣管道，大落差帶來的影響相對較小，主要風(fēng)險存在于管道清管過程中。受管道積液量和地形落差的影響，沿縱坡敷設(shè)的山區(qū)天然氣管道在進(jìn)行清管時，清管器的運(yùn)行速度較快，在管道內(nèi)會發(fā)生較大的波動；在彎頭處清管器與管道碰撞時會形成沖擊載荷，對輸氣管道的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

1.4 應(yīng)急響應(yīng)。受地形地貌限制山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，地面塌陷、雨水沖刷等因素造成管道覆土流失管道本體裸露懸空，特別是汛期來臨時極易引發(fā)山體滑坡、崩塌、泥石流、水毀等使管道受到外力作用而發(fā)生防腐層破壞、管體變形甚至被拉斷。此外，山區(qū)管道由于長年運(yùn)行管道本體可能因內(nèi)外腐蝕發(fā)生減薄失效、周圍突發(fā)第三方施工或不法分子打孔盜油破壞、調(diào)控人員對山區(qū)管道運(yùn)行控制經(jīng)驗不足工藝操作不當(dāng)使得輸油管道發(fā)生嚴(yán)重水擊而壓力未及時得到有效泄放則可能導(dǎo)致爆管。管道一旦斷裂管內(nèi)油品發(fā)生泄漏極易引發(fā)火災(zāi)爆炸等事故，將嚴(yán)重污染周圍土壤和地下水體，對管道沿線群眾生命財產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境等都構(gòu)成了極大的隱患。加之搶險機(jī)具通常較多較重，而山區(qū)道路狹窄崎嶇，這無形中也增加了車輛運(yùn)輸設(shè)備的難度，延長了應(yīng)急響應(yīng)時間。因此，提升長輸油氣管道重大突發(fā)事件的應(yīng)急處置水平和搶險人員的應(yīng)急處置經(jīng)驗變得十分重要[4]。

通過以上對山區(qū)管道建設(shè)運(yùn)行存在難點(diǎn)的總結(jié)，可以看出與平原管道相比，在管道順利投產(chǎn)后影響山區(qū)管道運(yùn)行管理最大的風(fēng)險是地質(zhì)災(zāi)害，所以要加大對地災(zāi)風(fēng)險的管控。

2.山區(qū)管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防治技術(shù)

在管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方面，學(xué)者們[5-7]基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建了管道地災(zāi)風(fēng)險評價模型，對地災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行分級評價；引入了云理論，建立了油氣管道滑坡風(fēng)險的綜合評價模型；采用數(shù)值模擬方法在管道發(fā)生滑坡時其力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行研究；嘗試構(gòu)建空天地一體的地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警體系，并實地驗證該套體系的應(yīng)用效果，其重要意義在于指導(dǎo)管道的日常管理和風(fēng)險防控。目前，國家管網(wǎng)集團(tuán)在管道沿線地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查識別、監(jiān)測預(yù)警等技術(shù)應(yīng)用方面仍處于不斷的探索階段，依據(jù)《油氣管道地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 40702-2021）對管道全線進(jìn)行全面勘察，將識別出的風(fēng)險進(jìn)行科學(xué)分級分類，對于不同級別的風(fēng)險點(diǎn)利用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行全天候監(jiān)測，對于高風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行永久性的工程治理。

3.結(jié)束語

我國長距離輸送油氣管網(wǎng)規(guī)模較大、分布甚廣、沿線自然環(huán)境復(fù)雜、社會環(huán)境多變，造成諸多環(huán)境敏感點(diǎn)。特別是以壓力高、落差大為主要特點(diǎn)的山區(qū)油氣管道，管道內(nèi)為易燃易爆且具有一定的污染性的介質(zhì)，若發(fā)生管道斷裂導(dǎo)致油氣泄漏，遇到明火后果極為嚴(yán)重，甚至可能對生態(tài)環(huán)境和沿線居民造成難以挽回的損失。建議今后加大對山區(qū)油氣管道內(nèi)在規(guī)律的研究力度，包括山區(qū)管道的特征機(jī)理、全生命周期內(nèi)面臨的風(fēng)險以及對現(xiàn)行油氣管道設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充完善。同時，將前沿科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到山區(qū)油氣管道的運(yùn)行與管理是大勢所趨，如大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、人工智能等技術(shù)手段，應(yīng)用知識圖譜重構(gòu)山區(qū)管道知識體系，特別是數(shù)字孿生體的建設(shè)，加快推進(jìn)油氣管道可視化、數(shù)字化、智能化、智慧化，不斷探索適合山區(qū)油氣管道建設(shè)新模式，為智慧管網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)行提供可靠的決策依據(jù)。