煙臺至淄博重油輸送管道泄漏風(fēng)險評價

煙臺至淄博重油輸送管道泄漏風(fēng)險評價

楊文川1劉穎2李洪欣3

1中國石油管道學(xué)院 2中石油燃料油有限責(zé)任公司湛江倉儲分公司 3中石油燃料油股份有限公司寧波大榭分公司

依據(jù)煙臺至淄博管線的線路、站場及沿線情況的實際特點，首先依據(jù)國家有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對工程建設(shè)項目進(jìn)行符合性評價；然后采用半定性、半定量的肯特管道風(fēng)險評分法為整個管線逐段進(jìn)行綜合打分，確定各段管線的風(fēng)險程度；最后對于可能導(dǎo)致管道泄漏的高風(fēng)險區(qū)，采用精確的數(shù)學(xué)模型定量評價法計算發(fā)生泄漏與火災(zāi)的危害程度及泄漏范圍。一旦該段管道發(fā)生泄漏，重油泄漏區(qū)域為泄漏點上游擴(kuò)展到6 148 m，向下游擴(kuò)展到20 663 m，再加上一定的安全余量，由此明確應(yīng)急預(yù)案所需要緊急疏散的區(qū)域。

重油輸送管道；風(fēng)險評價；泄漏；評價方法；危害程度；管理方案

引言

輸油管道是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，管道安全與否至關(guān)重要。由于管道本體缺陷、腐蝕老化、地質(zhì)災(zāi)害（如滑塌、沖刷和地震等）以及人為原因（如設(shè)計、施工、盜油和誤操作等）均可能導(dǎo)致管道失效。在管道投運(yùn)初期，因為設(shè)計、施工、材料和設(shè)備等方面存在的問題可能較集中地暴露出來，因此事故率較高。投產(chǎn)后30～40年事故率維持在較低水平，稱之為事故平穩(wěn)期，此后管道就進(jìn)入了老齡期，事故率呈上升態(tài)勢[1]。煙臺至淄博重質(zhì)液體輸送管道工程在2014年初投產(chǎn)運(yùn)營，處于事故高發(fā)期，面臨的安全問題十分嚴(yán)峻。

管道的風(fēng)險評價管理實質(zhì)上是油介質(zhì)的輸送、生產(chǎn)作業(yè)的質(zhì)量管理，從始至終，金屬管道與站場設(shè)備的失效風(fēng)險是一直存在的，應(yīng)從以往的“事后”或“事中”報警，組織搶修，再總結(jié)事故經(jīng)驗教訓(xùn)的模式中走出來，實現(xiàn)盡量提前“預(yù)警”[2]，主動分析風(fēng)險因素，評價管道風(fēng)險概率。

1評價方案

管線風(fēng)險評價方案的評價目標(biāo)是為管線的投產(chǎn)運(yùn)營降低風(fēng)險，避免惡性事故的發(fā)生。本方案的評價內(nèi)容包括對煙臺至淄博重質(zhì)液體輸送管道的線路和站場的設(shè)計、施工與運(yùn)營進(jìn)行全面的風(fēng)險評價，同時對可能導(dǎo)致管道泄漏的重大風(fēng)險源進(jìn)行重點評價。

針對該管線的實際特點，選用定性評價、半定量評價和定量評價等3種評價方法對管線風(fēng)險進(jìn)行評價，分別為工程建設(shè)項目符合性評價法、肯特管道風(fēng)險評分法和介質(zhì)泄漏危害程度定量評價法。

首先依據(jù)國家有關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對工程建設(shè)項目進(jìn)行符合性評價；然后采用半定性、半定量的肯特管道風(fēng)險評分法，為整個管線逐段進(jìn)行綜合打分，確定各段管線的風(fēng)險程度；最后對于可能導(dǎo)致管道泄漏的高風(fēng)險區(qū)，采用精確的數(shù)學(xué)模型定量評價法計算發(fā)生泄漏與火災(zāi)的危害程度及泄漏范圍。

