超高壓天然氣管網在城市區域安全技術研究

楊明

摘? ? 要：根據遼河油田公司總體目標，由于開采的時間過長和地層壓力的下降，多數油井產量逐年下降，在興古潛山塊及時開展注氣開發，是保證該區塊稀油穩產乃至遼河油田稀油上產的重要舉措，同時隨著原油開采進入末期，該區塊可逐步建成一座大型地下儲氣庫。為了與新的開發方式相適應，非常有必要對高壓注采天然氣裝置進行工藝技術的研究，特別是擬建的高壓注采天然氣裝置位于盤錦市市區，人口密度相對密集。在此情況下建設高壓天然氣注采系統，最重要的還是要考慮安全因素和環境污染因素。項目設計壓力為35MPa，在此之前從未有如此高的壓力進行天然氣輸送，一旦管道泄漏，后果將不堪設想。對其安全性研究主要是泄漏和爆炸方面的研究對預防和救援都具有實際重要的意義。

關鍵詞：超高壓天然氣管道;人口密集區域;施工區域

近年遼河油田的產能穩健提升，興隆臺古潛山油田作為遼河油田稀油的生產核心，其開發出的稀油儲藏量豐富。隨著開采的深入和地層壓力的下降，多數油井產量呈下降趨勢，在興古潛山塊及時開展注氣開發，是保證該區塊稀油穩產，根據對遼河油田開采的發展要求，可以將此區域作為核心儲氣庫加以開發利用。油氣開采行業一直致力于如何提高產能與產量，應采用何種技術來提高油氣產出率。現如今，世界上的油氣行業大多以采用注氣為主要的采收手段，來提高石油的產量。注氣驅油作為一種高效率的技術手段在北美地區已廣泛使用，也逐步被世界采油行業所接受，具有非常大的潛質和發展前景[1]。注氣開發的發展歷史比較長久，應用廣泛，采用注氣驅油的注氣工程在全世界約有上千個。而全球注氣開采量最大的國家應屬美國，其產量能夠達到世界總產量的40%。加拿大也因為其國內有豐富的注氣氣源，原油注氣開發應用較為廣泛[1]。

一、建設工程施工研究

以遼河油田興古7塊產能建設工程為依托，經過基礎研究，現場試驗，確保人口密集地區注采氣系統建設絕對安全，同時形成循環注氣采油兼顧儲氣庫建設地面工藝技術;注入天然氣的工藝技術;采出氣的處理及工藝技術和注采系統、天然氣處理系統能量綜合利用技術;解決注采氣參數波動適應性問題;城區高壓注氣管線建設及高鋼級管材應用問題;新建設施與已建設施兼容性問題。形成循環注氣采油兼顧儲氣庫建設地面集輸工藝技術，指導地面工程總體建設。

啟動基礎研究工作，開展高壓注采天然氣裝置人口密集區域建設可行性分析，開展注氣系統、采出氣處理系統工藝模擬;論證技術可行性、投資回報合理性，形成注采工藝基礎工藝路線，為先導試驗及推廣提供理論依據和技術保障。注采氣系統擬建設區域位于遼寧省盤錦市興隆臺區，該區域地處市區，政治、文化、經濟、交通發達，城市設施完善，人口密度大。在此種社會、人文條件下建設高壓天然氣集輸系統，安全因素尤其重要。

近年來，輸氣輸油管道泄漏事故時有發生，因自然災害等原因的影響，管道泄漏是不可避免的，雖然近些年，采取了大量安全措施，管道事故發生率有所下降，但還是頻發發生事故。本文所述管道運行壓力高達35MPa，由于壓力極大，更容易發生泄漏，特別是在人口密度高的地區，這樣的事故很容易導致嚴重的災難性后果。不僅會造成巨大的經濟損失和人員傷亡，也將給社會帶來不穩定因素，影響社會穩定與人民安全。

