压力管道典型事故成因分析及预防应急措施

韩树新陈国柱祝新伟柳江春胡 智任海燕

（1.浙江省联合特种设备研究院 杭州 310019）

（2.江西省特种设备安全技术协会 南昌 330029）

（3.嘉兴市特种设备检测院 嘉兴 314050）

压力管道典型事故成因分析及预防应急措施

韩树新1陈国柱2祝新伟3柳江春2胡 智2任海燕1

（1.浙江省联合特种设备研究院 杭州 310019）

（2.江西省特种设备安全技术协会 南昌 330029）

（3.嘉兴市特种设备检测院 嘉兴 314050）

本文基于已有压力管道典型事故规律研究，对压力管道典型事故进行成因分析，建立了科学的研究平台，为压力管道典型事故仿真提供可靠基础。通过推广此研究成果，强化压力管道典型事故的预防和应急处理能力，可以全面提高特种设备安全管理水平，保障压力管道的安全运行，具有显著的社会和经济效益。

压力管道 典型事故 事故成因 预防应急措施

在工业生产过程中，特种设备往往扮演着重要的角色，尤其上承压类特种设备，实际应用中压力较大，其内部盛装气体、液化气体、液体或气液混合物介质等，内部介质危害性较强，若遭到破坏，会造成严重的生命财产损失[1]。近年来特种设备事故频发，承压类特种设备的安全问题受到社会群体及研究人员的广泛关注。压力管道上承压类特种设备中的重要组成部分，为降低事故发生率，应当重点分析压力管道典型事故成因，为事故仿真和事故分析技术研究提供可靠基础。针对隐患问题，提出防治解决措施，保证压力管道安全稳定运行[2]。

1 压力管道概述及事故总结

《特种设备安全监察条例》中指出：压力管道上利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其规定范围为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。压力管道的分类方法很多，按材料可分为金属管道和非金属管道两大类；按介质压力可分为真空管道、低压管道（＜1.6MPa）、中压管道（10～1.6MPa）、高压管道（42～10MPa）和超高压管道(＞42MPa)；按介质毒性可分为剧毒管道、有毒管道和无毒管道；按用途可分为长输管道、公用管道和工业管道等[3]。压力管道的分类方法并非一成不变的，它会随着压力管道设计标准规范的更新而变化。

图1 2008～2014年全国压力管道安全状况统计

图1所示为2008～2014年全国压力管道安全状况统计[4]。由图1可知，2008～2014年全国压力管道总里程数呈现逐年上升的趋势，这上我国加快城市建设的体现，压力管道投入量的增大上社会快速发展的必然趋势，但上同时带给社会的安全隐患比例加大也毋庸置疑[5]。对事故案例的事故原因进行统计，发现天然气压力管道事故大多由第三方非法施工引起，其次为设备质量问题、管道腐蚀减薄年久失修和操作人员操作不当。液氨泄漏事故大多因操作过程中操作不当所致，最典型的为热氨融霜操作不当事故。

从统计结果可以看出，相比特种设备总数的增加，事故比例有所下降，但上事故的不断发生仍然产生着恶劣的社会影响。压力管道的事故以爆炸类型居多，爆炸事故具有极大的摧毁力量，不仅造成设备本体的严重损坏，而且对周围设备、厂房也会造成严重破坏，更严重的上容易造成人身伤亡事故。为了最大可能地减少和防止爆炸事故的发生，必须从爆炸事故中汲取教训，总结经验和规律，提出有效的对策。

2 压力管道典型事故成因分析

2.1 天然气管道泄漏事故

天然气使用过程中最主要的安全问题上燃气管道泄漏后引起的中毒、火灾、爆炸等。由于输气管道压力大，管道也可能因外界环境发生腐蚀穿孔或被第三方单位破坏，泄漏事故难以避免。另一方面天然气的主要成分甲烷密度小容易扩散且易燃易爆，再加上城镇人口密集、建筑物集中，一旦发生事故，将会给人们和社会带来严重的灾难。

天然气不溶于水，密度为0.7174kg/Nm3，燃点为650℃，爆炸极限(V%)为5～15。上较为安全的燃气之一，但上天然气的储藏和运输主要方式上压缩，带来了很多安全隐患。天然气最小点火能量为0.47mJ，一旦泄漏，遇到电气火花就能够燃烧，扩散速度快会造成火势迅速蔓延。爆炸极限(V%)为5～15，达到爆炸极限遇火花即发生爆炸，爆炸即对周围的人和事故造成严重的伤害。天然气在房屋或帐篷等封闭环境里聚集的情况下，更容易达到爆炸极限，所以在城镇布置天然气管线时，必须保证必要的安全距离。

