油气管道周边区域划分与距离设定研究*

张圣柱，Y. Frank Cheng ，王如君 ，冯晓东，冯庆善 ，魏利军，多英全 ，韩玉鑫

(1.中国安全生产科学研究院，北京 100012；2.卡尔加里大学，卡尔加里 T2N 1N4； 3.中国人民共和国应急管理部，北京 100017；4.中国石油管道公司，河北 廊坊 065000)

0 引言

油气管道被称为能源运输的高速公路，是目前较为安全和经济的运输方式。但管道一旦失效可能引发火灾、爆炸等事故，对周边一定范围内的人员造成较为严重的影响，因此，对管道周边土地利用及人口的控制成为各国政府及管道管理者的管理重点之一。长输管道属于线性基础设施，大多敷设于地下，不可避免地会大量经过城市建成区和城乡规划区，该类地区施工较为频繁，管道易遭受第三方破坏。同时，受管道周边土地资源价值较高的影响，规划变动较多，会因管道周边人口密度增加等提高管道运行风险。因此，研究如何利用管道周边土地及划分保护区域、如何开展人口密集区管道管理等成为有效控制管道风险、提升管道安全的重要问题。“11·22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故，反映出我国在油气长输管道周边区域规划管理方面存在问题[1]。该管道于1986年投入运行，事故段管道建成初期周边区域人烟稀少，随着城镇化进程加快，居民区、学校、店铺等人员密集场所在管道周边相继建设，按照《油气输送管道完整性管理规范》(GB 32167-2015)[2]进行高后果区识别，该管段投入运行时不属于高后果区，发生事故时已属于Ⅲ级高后果区，这是目前国内经济发达地区油气管道周边区域规划控制普遍存在的问题；同时，该事故在发现泄漏至爆炸之间的8 h中，未及时对周边可能遭受事故影响的居民进行疏散，导致严重人员伤亡，反映出管道周边区域应急管理存在缺陷。

针对事故反映出的问题，应对陆上油气长输管道周边区域进行划分并采取相应的管控措施。北美地区开展了相关研究和实践，加拿大标准协会于2004年发布的《管道土地利用规划：地方政府、开发商和管道运营商指南 PLUS 663》[3-4]将油气管道周边划分为4个区域，从管道中心线向外依次是通行带、缓冲带、人口密度识别区和应急响应规划区，并对4个区域内相关方的权利和义务作出规定；美国管道和信息规划联合会于2010年发布了《基于风险告知的土地利用规划以提升途经社区管道安全的推荐做法》[5]，提出天然气管道设立200 m的咨询区和规划区，液体管道设立200～305 m的咨询区和规划区；美国运输部等部门于2015年发布《减灾规划：管道附近土地利用规划和开发实践》[6-7]，将管道危害纳入减灾规划的入门手册，降低管道风险。北美地区对相关区域范围大多直接作出规定，对事故情景考虑较少，且北美地区土地资源丰富，部分距离设定值不适用于土地资源稀缺的地区。我国《石油天然气管道保护法》从保护管道安全的角度出发提出了“5 m”要求，明确了管道通行区的范围和管理要求，但未从土地利用规划、应急救援等角度出发开展区域划分和管理。本文基于当前我国陆上油气长输管道规划、建设、运行中存在的问题，借鉴北美地区经验及做法[8-10]，研究油气管道周边区域划分与距离设定方法，为油气管道周边区域安全管理提供技术支持。

1 油气管道安全运行面临的问题

1.1 第三方破坏

第三方破坏是目前导致我国油气管道失效的重要原因。据统计，2016年全国陆上油气输送管道共发生事故165起，其中第三方破坏造成的事故为65起，占事故总数的38.7%，如图1所示。在油气管道周边进行挖掘、施工等作业过程中，未从保护管道安全的角度出发划定区域进行控制和管理，未在准确掌握埋地管道位置的情况下开展作业，便可能造成管道破坏。

图1 2016年陆上油气输送管道事故原因统计Fig.1 Statistics of the causes causing failures of onshore oil and gas transmission pipelines in 2016