1.1 工程建設(shè)項目符合性評價

工程建設(shè)項目必須嚴(yán)格依據(jù)國家相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計、施工與運(yùn)營過程中，對工藝、土建、電氣、設(shè)備、儀表自動化、暖通、給排水等內(nèi)容，逐條、逐項進(jìn)行符合性排查，尤其是隱蔽工程[3]。一旦發(fā)現(xiàn)不符合項，必須進(jìn)行限期整改，符合性評價不應(yīng)該打分。

1.1.1 基本安全條件

根據(jù)《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國石油天然氣管道保護(hù)法》、《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》、《中華人民共和國消防法》、國務(wù)院344號令《危險化學(xué)品安全管理條例》、國家經(jīng)貿(mào)委第17號令《石油天然氣管道安全監(jiān)督與管理暫行規(guī)定》和第36號令《危險化學(xué)品經(jīng)營許可證管理辦法》等法規(guī)的規(guī)定，長輸管道運(yùn)營單位必須具備相關(guān)基本條件，才能從事危險化學(xué)品的經(jīng)營活動[4]。

1.1.2 安全距離符合性

長輸管道儲運(yùn)系統(tǒng)站(庫)、管道與其周圍設(shè)施的安全距離，應(yīng)符合《石油天然氣管道保護(hù)條例》(國務(wù)院313號)、《建筑設(shè)計防火規(guī)范（GBJ 16）》、《石油然氣工程設(shè)計防火規(guī)范（GB 50183）》、《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范（GB 50253）》、《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范（GB 50369）》等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.1.3 工藝設(shè)備安全性能

長輸管道儲運(yùn)系統(tǒng)使用的主要工藝設(shè)備有輸油泵、壓縮機(jī)、加熱爐、儲罐、裝卸設(shè)備等，這些設(shè)備都設(shè)有安全保護(hù)裝置或系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。主要評價內(nèi)容為：泵聯(lián)鎖系統(tǒng)、安全裝置或系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)安全性能、防雷防靜電系統(tǒng)、特種設(shè)備安全性能及管道保護(hù)系統(tǒng)。

1.2 肯特管道風(fēng)險評分法

管道在長期運(yùn)營過程中，管道失效的風(fēng)險是在不斷變化和積累的，比如：金屬管道不斷被腐蝕，管道壁厚持續(xù)減薄，管道內(nèi)的運(yùn)行壓力也是變化的，地上管道保護(hù)措施可能不到位，巡線的頻率和效果不同，管道地處人口稠密度不同的地區(qū)，這些因素可能引發(fā)的危害是不同的。這就需要在管道運(yùn)行期間定期對管道進(jìn)行全面的綜合風(fēng)險評價，國內(nèi)外最常用的的評價方法是肯特管道風(fēng)險評分法。

肯特風(fēng)險評價的基本模型見圖1。

圖1 肯特風(fēng)險評價的基本模型

1.3 介質(zhì)泄漏危害程度評價

在重油管道事故中，管道泄漏事故是最常見的，往往也是最嚴(yán)重的。介質(zhì)泄漏危害程度的評價是長輸管道安全評價的重要組成部分。

管道或油罐區(qū)泄漏事故發(fā)生后，M100和M180重油會擴(kuò)散到一定區(qū)域。介質(zhì)泄漏擴(kuò)散危害程度評價就是要劃分不同的危害區(qū)域，分別定量計算重油發(fā)生泄漏后的泄漏量和泄漏范圍，為泄漏事故應(yīng)急處理提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1.3.1 泄漏量估算