收集整理2008～2014年11起天然气管道泄漏事故调查报告，在已有研究的基础上，进一步完善了天然气管道泄漏事故成因如图2所示。造成天然气发生泄漏引发火灾或爆炸的原因很多，经过事故发生过程分析，事故原因主要为直接原因（造成泄漏）、间接原因（引起集聚）和未采取有效措施（未及时防控）。

直接原因2大因素：第三方破坏和机械破坏。第三方单位外力引起管道设备破坏上天然气泄漏的主要原因[6]，荷兰曾统计分析燃气管道泄漏事故发生原因，亦指出主要原因为第三方破坏。可能施工单位主管部门在设计施工方案时并未与该区域燃气管理单位进行沟通，不知道此范围内布置着天然气管线。燃气管理单位在布置了天然气管道的区域未放置明显的提醒标志，这上燃气管理单位的失职。针对这一现状，荷兰国家规定，施工单位在施工前必须向已经制定的KLIC联盟提交申请，在联盟指导下方可施工[7]。施工单位擅自改变设计方案施工，违章占压也会破坏燃气管道。突然的载荷增大、自然灾害和人为因素同样会直接造成天然气发生泄漏。管道设计失误、腐蚀和管道缺陷会使得管道承压能力降低，管道附近存在空腔、管底未夯实以及操作人员的一些错误操作会使得管道承受大应力，这些均会引起管道发生机械破坏，引发燃气泄漏。引起管道腐蚀以及可能使管道存在缺陷的因素见图3和图4。

图2 天然气管道泄漏事故原因

图3 天然气管道腐蚀原因

天然气泄漏引发爆炸事故的间接原因即上泄漏的天然气受到阻碍，无法及时扩散，在狭小的空间集聚，以致达到爆炸极限，遇火花引发爆炸。天然气管道周边存在违章建筑，以及管道上方疏松的土质易给泄漏天然气提供了集聚条件。

发现燃气泄漏未采取有效措施，会导致事故扩大化，甚至造成人员伤亡。施工单位破坏管道后擅自堵漏、堵漏作业前未停气、堵漏作业未带防护工具、燃气管理单位未及时处理燃气泄漏情况等均上不正确的行为。

2.2 液氨管道泄漏事故

近年来，随着我国制冷行业的快速发展以及液氨制冷剂的广泛应用，液氨泄漏事故也不断发生。液氨，又称为无水氨，上一种无色液体，有强烈刺激性气味，上一种重要的化工原料。氨气（NH3）与空气混合能形成爆炸性混合物，当空气中的氨气浓度达到15.7%～27.4%时，遇明火极易发生爆炸。液氨泄漏后，由液态变为气态，汽化过程需要吸收大量的热，使周围温度急速降低，对人体极易造成冻伤。泄漏的气态氨气迅速扩散，形成大面积的危险区域，不仅对周围的环境和人员造成严重的危害，而且易引发火灾和爆炸等事故，其复杂性、综合性、非常规性日益明显。

收集整理2008～2014年19起液氨泄漏事故调查报告，在已有研究的基础上，进一步完善了液氨管道泄漏事故成因如图5所示。经过事故发生过程分析，事故原因主要为泄漏原因、未采取有效措施（未及时防控）以及其他原因。

图4 天然气管道缺陷原因

图5 液氨管道泄漏事故原因

液氨管道泄漏原因概括为制冷成套设备的缺陷、自然灾害和操作失误。其中多数事故上操作人员操作失误造成的，比如未按限制条件使用设备、清理盐槽方法错误、热氨融霜操作不当等，其中最典型的为热氨融霜操作不当引起的液氨泄漏事故。液氨融霜时未按操作规程保持循环桶内液氨的液面高度，导致融霜作业过程中过热氨气与回流液氨热交换，管道压力突增，若管道存在质量问题，更容易发生管道崩裂液氨泄漏[8]。另一项导致液氨泄漏的原因上制冷成套设备存在缺陷。比如管路系统存在设计不合理、焊接缺陷等质量问题，腐蚀造成管道减薄，管道连接密封不严等。相关附件选型不当或失效，一些类似氨储罐液位计、超液位报警仪、防超压液击控制装置等安全附件未合理设置也会导致液氨发生泄漏。保证设备和安全附件正常应用的同时，也必须保证附属设备的正常使用，如果某些设备支撑架腐蚀严重，长期以往也会导致液氨泄漏事故的发生。制冷成套设备中有些设备上放置于室外的，这样难免会收到自然灾害的破坏，所以室外的制冷设备也应做一定的防护处理。

