海底管道的風(fēng)險(xiǎn)因素及應(yīng)急救援措施

張希祥 賈韶輝 楊玉鋒 張強(qiáng) 魏然然(國家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065000)

0 引言

與鐵路、公路、水運(yùn)等其他運(yùn)輸方式相比，管道運(yùn)輸是最綠色的運(yùn)輸方式，具有其他運(yùn)輸方式不具有的優(yōu)勢，如管道運(yùn)輸運(yùn)輸量大、運(yùn)輸效率高、損耗較少、節(jié)省運(yùn)輸成本、便于管理等一系列優(yōu)點(diǎn)，在全球能源運(yùn)輸中占有舉足輕重的地位。

海底管道系統(tǒng)一般包括大型鋼質(zhì)海底管道、泵站或壓縮機(jī)站、供電和通訊系統(tǒng)等組成部分[1]。海底管道是海洋石油、天然氣的重要運(yùn)輸方式，連接著海洋油氣開采平臺(tái)和陸地相關(guān)冶煉、凈化和存儲(chǔ)相關(guān)設(shè)施，通過海底管道，海上油田的整個(gè)生產(chǎn)、冶煉和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)被連接成為一個(gè)統(tǒng)一的整體[2-4]。同時(shí)海底環(huán)境和陸地環(huán)境相比，具有特殊性，海底管道運(yùn)行中面臨的環(huán)境比陸地管道更為復(fù)雜，除了陸地管道經(jīng)常面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素外，海底管道還面臨海底環(huán)境復(fù)雜等因素，如海底管道周邊有海流、海冰、海底生物等作用。此外，海底管道由于處于水面以下，海底管道的日常監(jiān)測檢測、修護(hù)保養(yǎng)和應(yīng)急搶修等工作都比陸地管道類似工作的開展難度大。

我國目前開發(fā)的油氣資源大多位于近岸海域，如果油氣管道發(fā)生泄漏，首先是油氣資源的流失，造成金錢損失，管道泄漏會(huì)影響下游用戶，造成二次影響。其次是油管道發(fā)生泄漏后，原油和成品油很容易在海洋中大面積擴(kuò)散，對(duì)當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境造成污染，進(jìn)一步會(huì)影響到漁業(yè)、旅游業(yè)等，如果污染擴(kuò)散到他國，還會(huì)被國際社會(huì)譴責(zé)，造成不良的國際影響。

1 我國海底管道事故類型

截至2020年，我國海底管道約6000km。海洋石油工程股份有限公司的王喆統(tǒng)計(jì)了2015—2019年的海底管道事故[5]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致海底管道發(fā)生失效的比例最高因素是腐蝕因素，占到了49%，其次是第三方損壞因素，占到了29%，第三高的是管道周邊環(huán)境因素，占到了12%，其他因素占到了10%。中海油研究總院的王紅紅統(tǒng)計(jì)了中海油中國海域內(nèi)鋪設(shè)的315條海底管道[6]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致海底管道事故比例最高的是腐蝕因素，占到了37%，排第二的是第三方破壞因素，占到了33%，排第三的是自然與地質(zhì)災(zāi)害因素，占到了16%，工程質(zhì)量、沖刷和臺(tái)風(fēng)等其他因素占到了14%。

2 海底管道風(fēng)險(xiǎn)因素

根據(jù)前面的我國海底管道事故類型統(tǒng)計(jì)，對(duì)海底管道具體事故進(jìn)行分析總結(jié)，可知我國海底管道面臨的風(fēng)險(xiǎn)依次為腐蝕因素、第三方損壞因素、地質(zhì)因素和其他因素，具體海底管道風(fēng)險(xiǎn)因素如表1所示。

表1 我國海底管道風(fēng)險(xiǎn)因素表

2.1 腐蝕因素

海底管道的腐蝕根據(jù)腐蝕發(fā)生在管壁的相對(duì)位置，分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕，海管內(nèi)腐蝕和外腐蝕具有各自的特點(diǎn)和成因[7]。

海管內(nèi)腐蝕是發(fā)生在管道內(nèi)壁的腐蝕現(xiàn)象，海管內(nèi)腐蝕發(fā)生的原因主要是由于管內(nèi)輸送介質(zhì)中含有硫化氫、二氧化碳、水等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)與管道內(nèi)壁的鐵元素發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，將固態(tài)的鐵變成鐵離子，導(dǎo)致管道內(nèi)壁發(fā)生壁厚減薄的現(xiàn)象[8]。當(dāng)輸送介質(zhì)中含有硫化氫時(shí)，海管內(nèi)部還有可能會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂或氫致開裂。海管內(nèi)腐蝕速度和輸送介質(zhì)的速度和硫化氫、二氧化碳、水等含量有關(guān)。

海管外腐蝕是發(fā)生在管道外壁的腐蝕現(xiàn)象，海管外腐蝕發(fā)生的原因是由于海底管道浸沒在海水或海底土壤等電解質(zhì)溶液中，海管防腐層破損如果發(fā)生破損，海管金屬表面就會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕，因此，海管外防腐層質(zhì)量尤為關(guān)鍵。此外，海管外腐蝕速度和海水溫度、海水酸堿度、海水含鹽度、海底土壤的電阻率、海底管道周邊生物等因素相關(guān)。

