臨江成品油管道泄漏事故情景構建研究

姜春雨，楊 帥，馬浩然，朱先俊，趙永華

(1.中國石化青島安全工程研究院，山東青島 2660712.應急管理部化學品登記中心，山東青島 266071)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，對能源的需求日益增長，管道運輸特別是成品油管道運輸得到了快速發展，越來越多的埋地管道被鋪設，其運輸的成品油具有易燃易爆、揮發性強等特點，一旦發生泄漏，若處置不當，可能引發火災、爆炸、中毒、環境污染等多種事故，對人民群眾的生命財產安全以及環境都有十分嚴重的影響[1，2]。目前針對河流溢油的應急體系還存在預案覆蓋面不全、企地預案脫節、應急保障未能落到實處等問題[3，4]。

為解決上述問題，本文基于情景構建理論，以某公司重慶—綦江段成品油管道為例，通過凝練歷史上典型突發事件，設置重大突發事件情景，將企業的虛擬風險“實例化”，按照“情景—任務—能力”的基本框架[5，6]，在情景推演過程中逐步明晰各部門主要應急任務，為企業應急預案優化提供基礎，提升應急準備能力[7]。同時，情景真實地反映了企業自身的生產工藝特點、風險規律和環境要素，在后期還可為應急演練和培訓提供指導[8]。

1 情景構建基本理論

《石油化工行業重大突發事件情景構建指南》(以下簡稱《指南》)明確規定了生產安全類重大突發事件的情景構建的技術路線，如圖1所示。

圖1 情景構建技術路線

《指南》規定了篩選并設定巨災情景后，接下來需要開發情景的具體工作內容。

1.1 重大突發事件情景開發

篩選近年來相關事故案例，分析其事故原因、應急處置過程、事故發展“時間窗”等共性規律和個性特點，從預防與應急準備、監測預警、應急響應與救援、事后恢復等應急管理的各環節對典型事故案例開展全面研究[9]。通過典型事故案例分析研究，對此類事故發生的原因、事故擴大演變為巨災的方式和過程、對企業和周邊社區的影響，以及事故應急處置需要采取的應急響應行動等做出科學的推演和描述。

1.2 應急任務與能力分析

針對所構建的重大突發事件情景，分析事件演化的不同階段的關鍵應急任務，從中細化在事故責任單位現有應急體系下各應急處置組所應承擔的主要責任及其責任部門，結合模擬計算和案例對比等科學手段分析應急資源的需求和現有配置水平，查找存在的差距[10]，同時為有針對性地提出應急能力建設提升策略打好基礎。

1.3 基于情景構建的能力提升規劃

情景構建工作有2個目的：一是以當前應急資源現狀為基礎，提出具體、可行、科學的應對措施，對現有應急預案體系進行評估，查找存在的問題和不足，補充、完善和改進應急預案，并開展必要的培訓與演練；二是以不同的情景為衡量標尺，分析查找石油化工行業(領域)各種應急資源與能力在應對巨災中的差距和脆弱性，填寫情景應對資源與能力差距對策表，提出長期的對策措施，以提升應急準備能力[11]。

2 情景背景信息

2.1 事件主體信息

某公司綦江-重慶管道全長70 km，管道規格φ323.5 mm×6.4 mm，設計壓力9.5 MPa，運行壓力2.0～3.0 MPa，運行流量300 m3/h左右。該風險點位于管道樁號JC068-500，管道由納溪溝定向鉆穿越南山公園北路，從南山穿越點出后，直埋500 m后定向鉆穿越長江800 m到達重慶站。風險點基本情況如圖2所示。

2.2 風險識別

通過風險評估工作，可以判定此風險點為安全重大風險，風險級別為E6級，主要風險依據如下。

2.2.1輸送介質

該段管道主要輸送介質為汽油和柴油，江邊中長燃雞冠石加油站為水上加油站，儲存介質為柴油。汽柴油具有易燃、易爆、易蒸發、易擴散、易流淌、易膨脹以及有毒等特點，在管道運行中存在泄漏、火災、爆炸和環境污染等事故和次生災害的誘發因素。