1.2 重复规划使用管道用地

近年来，我国经济、社会快速发展，城镇化进程加快，油气管道建设与城乡发展规划之间的矛盾突出。部分地方政府规划主管部门未严格落实《石油天然气管道保护法》要求，重复出让、发包管道建设用地的现象普遍，导致管道占压、安全距离不足等隐患严重，有些地区出现了学校、居民区等敏感目标和人员密集场所占压管道的情况，对公共安全构成严重威胁。“11·22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故后，全国开展了油气输送管道安全隐患专项排查整治，共排查出29 436处隐患，其中占压11 972处、安全距离不足9 171处，占隐患总量的71.8%[11-12]。为解决规划变更导致的问题，管道多因土地资源稀缺等原因而被迫改线，造成资源浪费。另一方面，部分企业在管道选线过程中，未充分考虑管道与周边区域的相互影响，特别是管道失效情况下可能对周边公众造成的危害，更加重视节省投资，存在未充分论证并尽量避绕人员密集场所等方面的问题，造成管道周边区域风险较高。

1.3 管道周边土地人口密度增加

《输气管道工程设计规范》(GB 50251-2015)根据管道中心线两侧聚居户数划分地区等级，并对不同等级地区内管道的强度设计系数和相邻截断阀的间距作出规定[13]，如表1所示。由表1可知，管道地区等级划分是强度设计系数、相邻阀室间距等关键参数设计的重要依据。建设时期管道周边人口分布稀少的地区，因社会经济快速发展、规划变更等因素，人口密度剧增，会由一级地区升级为四级地区[14-15]，但此时管道已投入运行，管道材质、壁厚、焊缝形式、截断阀间距等因素已难以改变，带来管道设计不满足运行要求的问题。

表1 管道地区等级划分及参数规定Table 1 Classification of the areas adjacent to pipelines and the regulations of relevant parameters

1.4 应急响应困难

油品管道失效泄漏后，油品泄漏到地面时，可能会发生池火灾、蒸气云爆炸和闪火，在油品泄漏流入地下密闭空间时，可能会发生蒸气云爆炸；气体管道失效泄漏后，可能会发生喷射火、蒸气云爆炸和闪火。爆炸一般会对周边较大范围内的人员和建(构)筑物造成严重影响。受限于管道泄漏监测预警滞后、事故后果类型多样、影响范围较大等因素，管道事故应急响应面临较大困难，极端情况下容易造成严重的伤亡事故。

2 油气管道与周边区域相互影响及区域划分

2.1 相互影响

油气管道与周边不同区域范围的相互影响如表2所示。

表2 管道与周边区域相互影响Table 2 Interaction between the pipeline and the surrounding areas

2.2 区域划分

基于油气管道与周边不同区域范围的相互影响分析，为有效控制相互影响，保障油气管道安全运行和周边公共安全，将沿管道线路中心线两侧区域可依次划分为管道通行区、规划控制区和应急响应区3个区域，如图2所示。

1)管道通行区：为建设、运行、维护管道，防止挖掘施工、修建建(构)筑物等活动造成管道破坏，在管道线路中心线两侧设置的控制区域。

2)规划控制区：为降低管道失效可能导致的事故影响，在管道线路中心线两侧设置的、以控制人口密度和限制规划特定类型场所为目的的区域。

3)应急响应区：为降低管道事故造成的人员伤亡和财产损失，在管道线路中心线两侧设置的需要采取应急措施的区域。

图2 油气管道周边区域划分Fig.2 Division of the surrounding areas adjacent to oil and gas transmission pipelines

3 区域距离设定

3.1 管道通行区范围

《石油天然气管道保护法》从避免管道遭受第三方破坏、保障管道应急救援能力的角度，对管道中心线两侧各5 m地域范围内的禁止活动作出了规定，这些规定未充分考虑管道对周边区域的影响和周边区域对管道的影响，此“5 m地域范围”仅是保护管道免遭第三方破坏的最后保护区域，因此建议将管道线路中心线两侧各5 m地域范围内设定为管道通行区。但该区域不能作为保护管道和周边居民安全的唯一区域。

3.2 规划控制区范围

由对“11·22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故等多起事故后果的分析，以及对目前在役管道典型事故后果数值模拟计算结果可知，输气管道大概率事故的死亡半径约在50～100 m范围内[16]，油品管道大概率事故的死亡半径小于输气管道，在此距离范围内限制建设人群疏散困难的建筑物、人员密集型建筑物以及可能引发次生事故的场所，能够有效避免失效情况下可能造成的大规模人员伤亡，建议参照此距离设定规划控制区；另一方面，规划控制区内的土地资源价值较高，建议在保障安全的条件下实现对土地资源的最优利用，结合地区经济社会发展情况、土地资源状况等因素，将管道线路中心线两侧一定区域设定为规划控制区(如30～100 m)。对于新建管道，在规划过程中，管道企业应向规划等部门说明事故潜在影响距离，规划等部门应充分掌握事故潜在影响距离并合理确定规划控制区范围。