2.2 第三方損壞因素

我國海底管道第三方損壞風(fēng)險(xiǎn)主要是因?yàn)闈O業(yè)活動(dòng)、航道活動(dòng)、挖沙作業(yè)、挖泥作業(yè)、打撈作業(yè)和勘探作業(yè)等活動(dòng)產(chǎn)生船體、錨、機(jī)械、網(wǎng)、鉆頭等物件對(duì)海底管道造成損壞[9]。

漁民開展?jié)O業(yè)活動(dòng)時(shí)需要下錨和撒網(wǎng)，下錨如果在管道附近，會(huì)墜落到管道外部混凝土配件上，或者在拖錨時(shí)掛到管道或者電纜上，對(duì)管道及管道附屬物造成撞擊、拖拽等損壞；普通船只經(jīng)過航道時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下錨和拖錨活動(dòng)，同時(shí)如果發(fā)生事故還會(huì)有沉船的現(xiàn)象，以及在船只救援過程中，有可能對(duì)管道造成重物壓覆、撞擊、拖拽等損壞，導(dǎo)致管道受壓、開裂；在淺海段發(fā)生的挖沙作業(yè)和挖泥作業(yè)，各種機(jī)械很容易對(duì)管道和附屬設(shè)施造成損壞，導(dǎo)致管道被刺破，拖斷等現(xiàn)象等發(fā)生。

2.3 地質(zhì)因素

海底管道的地質(zhì)因素主要是指海底的海流、土壤、海冰和地震等地質(zhì)因素對(duì)海底管道造成損傷[10]。

海底海流因素包括海底暗流、海底波浪、海底漩渦等，對(duì)管道直接造成拖拽、沖刷的作用，以及對(duì)管道周邊的土壤的沖刷，海底土壤的黏性和抗剪性差，海流的長期沖刷在海底泥沙和管道間形成了孔洞，出現(xiàn)孔洞后海流流量進(jìn)一步增加，加速了土壤流失現(xiàn)象，導(dǎo)致管道下方土壤被掏空等現(xiàn)象；海底土壤因素包括因海流導(dǎo)致的海底土壤流失，致使管道受力不均勻，產(chǎn)生切向載荷，可能引起管道疲勞等現(xiàn)象；海冰因素是指海冰在海流的作用下，對(duì)管道及附屬物產(chǎn)生撞擊、壓覆等作用，損傷管道；地震因素是指由于海底地震導(dǎo)致海底地形發(fā)生變化，海底地形發(fā)生位移、剪切等現(xiàn)象，導(dǎo)致管道受力支撐處受力不均，加上管道和介質(zhì)的重量，最終可能導(dǎo)致管道發(fā)生斷裂。

2.4 其他因素

其他因素主要包括管理制度因素、管道本體質(zhì)量因素和信號(hào)裝置故障因素，這些因素都并非隨著時(shí)間的推移有規(guī)律可循，但是必須引起重視。

管理制度因素主要包括缺乏完善的海底管道風(fēng)險(xiǎn)管理體系，缺乏對(duì)員工開展應(yīng)有的培訓(xùn)，沒有充分調(diào)動(dòng)員工的工作積極性；管道本體質(zhì)量因素是指管道出廠時(shí)鋼管焊縫質(zhì)量是否存在缺陷，在運(yùn)輸和安裝過程中是否存在損傷；信號(hào)裝置故障因素是管道儀表、監(jiān)測器、指示器和報(bào)警器等發(fā)生故障，在管道參數(shù)異常時(shí)沒有能夠報(bào)警，讓管理人員及時(shí)采取措施，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

3 海底管道應(yīng)急救援措施

(1)開展海底管道完整性管理，在海底管道設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)及廢棄處置全壽命周期引入管道完整性管理思想，整理海底管道各項(xiàng)數(shù)據(jù)，在海底管道發(fā)生事故時(shí)可以及時(shí)獲取管道相關(guān)信息，為海底管道應(yīng)急救援提供管道第一手資料，節(jié)省寶貴對(duì)應(yīng)急救援響應(yīng)時(shí)間。

(2)建立科學(xué)完善的海底管道應(yīng)急救援體系，完善企業(yè)對(duì)海底管道應(yīng)急救援體制、機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)，使海底管道應(yīng)急救援工作有規(guī)可依、有章可循。

(3)編制海底管道應(yīng)急救援預(yù)案并定期開展演練，培養(yǎng)海底管道應(yīng)急救援專業(yè)人員，專人專崗，儲(chǔ)備海底管道救援人員力量，并定期開展應(yīng)急救援相關(guān)知識(shí)培訓(xùn)，不斷提高海底管道應(yīng)急救援人員技能水平。

(4)加強(qiáng)海底管道保護(hù)宣傳，告知周邊漁民海底管道泄漏報(bào)警電話，為周邊漁民提供報(bào)告途徑，當(dāng)發(fā)現(xiàn)海底管道發(fā)生失效時(shí)可以及時(shí)報(bào)告給管道管理企業(yè)，為下一步海底管道應(yīng)急救援提供信息。

(5)建立海底管道地理信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)包括管道基礎(chǔ)信息和路由情況，將海底管道路由坐標(biāo)采集，標(biāo)注到衛(wèi)星圖中，同時(shí)將管道周邊附屬設(shè)施信息、油田作業(yè)區(qū)信息以及其他公共資源信息，為海底管道應(yīng)急救援提供數(shù)據(jù)支持。

(6)配備專業(yè)的海底救援設(shè)備和裝備，如深水作業(yè)船舶、海底管道切割換管器具、深水海管維修專用工機(jī)具和其他海底管道應(yīng)急維修備件。