由于氣體泄漏不像液體泄漏那樣直觀，明顯，隱蔽性很強，尤其稍微的一點泄漏很難發現，但是泄漏事故一旦發生，其易燃，易爆的危險也會對人們的生活環境構成威脅，甚至引起社會恐慌。一些長期處于高強度運轉的天然氣管網其輸送的壓力隨著更大的需求壓力也在不斷的升高，一些管道正處于事故多發的初級階段，在服役管道時間長的情況下，我們應該加強對管道的保護和管道泄漏事故緊急情況的響應機制。因此對超高壓管網的一系列泄漏過程以及管道泄漏后的應急措施的安全研究具有重大的現實意義。

從超高壓天然氣管道泄漏擴散過程和可燃氣安全度實驗為出發點，因為管道的超高壓力從未在實際運用中得以實施，不確定的狀況有很多，相比常壓狀態下的管道泄漏更加難以確定。所以本文中使用流體力學軟件，直觀的模擬了埋深超高壓天然氣管道在不同風速影響下的泄漏和擴散的過程，分析泄漏天然氣在空氣中的濃度分布。通過可燃氣安全度實驗可以確定天然氣在爆炸瞬間的最大壓力根據經驗公式可以求出傷害的最大半徑確定安全范圍，為應急搶險和人們的安全提供更多的依據。

二、施工過程中超高壓天然氣管網管道泄漏因素分析

無論是自然災害造成埋地天然氣管道的泄漏，還是由于管理不當、人為的破壞，或是自然腐蝕，都會造成輸氣管道的泄漏而導致爆炸的發生。腐蝕因素中電化學腐蝕是由于鋼管本身結構、土壤的物化性質以及表面粗糙程度不同造成的不均勻，因為含氧量的不同而產生電化學反應，離子不斷的電離在管道外壁和內壁發生腐蝕。化學腐蝕就是天然氣中的介質與金屬接觸而引起的反應，化學腐蝕逐漸侵蝕著天然氣管道，最后導致管道壁厚變薄。雜電流腐蝕是指鐵路、礦山、變電站、發電廠等設施的各種電氣設備漏電與接地后在土壤中形成雜散電流，造成天然氣管網被雜散電流覆蓋，對管道腐蝕起到了促進作用。外腐蝕主要是防腐的涂層被破壞或者是于土壤接觸。內腐蝕主要是天然氣中的介質所引起的。

季節的變化使地下土層發生不均勻的漲縮、升高或降低都屬于自然災害，這些自然災害導致管道沉降，管道接口處受到剪切力的破壞。控制站因為氣溫的降低而導致損壞，最后造成安全系統失控天然氣泄漏。

人為的破壞主要是施工破壞，例如人為的盜竊，施工設備不符合標準，操作部符合要求等。自然災害主要由于山體滑坡，地震等氣候的變化時管道發生扭曲導致管道破裂。不合法建筑物影響管道安全距離和垂直距離不夠搭建在天然氣管道上，從而使天然氣管道負載壓力，導致管道泄漏。

三、結論

埋地管道和架空管道泄漏過程區別在于架空管道的泄漏過程體現在泄漏氣體與周圍介質的質量和能量交換上，主要分為兩個過程：空氣中泄漏射流過程和在空氣中泄漏膨脹的過程;埋地天然氣管道的泄漏也分為兩部分：在管道在土壤多孔介質中氣體泄漏過程和沖破土壤層后氣體云團泄漏過程。由于居民區的密度越來越大，架空管道一旦發生泄漏后果難以估計，大多數天然氣管道都已經在地下輸送。所以本文不研究架空管道，研究埋地天然氣管。對于超高壓埋地天然氣管道的情況，其影響因素主要考慮到風向和速度、初始壓力、初始泄漏速度、泄漏位置、以及泄漏時間。

參考文獻：

[1]王興畏. 城市天然氣輸配管網水力模擬研究與實踐[D].重慶大學，2013.