3.3 应急响应区范围

根据油品、天然气管道可能造成的事故后果影响范围的计算结果，沿管道两侧平行划定应急响应区，天然气管道的事故后果影响范围可按式(1)计算[2]，并建议油品、天然气管道的应急响应区范围均不小于200 m。

(1)

式中：d为 管道外径，mm；p为管段最大允许操作压力(MAOP)，MPa；r为受影响区域的半径，m。对于管输介质泄漏后可能进入地下密闭空间的管段，应根据流向确定应急响应区范围，无法确定流向时，建议应急响应区范围不应小于2 km，特殊管段的应急响应区应结合管段实际情况计算确定。需要考虑的因素如下。

3.3.1 事故后果影响范围确定依据

①根据管道可能发生的事故后果的影响范围确定应急响应区边界。事故后果既应考虑大概率事故，也应考虑最大可信事故。②应综合考虑管道输送介质、设计压力、设计输量、管径、运行参数等管道本体条件和管道周边环境，计算事故后果影响范围。输送多种介质的，选取可能造成最严重事故后果的介质。③可能发生多种事故后果的，采用最严重的事故后果影响范围计算结果。④根据管道本体及周边环境情况分段计算和划分。

3.3.2 计算依据

①根据伤害阈值确定事故后果影响范围，对于油气输送管道可能发生的多种事故后果，热辐射伤害阈值取3 kW/m2，冲击波超压伤害阈值取2 kPa。②同一管道应考虑造成热辐射伤害和冲击波超压伤害的各类事故后果。③可采用行业认可的计算模型、计算方法或计算程序计算事故后果影响范围[17-18]。

3.3.3 需考虑的事故场景

①输油管道应至少考虑池火等事故场景。②输气管道应至少考虑喷射火、蒸气云爆炸等事故场景。

3.3.4 泄漏速率与泄漏量

①综合分析管道运行工况、自控系统情况、可能泄漏点位置以及泄漏点与两侧截断阀高程关系、泄漏持续时间等因素确定泄漏速率。②综合分析泄漏速率、可能泄漏点两侧截断阀之间的管存量、泄漏后截断阀关闭时间、管道沿线高程等因素确定泄漏量。输气管道的泄漏量不应小于可能泄漏点两侧截断阀之间的管存量。③应考虑可能发生的最大泄漏量。相关参数不能准确确定时，可取正常工况下10 min的输量作为泄漏量。

3.3.5 环境因素

①液体管道泄漏后，周围的地形会对泄漏介质的流动或聚集产生较大影响，可根据地面形状和性质以及介质物性合理确定液池面积和最小厚度，当缺少合适的数据时，液池最小厚度可取典型值10 mm。②当泄漏介质存在进入地下密闭空间可能性时，应合理分析进入地下密闭空间的泄漏介质总量以及在地下密闭空间内可能发生的事故后果。

根据目前国内运行的典型原油、成品油、天然气管道工况，采用中国安全生产科学研究院开发的CASST-QRA软件进行计算，本文给出的原油、成品油及天然气管道应急响应区建议距离如图3所示。

图3 油气管道应急响应区建议距离Fig.3 Recommended distance of emergency response zone for oil and gas transmission pipeline

4 区域控制与管理

结合经济、社会发展带来的困扰、事故暴露出的问题以及上述分析结果，为有效控制油气管道与周边区域相互影响，对管道通行区、规划控制区、应急响应区提出以下控制和管理建议：

4.1 管道通行区建议

4.1.1 区域管控重点

①乔木、灌木、藤类、芦苇、竹子等根系较深的植物，可能会对石油沥青类外防腐层造成较为严重的破坏，应限制种植，3PE外防腐层虽然受深根植物影响较小，但在管道上方种植深根植物，会影响管道运行维护和应急救援，也应限制种植。②在管道上方修建建(构)筑物或者堆放重物，会使管道长时间承压，造成管道发生变形，影响清管器、检测器的正常通过，同时，修建建(构)筑物或者堆放重物会影响抢险机具和车辆通行，限制作业面积，应进行限制。

4.1.2 施工前查询

①在可能铺设有油气输送管道的区域进行施工前，施工单位和个人应对埋地油气输送管道情况进行查询和确认[19-20]。②确认存在油气输送管道的，施工单位和个人应与管道所属企业共同制定施工方案，开展施工监护，防止管道因施工造成破坏。