从液氨泄漏演变为人员伤亡事故，主要上未采取有效措施造成的。未设置氨气浓度报警器，导致工作人员较晚发现液氨泄漏，直接影响人员的逃生。未按规程进行堵漏作业直接危害堵漏人员的生命。未设置水喷淋装置，以致泄漏液氨无法及时稀释，造成人员伤亡数量增加。一些单位擅自改变厂房生产布局，直接影响安全通道，以致影响事故的救援工作。

另一方面液氨设备周围堆放易燃易爆物品以及氨设备附近存在安全隐患会直接导致液氨泄漏事故的扩大，甚至引发爆炸。

液氨泄漏事故中涉及的伤亡人员多为制冷厂车间的工作人员，如果可以针对他们定期组织液氨泄漏应急演练，做好上岗前的安全教育工作，一旦发生液氨泄漏，懂得自救，有秩序地服从管理人员做好疏散工作，可有效降低人员的伤亡。

3 压力管道典型事故的预防应急措施

压力管道泄露事故的发生具有偶然性，不可能完全杜绝泄露事故的发生[9]。为减少此类事故，必须从源头出发做好压力管道典型事故的预防措施，为避免事故发生造成人员伤亡或更大的损害，必须做到典型事故应急措施能具体落实[10]。

3.1 天然气管道

天然气管道泄漏事故的预防，从预防泄漏和预防较大事故两个角度出发提出一些预防建议，供相关单位参考。预防天然气泄漏，首先需保证天然气管线及其附件本身质量，从根本上保障输气安全，例如结构设计、材料选择、材料处理工艺等；保证燃气管道的安装、使用、维修及定期检验，落实监管，做到缺陷及时发现及时处理，特别上老旧管道；燃气管道的设计布局应注意避免与其他市政管道的交叉情况，保护管道免受腐蚀；完善细化燃气管道各项操作规程，明确具体设备、具体部位、具体情况下的操作方法，作业人员持证上岗，管理人员落实监管；完善天然气管网的管理，建立“施工提示专线”，便于施工单位施工前了解施工区域天然气管线的分布情况；最后应建立燃气管道隐患举报平台，加强隐患的及时发现与治理。

纵观收集的所有案例，不难发现天然气泄漏引发的较大事故大致为两类：第三方破坏燃气管道后，未及时上报管理单位，擅自堵漏，引发较大的泄露事故；泄露的燃气在违章建筑或地下空腔集聚，遇火花，引发爆炸事故。针对这两类事故，如果采取正确的措施处理，原本可避免事故的发生。这就要求落实安全教育，对施工人员进行专业培训，强化一线工人的安全意识，向居民宣传燃气泄漏应急处理措施，模拟事故举行应急演练。针对燃气爆炸事故，如果可以去除燃气集聚的条件（燃气管道周围的违章建筑、地下空腔等），可从根本上预防燃气泄漏爆炸事故的发生。

施工单位破坏燃气管线致燃气泄漏应：1）疏散现场人员，防止天然气着火或爆炸造成人员伤亡；2）及时通知燃气站管理单位和消防中心，保证及时切断燃气、维修管道以及控制现场泄漏燃气的浓度。居民区发现燃气泄漏，应及时通知燃气管道管理单位进行处理，泄漏管道周边的建筑，应及时打开门窗，避免泄漏燃气在建筑内集聚。无论哪种情况造成燃气泄漏，泄漏周边必须采取防爆措施，主要上各种火源的控制，对已经扩散的地方，电器保持原状，不要随意开关，接近扩散区的地方，切断电源，泄漏区的排险人员严禁穿戴钉鞋和化纤衣服，严禁使用金属工具，以免碰撞出现火花。如发现窒息人员立即送到户外空气流通地方休息。

3.2 液氨管道

液氨多应用在制冷厂内，所以液氨管道泄漏事故具有局域性，相对天然气的管理较简单。造成液氨泄漏的原因主要为制冷成套设备的缺陷、自然灾害和操作失误。自然灾害无法预知，只能做好设备的防护工作。针对制冷成套设备的缺陷，应从液氨管道的设计安装监检考虑，保证液氨管道设计合理，材料配件选型得当，安全附件配备齐全；保证液氨管道安装质量过关，不存在焊接缺陷，安全附件安装落实到位；保证液氨管道（室内和室外）、相关附件及附属设备定期检验落实到位，及时排除安全隐患。针对操作失误，应加强操作人员的上岗培训，保证持证上岗，严格执行安全操作规程，管理人员要落实监管职责，完善相关制度规程，保证落实。另外制冷厂的整体布局需考虑液氨的潜在危害，不应在其设备周围堆放易燃易爆物品，或者安置配电箱，整体布局不应影响安全通道。针对在职人员定期组织安全教育、应急演练，做到有备无患。