管道內(nèi)重油泄漏質(zhì)量流量的計算式為

式中A為裂口面積（m2）；Cd1為液體泄漏系數(shù)，與流體的雷諾數(shù)有關(guān)；g為重力加速度（g= 9.8 m／s2）；h為裂口之上液位高度（m）；p為管道內(nèi)介質(zhì)壓力（Pa）；p0為環(huán)境壓力（Pa）；Q為液體泄漏質(zhì)量流量（kg／s）；ρ為液體密度（kg／m3）。

1.3.2 泄漏危害范圍

依據(jù)上述的管道泄漏量可以進(jìn)一步計算出介質(zhì)可能的泄漏范圍。

按照帕斯奎爾-吉福德(Pasquil-Gifford)模型，計算連續(xù)排放濃度，公式為

1.3.3 介質(zhì)泄漏水面擴(kuò)展危害程度

長輸管道的穿越段由于施工、檢查難度更大，隱蔽性更強(qiáng)，影響因素更多，因此，較易發(fā)生安全事故，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏。如果泄漏發(fā)生在穿越江河地段，則油品從管道中流出在水面形成油污，并向外擴(kuò)展。

在不考慮漲潮、落潮速度影響時，即在靜止水面上，油膜3個階段擴(kuò)展半徑計算公式如下：

慣性擴(kuò)展階段

黏性擴(kuò)展階段

表面張力擴(kuò)展階段

式中Ri、Rv、Rs分別為慣性、黏度、表面張力擴(kuò)展階段油膜擴(kuò)展長度（m）；t為擴(kuò)展時間（s）；V為溢油量（m3）；ρo為油的密度（kg/m3）；ρw為水的密度（1 000 kg/m3）；μ為水的運(yùn)動黏滯系數(shù)，取μ=1.01×10-6m2/s；σ為靜表面張力系數(shù)（mN/m）。

三階段擴(kuò)展，在時間上有繼起性，各階段作用時間也不相同。

2風(fēng)險評價結(jié)果

2.1 工程建設(shè)項目符合性評價結(jié)果

截至2013年12月5日，經(jīng)業(yè)主組織的初步安全檢查，發(fā)現(xiàn)若干工程建設(shè)項目不符合項，對所有不符合項限期整改。

首站：油庫輸油工沒有經(jīng)過崗前和定期培訓(xùn)，沒有持證上崗；3號油罐避雷設(shè)施不合格。1號熱泵站：沒有按照每10 km左右設(shè)巡線工一名；線路里程樁、轉(zhuǎn)角樁、陰極保護(hù)樁部分缺失。2號熱泵站：操作人員沒有穿防靜電工作服；消防水源不足。華星分輸站：油庫輸油工沒有經(jīng)過崗前和定期培訓(xùn)，沒有持證上崗；消防水源不足；操作人員沒有穿防靜電工作服；圍墻與庫區(qū)內(nèi)建筑的距離小于5 m。1號末站：泵房PT213壓力變送器失效；站內(nèi)接地網(wǎng)接地電阻超標(biāo)。2號末站：進(jìn)站TT101溫度變送器不顯示；可燃?xì)怏w報警器檢測失效。3號末站：過濾器G212堵塞嚴(yán)重，差壓表已到0.5 MPa；站內(nèi)接地網(wǎng)接地電阻超標(biāo)。5號末站：音叉式液位開關(guān)失靈。6號末站：可燃?xì)怏w報警器誤報警率過高，需更換。2號閥室：閥室防火等級不達(dá)標(biāo)。

2.2 肯特管道風(fēng)險評價結(jié)果

依據(jù)公式（1）、（2）、（3），管道危險指數(shù)在0～47.5之間的為高風(fēng)險區(qū)，47.5～82.5之間為中等風(fēng)險區(qū)，82.5～100之間為低風(fēng)險區(qū)。

初步選取13處管段進(jìn)行肯特管道風(fēng)險評分，其中1087#、1098#、1117#、1231#、1376#、1393#分值在82.5以上，屬于低風(fēng)險區(qū)；1027#、1218#、1327#管段分值在47.5～82.5之間，屬于中等風(fēng)險區(qū)；1256#管段分值為43.2，屬于高風(fēng)險區(qū)。