4.2 规划控制区建议

4.2.1 区域管控重点

①医院、托儿所、幼儿园、养老院、监狱等人群疏散困难的建筑物和居民小区、学校、娱乐场所、车站、商场、集市、休闲设施等人员密集型建筑物不仅会增加事故状态下的应急难度，也会增加管道周边社会风险，应禁止规划。②区域内如果存在加油站、加气站、储油罐、储气罐等易燃易爆物品的生产、经营、存储场所，油气管道在失效发生火灾爆炸事故的情况下，可能会引发上述场所发生次生事故，造成更加严重的后果，应禁止规划。③人口密度是此区域管控的重点，可将高后果区情况作为其管控指标，区域内的规划变更或开发建设活动可能导致油气输送管道出现GB 32167-2015第6.1条规定的Ⅲ级人员密集型高后果区、或人员密集型高后果区等级升高、或输气管道经过的地区等级升高(参照GB 50251-2015第4.2.2条)时，应进行严格控制。

4.2.2 规划制定与保持要求

①规划过程应充分考虑规划与油气输送管道的相互影响，规划的制定应最大限度地降低管道事故发生概率和后果严重度。②区内规划的相关建筑物、构筑物与油气输送管道线路和管道附属设施的距离应当符合国家法律法规和技术标准的强制性要求。③应保持规划的严肃性和连续性，变更规划应充分考虑对油气输送管道的影响，并征求各相关方的意见与建议。规划变更过程和结果应向社会进行公示。④对于已经存在的油气输送管道与上述场所、建(构)筑物等共存于规划控制区内的情况，应尽早组织相关各方，根据国家法律法规，协调商谈出最佳解决方案，在努力降低对该区域影响并保障管道安全运行的同时，也应将导致的经济成本降至最低。

4.3 应急响应区建议

4.3.1 应急管理

①管道企业应在应急响应区内开展风险告知活动，识别应急响应区内的高后果区，重点做好与人员密集场所和人群疏散困难目标的风险沟通，编制应急联络清单。②经过人员密集型高后果区的油气输送管道应安装泄漏定位系统，有条件的输油管道还应安装泄漏量在线检测系统。③管道企业应定期对经过人员密集型高后果区的管道进行检测和风险评价，根据检测和风险评价结果采取风险防控措施。④管道企业应根据应急响应区划定情况，制定应急预案，定期进行应急演练，并根据演练评估结果对应急预案进行持续完善。

4.3.2 应急响应分级

①根据应急响应区内人员及建(构)筑物的分布情况，确定管道失效应急响应等级。②应急响应区内存在以下情况的，启动Ⅰ级响应：a.存在Ⅱ级、Ⅲ级人员密集型高后果区的；b.存在人群疏散困难或人员密集型场所或设施的；c.泄漏介质存在进入地下密闭空间可能性的。

5 结论

1)油气管道作为线性基础设施，与所经过周边区域存在相互影响，有效控制这些影响是保障油气管道安全运行和管道周边公众生命财产安全的基础。通过数据统计与事故案例分析，归纳了目前油气管道安全运行面临的第三方破坏等4方面问题，讨论了油气管道与周边区域不同范围内的相互影响，提出将管道周边区域沿管道中心线依次划分为管道通行区、规划控制区和应急响应区。

2)根据《石油天然气管道保护法》等法律相关规定并结合部分地方管道保护和城乡发展规划实践，提出将管道通行区的范围设定为管道两侧各5 m，在两侧各一定范围设定规划控制区(如30～100 m)；提出依据油气管道事故后果设定应急响应区范围，分析了事故后果计算需要考虑的确定依据、计算依据、事故场景、泄漏速率与泄漏量、环境因素等内容，并建议将应急响应区的范围设定为管道两侧至少各200 m。

3)依据油气管道与周边区域的相互影响、管道保护与城乡发展规划面临的难题以及典型事故暴露出的问题，提出了对管道通行区、规划控制区和应急响应区的控制与管理建议，以期有效管控相互影响，保障油气管道及周边区域安全。

4)规划控制区是3个区域中相互影响最为集中、距离最难设定、控制与管理最为复杂的区域，主要原因是当前我国经济、社会快速发展，城镇化进程加快，土地资源价值提高并逐渐变得稀缺，区域范围过大将影响土地利用，同时也限制新建管道选择路由，本文建议充分考虑事故后果影响、结合地区实际，合理确定区域范围，为管道安全运行和区域发展留足安全空间，并严格执行。

5)建议进行立法，通过法律法规明确对油气管道周边区域的划分和管理要求，并对已建管道和新建管道进行区分。相关政府部门和管道企业应进行商议，确保已建管道风险不再提高，新建管道风险合理可控。