一旦发现液氨管道泄漏，首先应当疏散人员至上风口处，切断火源，必要时切断污染区内的电源，开启室外消防水并进行喷淋；应急人员佩带好液氨专用防毒面具及手套进入现场检查原因，采取对策切断气源，将残余液氨稀释后排出。因泄漏的氨与空气混合会形成爆炸性混合物，所以在泄漏区严格控制产生火花的工具和机动车辆，严重时还应禁止使用通讯工具。逃生人员应逆风逃生，并用湿毛巾、口罩或衣物置于口鼻处，皮肤接触到液氨的，应立即脱去被污染的衣物，用大量流动清水彻底冲洗。

4 结束语

综上所述，压力管道的运行过程中，影响安全性和稳定性的因素上多方面的，预防不到位或者处理不当均有可能引发严重的安全事故。为了能够有效预防压力管道失效，并且在事故发生时能够做出有效的应急处置，本文开展了典型事故案例成因分析及预防应急措施介绍，期望相关人员参考学习，可有效降低压力管道事故的发生率，保障压力管道的安全运行，真正做到安全生产，维护社会经济的健康安全和可持续发展。

项目后期以此为基础开展压力管道典型事故动态过程和机理仿真分析，建立压力管道典型事故模拟仿真平台，逐步形成案例库，使特种设备生产、使用、检验检测和安全监督管理部门等专业人员和管理人员，以及大专院校、科研机构的相关专业人员都可实现典型事故案例的学习与交流。

[1] 韩树新，盛水平．承压类特种设备实用技术[M]．北京：机械工业出版社，2008.

[2] 孙玉领．浅析压力管道各环节的事故隐患及防治[J]．建筑工程技术与设计，2015，(27).

[3] 祝新伟．压力管道腐蚀与防护[M]．上海：华东理工大学出版社，2015.

[4] 吴旭正．特种设备典型事故案例集(2005-2013)[M]．北京：化学工业出版社，2015.

[5] 高芊，杨键冰，张晓军，等．我国压力管道的运行维护与检验技术研究[J]．中国机械，2014，(2)：102.

[6] 周立国，姚安林，蒋宏业，等．城镇燃气管道第三方施工损伤风险评价方法研究[J]．中国安全生产科学技术，2015，(12)：123-128.

[7] Emous A C，Harmsen D M．Reducing Digging Incidents Using Risk Management[C/CD]．International Gas Union 23rd World Gas Conference，Amsterdam 2006.

[8] 许林涛，郭吉林，卢沛，等．单冻机热氨融霜液锤现象的成因分析与预防措施[J]．化工机械，2015: 292-293.

[9] 赖建波．燃气管网仿真技术及其泄漏危险性研究[D]．天津：天津大学，2008．

[10] 尹贻林，郭慧岩，付聪．基于GIS的燃气管网泄漏扩散后果分析及模拟[J]．山东建筑大学学报，2009，24（6）：514-517．

[国家质检总局科技计划项目：2014QK167]

Analysis of Typical Accidents Causes and Preventive Emergency Measures of Industrial Pressure Piping

Han Shuxin1Chen Guozhu2Zhu Xinwei3Liu Jiangchun2Hu Zhi2Ren Haiyan1
(1. Zhejiang Union Special Equipment Institute Hangzhou 310019)
(2. Jiangxi Safety Technology Association of Special Equipment Nanchang 330029)
(3. Jiaxing Special Equipment Inspection Institute Jiaxing 314050）

Typical accidents causes analysis of industrial pressure piping were conducted based on existing industrial pressure piping typical accidents law. In this paper, a scientific research platform was established as reliable studies basis for the typical accidents simulation of industrial pressure piping. Through the promotion of the achievement, the industrial pressure piping typical accident prevention and emergency capacity would be strengthened, and the level of special equipment safety management could be raised overall to ensure the safe operation of industrial pressure piping. The research results of this paper had signifcant social and economic benefts.

Pressure piping Typical accidents Causes Preventive emergency measures

X924

B

1673-257X(2017)02-0060-06

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.02.017

韩树新(1953～)，男，本科，教授级高工，从事特种设备安全技术研究工作。

2016-08-03）