天然气长输管道事故影响范围简述

王宝泉

山东中油天然气有限公司

天然气长输管道事故影响范围简述

王宝泉

山东中油天然气有限公司

随着社会经济的不断发展，人们的生活水平日益提升，油气的使用在生活中也越来越广泛。天然气的运送对于管道的要求较高，铺设、维护好长输管道对于天然气的运送具有重要意义。一旦运输管道出现问题，将会严重影响人们的生活、安全，给社会经济带来损失。目前国内天然气管道事故影响范围大多照搬国外研究结果，并且不能区分事故影响程度，针对这一情况，提出考虑人员伤亡程度和人员有无遮挡的事故影响范围研究方法。文章就此进行分析。

天然气长输管道；事故；影响范围

1.天然气长输管道运行的事故风险

1.1 管道的设计和建造

对于天然气的安全运输来说，需要质量合格的管道来支撑，若是管道的设计或者建设没有达到相应的要求，那么就会发生管道泄露事故，许多天然气安全事故都是由于管道出现问题而引发的。材料是管道设计中的一个重要因素，由于天然气管道需要穿过诸多不同地质的区域，所以往往需要根据在不同地区的管道铺设而选取相应材料的管道；在设计时也要对管道所铺设的区域进行施工环境、地质环境的勘探，从而在管道的参数设计上如壁厚、管径进行合理的配制，使管道能够适应当地的环境[1]。而在管道的建造中，焊接也是一项非常重要的工作，它对保证管道的密封性和运输能力有着重要作用，而实际建造中由于有些工人焊接工作方面的缺失使管道存在隐患，在投入运行后不久就出现问题。在长输管道的设计和建造中出现的问题，大多数都是由于设计和建造人员工作不细致造成的，没有对设计和建造环境有足够的了解，从而导致管道存在诸多缺陷，极大地增加了发生事故的几率，影响着管道运输的安全性。

1.2 管道腐蚀

除了因为管道设计和建造上的失误外，管道的腐蚀也是导致事故的原因之一。在管道的腐蚀中，存在着好几类腐蚀情况，有时输气管道会受到其他输电等线路的影响而发生电流腐蚀，有时会因为所处地质的电解质问题而导致电化学腐蚀的发生，有时则是因为地下各种杂质的存在对管道内外进行化学腐蚀，不管是哪种腐蚀，都是在潜移默化中进行，日积月累地入侵着管道，直到某天管道被腐蚀穿孔发生事故。

1.3 工艺场站的风险

虽然天然气使用管道进行运输，但并不意味着管道要一直铺设到使用终端，在路上还要有一些中间场站要对天然气进行压缩，来保障天然气的运输。而这些场站也存在许多问题，其中设备是主要问题，为了实现对于天然气的精准压缩和运输，场站的各种控制仪表和压缩机组都要保证每天的维修和及时检查，换下受损的零件，场站的许多设备都不容许丝毫差池，否则便会出现意外事故；而人员问题也是风险因素之一，主要是对操作人员的专业素质和责任态度有所要求，有些人员的操作态度不认真，常常引发一连串的安全事故。

2.事故模拟

2.1 参数设置

2.1.1 管道参数。从最坏事故角度出发，选择国内即将铺设的最大天然气长输管道作为研究对象，管道直径为1429mm，壁厚27.5mm，管道压力12MPa，管道在距离起点1km处发生断裂。由于管道断裂泄漏后，工作人员会及时关闭管道截断阀，所以选择截断阀之间的距离为泄漏管道的长度。根据《输气管道工程设计规范》一级地区截断阀的间距设置不宜大于32km，二级、三级、四级地区分别不宜大于24、16、8km，所以选择最远距离将泄漏管道长度设置为32km[2]。

2.1.2 环境参数设置。最不利的气象条件，风速为5m/s，大气相对湿度0.95，大气稳定度设为不稳定B级，大气温度298K，大气压力101325Pa。

事故发生在三维空间，喷射火热辐射与爆炸冲击波超压在竖直方向变化，最大值不在地面，正常情况下人的身高不超过2m。根据高斯修正模型的计算，修正前气体浓度为修正后气体的3倍。此处近似的选择高度为6m的水平面研究热辐射、冲击波超压影响情况，这样将热辐射和冲击波超压的影响范围简化为高度为6m的二维平面。

2.2 模拟结果

2.2.1 泄漏扩散。气体泄漏后，气体浓度随着时间与距离的变化而变化，此动态过程需要浓度与距离的关系，所以仅给出浓度与距离关系图，对浓度与时间关系的不做描述[3]。PHAST软件模拟过程取18.75s时发生火灾爆炸，即模拟过程泄漏时间为18.75s。此处给出18.75s时，扩散气体中心线浓度与下风向的距离曲线如图1所示；扩散气体的俯视图如图2所示。

区域1—气体浓度百分比为21.84%～100%；区域2—气体浓度百分比为10.92%～21.84%；区域3—气体浓度百分比为4v39%～10.92%；区域4—气体浓度百分比为2.18%～4.39%。

2.2.2 爆炸

通过模拟发现管道泄漏后气团没有达到爆炸极限，不会立即发生爆炸，泄漏气体随着时间与距离的增加浓度降低。由于爆炸极限为5%～15%范围，气体泄漏会迅速与空气混合，并且浓度越低爆炸点距离泄漏点越远，影响范围与人口活动范围交叉越多，所以选择气体爆炸时浓度为5%，爆炸点为泄漏点下风向距离37m处。

3.事故防范措施

3.1 加强管理

主要是针对天然气的始发站和各个中间站而言，必须要加强这些站点的输气管理。而在加强管理的措施中，又以建立完善管理制度为主要目标，对输气管理的建设、设计、设备操作等都要有明确的工艺标准和指标指导，同时要建立责任制，将责任落实到个人，保证输气的安全性。在管理方面还可以运用信息技术建立信息管理平台，对运输管道进行实时监控，如在管道发生泄露时发出警报，就能够第一时间寻找解决措施。