圖2 婁家莊管段風險情況

汽油閃點-50 ℃，極易揮發，可形成爆炸性混合氣體，其主要風險表現為遇明火后的火災爆炸，火災危險性為甲B類；該企業生產的柴油閃點為65 ℃，火災危險性為丙A[12]，其主要風險表現為火災和環境污染。

2.2.2周圍人口密集

風險點附近住有村民，長江穿越管道入土點120 m處有南岸區雞冠石學校，13個班548人；管道油流右側80 m有中長燃重慶分公司雞冠石加油站，共有人員35人，每班約20人；南山穿越出土點390 m為貨運碼頭。

2.2.3交通不便

管道上方150 m為彈廣公路，是南岸區交通主線。彈廣路至長江穿越入土點進出口僅有1個，等級為村級公路，路面狹窄且限高限寬，救援車輛難到現場，增大了應急救援和疏散的難度。

2.2.4地理環境

南山山體陡峭，海拔超過400 m，地形整體向長江傾斜，結合坡度、坡面形態、土體類型等因素對其進行地質災害危險性評價[13]得出，危險性較高；婁家莊風險點管道沿長江南岸平行等高方向在表層土壤里直埋近500 m，一旦發生滑坡，極有可能對管道造成沖擊斷裂。

2.3 氣象水文信息

風險點屬亞熱帶季風性濕潤氣候，夏季高溫多雨，冬季涼爽，歷年平均氣溫18.5 ℃，月平均氣溫28.8 ℃，月平均最低氣溫7.9 ℃(1月)，極端最低氣溫-1.8 ℃，極端最高氣溫44.0 ℃。歷年平均風速8.9 m/s，最大風速14 m/s。長江水流正常流速1.32 m/s，洪水季節流速可達3.6 m/s。

2.4 情景假設條件

依據“最壞可信”的原則，設置情景條件：地質災害的沖擊可直接將管道拉斷，形成全口徑泄漏，事故后果最嚴重，故選為誘因[14]；汽油火災危險性更高，則設置情景中管道輸送汽油；江水流速越大，江面汽油擴散越快，設置江水流速為3.6 m/s；風速越小，越有利于汽油蒸氣聚集，設置風速為1 m/s；設置事發時間在夏季，東南風向，氣溫27 ℃。

3 成品油泄漏數值模擬

運用CFD軟件FLUENT模擬在情景假設條件下，臨江直埋管段發生全尺寸破裂后，管內輸送的汽油流出經過山體斜坡流入長江，隨江水流動在江面向下游擴散，同時汽油向空氣中揮發與空氣混合。圖3為衛星地圖得到的婁家莊管段下游的長江水域圖，其中圓圈位置為事故發生點，該段水域寬度約600 m，取長度3 800 m范圍內的水域進行建模。

圖3 婁家莊下游長江水域

3.1 泄漏量計算

a)根據現場對企業的調研，當發現泄漏事故后，大約需要10 min關閉管道上游的新玉閥室，在前10 min，泄漏速率可以認為是恒定值，由公式(1)[15]計算可得，為1 800 kg/s。

(1)

式中：Q——液體泄漏速率，kg/s；

Cd——液體泄漏系數，與液體的雷諾數有關，完全紊流流體的流量系數為0.6～0.64，對于不明流體情況直接取1，在該情景下取值0.6；

A——裂口面積，m2；

ρ——泄漏液體密度，kg/m3；

p——容器內介質壓力，Pa；

p0——環境壓力，Pa；

g——重力加速度，9.8 m/s2;

h——裂口之上液位高度，m。

b)管道上游最近的手動閥室關閉后，泄漏速率隨著時間的推移逐漸減小，基于伯努利方程計算得到圖4結果[16]。從閥門關斷大約700 s泄漏結束，泄漏量大約為224 t，平均泄漏速率為332 kg/s。