2.3 介質(zhì)泄漏危害程度評價結(jié)果

1256#管段分值為43.2，為高風(fēng)險區(qū)，該管段屬于華星分輸站區(qū)域，管道穿越河流，其管徑為?375.2 mm×6.4 mm，油品的密度為950 kg／m3，最大流量為600 m3/h，兩截斷閥室間距離為29 km。根據(jù)管線巡線及通信實際情況，發(fā)現(xiàn)泄漏至停泵大概需要6 min，然后截斷閥門，設(shè)定管內(nèi)1／10油量將繼續(xù)泄漏。江水平均漲潮流速為0.50 m／s，平均落潮流速為0.45 m／s。平均漲潮歷時2.6 h，平均落潮歷時10 h 30 min。

計算泄漏的油量為

將已知條件帶入式（6）、式（7）中，取第一段為30 min，其余為第二階段，評價最后所得結(jié)果。在此假設(shè)情況下，油膜可以最終向上游擴(kuò)展到6 148 m，向下游擴(kuò)展到20 663 m。

一旦該段管道發(fā)生泄漏，重油泄漏區(qū)域為泄漏點上游擴(kuò)展到6 148 m，向下游擴(kuò)展到20 663 m，再加上一定的安全余量，由此明確應(yīng)急預(yù)案所需要緊急疏散的區(qū)域。

3結(jié)論

結(jié)合重質(zhì)液體化工原料輸送管道工程的設(shè)計和施工的形成過程，對煙臺至淄博重油工程管道本體的風(fēng)險評價進(jìn)行了分析，著重對該輸送管道風(fēng)險評價綜合方案的建立，以及對具體的3種風(fēng)險評價結(jié)果進(jìn)行了論述。通過上述的研究，可以得出如下結(jié)論：

（1）風(fēng)險因素識別必須貫穿在管道的建設(shè)期間和管道的運(yùn)行期間。主要分析儲運(yùn)介質(zhì)、儲運(yùn)工藝、儲運(yùn)設(shè)備與設(shè)施、操作管理及環(huán)境風(fēng)險因素。對可能導(dǎo)致管道泄漏的風(fēng)險因素應(yīng)重點分析。

（2）任何一種評價方法都有局限性，管道風(fēng)險評價方法需要選取多種方法組合，進(jìn)行綜合評價。必須根據(jù)具體的工程項目特點和風(fēng)險因素的形成過程，全面考慮影響工程質(zhì)量的各種風(fēng)險因素，依據(jù)不同風(fēng)險源的特點，進(jìn)行定性和定量評價，科學(xué)制定管道風(fēng)險管理方案。

（3）在管道風(fēng)險管理過程中，必須要加強(qiáng)對風(fēng)險的控制，把風(fēng)險管理的重點從以往的事后檢查轉(zhuǎn)移到事前的預(yù)警防范控制。風(fēng)險預(yù)控需要從管理層面和技術(shù)層面同時展開，切實將法律、法規(guī)落實到企業(yè)的日常經(jīng)營活動中，并通過日益先進(jìn)的技術(shù)手段加強(qiáng)對管道的監(jiān)控管理。

[1]嚴(yán)大凡，翁永基，董邵華．油氣長輸管道風(fēng)險評價與完整性管理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：4-11．

[2]中華人民共和國安全生產(chǎn)法（修訂版）[S]．北京：中國法律出版社，2014：17-23．

[3]中國石油管道公司．油氣管道完整性管理技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2010：33-46．

[4]楊啟明．壓力容器與管道安全評價[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：217-218．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.010

楊文川：實驗師，碩士，2014年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)工程管理專業(yè)，主要從事油氣管道輸送技術(shù)的研究和教學(xué)工作。

13633166223、925056730@qq.com

2015-05-21