图1 扩散气体中心线浓度与下风向的距离曲线

图2 扩散气体中心线浓度

3.2 提高对长输天然气管道风险的预测能力

长输天然气管道的常见事故主要有燃气泄漏、火灾爆炸等，为了提高对长输天然气管道风险的预测能力，就要对管道进行可靠性分析研究、进行定量风险评价，其主要分为明确评价的对象及范围并对其做充分的了解，根据项目周边情况对其危险、有害因素进行辨识分析，选择确定正确、科学的风险评价方法，提出消除、减弱危险的建议并得出结论这几个主要步骤。定量风险评价可以分析影响管道失效的原因，制定恰当安全的维修计划，以减少损害。半定量分析则是根据事故损失后果和发生概率，通过计算形成一个相对的风险指标。而定量风险分析与评价是最权威、准确的风险评价法，其对于提高对长输天然气管道风险的预测能力具有重大作用。

3.3 加强管道巡护

管道巡护的主要方式是人工巡护，这是我国目前主要采用的方式，这种方式需要大量的人力。还有直升机巡护，这种巡护成本较高还需要受到空中管制的限制。另外一种是小型无人机巡视，它可以携带红外及三维高速激光扫描仪，实现对管道所处环境的图像采集，及时发现管道周围环境的变化，是未来发展的一个方向。第三种是采用技术手段如安装探头或利用管道同时敷设的光纤实时探测管道周围环境的变化，实时监控管道，这也是发展的一个重要方向[4]。

3.4 定期检测检验

管道泄漏的产生是各种因素综合作用的结果，对管道进行定期检测检验是预防泄漏事故的最主要的技术手段，以下为几种技术含量高、常用的检测技术和方法。

管道内检测。管道内检测主要有管道漏磁内检测和管道超声波内检测。漏磁内检测技术是目前应用最为广泛的一种检测技术，漏磁检测本身带有永磁铁将管道的管壁磁化到饱和的程度，管壁无缺陷时，这个饱和磁场没有变化，当管壁出现腐蚀等缺陷时，这个饱和磁场就会有漏磁通，通过检测器的磁敏探头可以检测并记录这些磁场变化，后期数据分析处理就可以实现对管道情况的探查。

管道外检测主要是管道外防腐层破损检测和管道应力检测。外防腐层检测主要的是用PCM+技术，这项技术已非常成熟，检测费用低，已经在国内广泛应用。管道应力检测也叫磁层析技术，是一种最近发展起来的新型检测技术，主要原理是利用缺陷管道存在应力集中，改变了地磁场，通过探测这种地磁场的变化，来发现存在应力集中的管段即存在问题的管段。

3.5 在线监测

管道泄漏在线监测技术主要有负压波和分布式光纤管道泄漏检测系统。负压波法的产生原理如下：管道发生泄漏时，泄漏处的瞬时压力降低，该压降以声速向泄漏处的上下游传播，以泄漏前的压力为参照标准，泄漏时产生的压降波为负压波。分布式光纤管道泄漏监测系统是一种新型的泄漏监测技术，主要原理是当天然气长输管道发生泄漏时，与管道一同敷设的分布式光纤系统会迅速发现管道泄漏引起的温度变化，通过定位温度变化处管道的泄漏，实现管道泄漏的在线监测[5]。

3.6 提高长输管道的设计质量

依据《输气管道工程设计导则》第5.3.2条规定：a.输气管道宜采用螺旋埋弧焊钢管或直缝埋弧焊钢管，选型原则包括：(1)线路一、二级地区宜采用螺旋缝埋弧焊钢管；(2)线路三级地区可采用螺旋缝埋弧焊钢管或直缝埋弧焊钢管；(3)线路四级地区宜采用直缝埋弧焊钢管；(4)一、二级公路，高速公路、铁路穿越宜采用直缝埋弧焊钢管，并设套管；(5)大型穿跨越等特殊地段宜采用直缝埋弧焊钢管；(6)线路热煨弯管宜采用直缝埋弧焊钢管。b.钢材等级选择原则：管径＜Φ508mm，设计压力≤6.3MPa是，宜采用L360及以下钢级的碳素镇静钢；管径Φ508～Φ813mm，设计压力≤8MPa时，宜采用L415及以上钢级的低碳微合金控扎钢；管径＞Φ813mm，设计压力≤10MPa时，宜采用L450及以上钢级的低碳微合金控扎钢。c.管线钢管的质量水平宜选择达到GB/T9711中的PSL2级或API5L的质量水平。

结束语

天然气为易燃或易爆物质，其火灾危险为甲类火灾危险等级。它的安全运行不仅可以保护人们的人身财产安全，维系社会的稳定，还可以为企业带来巨大的经济效益。因此，加强对事故影响范围的分析，并改善天然气运输管道自身的质量、提高对其风险预估能力、加强对其的管理监督力度等手段以保障对长输天然气运行安全的管理，势在必行。

[1]张乔.石油天然气长输管道泄漏检测及定位探讨[J].价值工程，2015，03：75-76.

[2]文海任.长输油气管道油品泄漏事故危害分析[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2015，05：252-253.

[3]刘鹏，李保吉，郑旭洋.长输管道泄漏环境敏感性分析技术的研究与应用[J].石化技术，2015，04：97-98.

[4]孙昭洋.天然气长输管道泄漏工况分析[J].当代化工，2015，10：2457-2459.

[5]王会粉.长输管道CO_2小孔泄漏特性的理论研究[D].北京工业大学，2015.