圖4 閥室關閉后泄漏速率隨時間變化

3.2 汽油在水面擴散結果

如圖5所示，在泄漏發生前10 min內，由于手動閥室沒有關閉，泄漏速率很大，可以看到汽油在江面與水形成鮮明的相界面，汽油隨水流沿泄漏側河岸向長江下游流動。發生泄漏10 min后，手動閥室被關閉，泄漏速率隨時間逐漸減小，汽油在江面上的面積變化較小，且汽油與水的相界面逐漸模糊，在長江下游處產生較長的拖尾。截至1 300 s，汽油沿長江擴散至泄漏口下游2 000 m左右。

圖5 汽油液相擴散模擬結果

3.3 加油站附近油氣擴散結果

汽油的爆炸極限為1.3%～6%[17]，圖6為江面上汽油濃度隨時間的變化，紅色代表大于等于1.3%體積濃度，即紅色區域存在汽油爆炸的風險。由圖6可知，在泄漏的前10 min內，事故點下方的中長燃加油站附近汽油體積濃度一直高于爆炸下限，存在閃爆的風險；10 min后，油氣濃度驟然下降至0.5%左右。

4 情景設計

由風險分析可知，該段臨江管道位于地質災害區，且外力破壞是造成管道泄漏的主要原因之一[18]，故設置事故原因為山體滑坡；由數值模擬結果可知，當泄漏發生20 min內，江面汽油會擴散到下游2 000 m以內的范圍；在泄漏發生10 min以內，加油站附近汽油體積濃度超過了爆炸下限，存在遇點火源發生爆炸的風險，依此設置事故后果為火災爆炸和水體污染。

圖6 汽油氣相擴散模擬結果

4.1 情景要點

基于風險分析和模擬計算進行情景設計，得到基本要點如表1。

4.2 情景描述

a)事故孕育階段：某年6月25日起，重慶地區連降大雨。

b)事故發生階段：6月30日上午9時，重慶—綦江管段婁家莊長江閥室上側山體局部發生淺層滑坡，正在輸送95#汽油的管道遭滑坡體擠壓拉裂，汽油流入長江；9時08分，油氣被一加油船只排氣管產生的火花點燃，形成大面積火災。

c)事故擴大階段：10時30分，由于高溫炙烤，加油站柴油罐著火導致罐體撕裂，燃燒的柴油流入長江，其不完全燃燒產物和消防廢水對長江水體造成污染。

d)時間恢復階段：13時岸上火災被撲滅；15時30分，加油站火災被撲滅；7月3日完成封堵；2個月后恢復供油。

表1 情景描述

5 應急任務

5.1 預防

加強管道運行監控，提高管道泄漏診斷能力；定期開展演練，針對管道泄漏封堵、油品回收等開展經常性演練，不斷提高應急水平；對應急搶險物資和車輛進行保養，補充完善；加強與地方公安、消防、環保、水利等部門的聯系。

5.2 監測與預警

對連續降雨等可能導致地質災害的惡劣天氣提前進行預警；可燃氣體探測器發出報警信號或外管道壓力陡然下降可判斷為泄漏；對可能發生事故的嚴重程度初步判斷，分級啟動預警。

5.3 信息報告

事故發現人第一時間報火警，并向輸油站報告；輸油站向調控中心、油庫、管理處和區應急辦報告；管理處公司值班室和市應急辦匯報，并通知各應急小組組長；公司值班室向公司分管HSSE、生產和搶險的領導匯報，并將事故信息上報集團公司應急指揮中心。

5.4 應急響應

啟動輸油站級應急預案，站長任現場總指揮，指定消防和疏散方案，并在管理處領導到達后移交指揮權；啟動管理處級預案，各科室進行響應，成立現場指揮部，聯系搶修隊，并在公司領導到達現場后移交指揮權；調控中心指令對工藝進行應急處理，關閉上游閥室。

5.5 疏散與救護

疏散雞冠石小學和婁家莊的人員；對事故點附近進行交通管制和車輛疏導，引導消防車和救護車進入現場；派出船只對傷亡人員進行搜救；劃定警戒區，對進入現場人員做好防火防毒；事故段長江禁止船只通行。

5.6 應急搶險

第一時間關閉上下游閥室；在下游2 km處設置圍油設施、噴灑消油劑，阻擋漏油進一步擴散；在下游做好江中污染物收集打撈工作；組織水上和路上的消防力量對火災進行撲救控制；做好搶險過程中的安全檢查、監護、作業安全條件確認工作。

5.7 后期處置

待火災被撲滅后，對泄漏管段進行搶修；檢測大氣和水中的污染物濃度，制定環境恢復方案；組織油罐車對下游泄漏的柴油進行回收；對收集的污染物進行無害化處理；做好受災群眾安撫工作。

5.8 應急終止

現場指揮部確認滿足公司相應專項應急預案終止條件時，向公司應急指揮中心分管副總指揮報告。由應急指揮中心下達應急終止指令。

5.9 善后處置

完成封堵，對斷裂管道進行修復；召開新聞發布會，做好信息通報工作；設立警戒線，做好事故現場保護工作；在上風向對進入危險區域的人員和裝備進行洗消；對受災人員進行集中妥善安置；對滑坡區域進行加固施工；經評估消除地質災害隱患以后，恢復供油；針對受災群眾和企業損失進行賠償。

6 能力分析與提升規劃

a)在所設計的情景中，當成品油泄漏演化成火災爆炸事故時，周圍居民的疏散以及消防力量和醫療救護力量的支援必然會在第一時間同時進行，而事故點周圍多為村級公路，路面較窄且部分路段還設有限高限寬，一旦缺乏有序組織，會造成混亂擁堵，建議：對疏散支援路線進行計算優化，可參考matlab蟻群算法[19]，使應急救援工作科學有序展開；撤銷關鍵路段的限高限寬設施。

b)事故發生點緊鄰江邊，距離最近的彈廣路150 m，且存在約40°的坡度，中間為覆蓋植被的原生態環境，嚴重影響消防力量從陸上進行救援，且一旦火災蔓延為森林大火，搶險和人員搜救的難度會進一步提升，建議：從水陸兩個方向對火災進行控制，目前該企業水上力量主要以溢油回收為主，應增加消防物資配備，力求第一時間對脆弱點——加油站的柴油儲罐進行控制，防止事故進一步擴大。

c)本文情景中，汽油的閃爆火災和柴油的流淌火會嚴重影響江上船只和船員的安全，一旦發生泄漏事故，應第一時間對事故段江面進行禁航，防止船只引爆油氣造成人員傷亡，具體要求企業要與政府海事局加強聯系，保證能夠第一時間對航行船只進行事故信息的傳達，遠離危險區。

d)該段長距離臨江淺層直埋的管道存在嚴重的本質安全問題，附近地理環境存在地質滑坡危險，可能在多處對管道造成沖擊形成大口徑泄漏，事故后果嚴重，針對這一問題應考慮將這一段直埋改為定向鉆，平均深度在10 m以下，可以有效減少外力對管道的沖擊。

e)由模擬計算可知，在汛期，江水流速較快，在泄漏發生20 min后就會擴散到下游約2 km。目前該企業預案中只規劃了周邊各搶修隊到事故點的路線，針對可能發生的最壞場景，預案中應考慮加入分區域處置的內容，即對事故點和下游分別展開漏油回收，同時，當地政府還應按區域建立溢油應急設備庫[20]，提升溢油回收能力，從而更有效地減少油品對環境的污染。