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          管道研究

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          油氣管道周邊區域劃分與距離設定研究

          來源:《管道保護》2021年第3期 作者:張圣柱 Y. Frank Cheng 王如君 馮曉東 馮慶善 魏利軍 多英全 韓玉鑫 時間:2021-5-21 閱讀:

          張圣柱1,2 Y. Frank Cheng2 王如君1 馮曉東3 馮慶善4 魏利軍1 多英全1 韓玉鑫3

          1.中國安全生產科學研究院; 2.卡爾加里大學; 3.國家應急管理部; 4.國家石油天然氣管網集團有限公司


          摘要:為合理評估并有效控制管道與周邊區域的相互影響,提出一種油氣管道周邊區域劃分與距離設定方法。將周邊區域沿管道中心線兩側依次向外劃分為管道通行區、規劃控制區和應急響應區。根據法律規定、實際事故后果影響范圍和典型事故后果數值計算結果,提出三個區域的距離設定原則與計算方法以及分區域管控建議,以保障管道安全運行和周邊區域公共安全。

          關鍵詞:油氣管道;區域劃分;距離設定;管道通行區;規劃控制區;應急響應區

           

          油氣管道被稱為能源運輸的高速公路,是目前最為安全和經濟的運輸方式。但是,管道一旦失效可能引發火災、爆炸等事故,會對周邊公共安全造成較為嚴重的影響。管道大多敷設于地下,且大量經過城鄉建成區和規劃區,易遭受較為頻繁的第三方施工損壞,同時管道周邊人口密度增高導致地區等級升高和高后果區增加等,加大了管道運行風險。因此,研究管道周邊土地利用及保護區域劃分,分區域采取針對性措施管控風險,是提升管道安全水平的重要保證。

          青島“11·22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故,反映出我國在油氣管道周邊區域規劃管理方面存在問題:事故管段建成初期周邊區域人煙稀少,發生事故時已升級為Ⅲ級高后果區,給應急響應和救援帶來很大困難,導致管道安全和公共安全風險進一步加大。

          加拿大標準協會PLUS 663《管道土地利用規劃:地方政府、開發商和管道運營商指南》(2004)將油氣管道中心線兩側向外依次劃分為通行帶、緩沖帶、人口密度識別區和應急響應規劃區4個區域,并對各區域內相關方的權利和義務作出規定。美國管道和信息規劃聯合會《基于風險告知的土地利用規劃以提升途經社區管道安全的推薦做法》(2010),提出天然氣管道、液體管道分別設立200 m和200 m~305 m的咨詢區和規劃區;美國交通運輸部《減災規劃:管道附近土地利用規劃和開發實踐》(2015)將管道危害納入減災規劃入門手冊,降低管道風險。北美地區對管道周邊相關區域范圍大多直接作出規定,對事故情景考慮較少,因其土地資源豐富,部分距離設定值不適用于土地資源稀缺的地區。

          《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》從保護管道安全的角度提出了“5 m”要求,但未從土地利用規劃、應急救援等角度考慮區域劃分和管理;诋斍坝蜌夤艿酪巹、建設、運行面臨的挑戰,以及典型事故反映出的問題,借鑒北美地區經驗及做法[1-3],研究油氣管道周邊區域劃分與距離設定方法,為管道安全和公共安全管理提供技術支持。

          1 油氣管道安全面臨的突出問題

          1.1  第三方損壞

          第三方損壞是目前導致油氣管道失效的主要原因。圖 1為2016年全國陸上油氣輸送管道事故原因統計,其中第三方損壞占事故總數的38.7%。2016年7月21日,某勘察設計研究院在地質勘查過程中,將西氣東輸二線中衛站出站管道鉆漏,造成管道停輸47小時,就是一起典型的第三方損壞事故[4]。

           


          1 2016年陸上油氣輸送管道事故原因統計

           

          1.2  重復規劃使用管道用地

          一些地方政府規劃主管部門重復出讓、發包管道建設用地,導致管道占壓、安全距離不足等隱患嚴重,有些地區甚至出現學校、居民區等人員密集場所占壓管道的情況,對公共安全構成嚴重威脅。青島“11·22”事故后,全國開展了油氣輸送管道安全隱患專項排查整治,共排查出29436處隱患,其中占壓11972處、安全距離不足9171處,占隱患總量的71.8%[5]。

          1.3  管道地區等級升級

          地區等級是管道強度設計系數、相鄰閥室間距等關鍵參數設計的重要依據。建設期管道周邊人口分布稀少的地區,因經濟和社會快速發展、規劃變更等因素,人口密度劇增,由一級地區升級為四級地區[6,7],但此時管道已投入運行,原設計的管道材質、壁厚、截斷閥間距等已難以改變,導致管道設計不能滿足安全運行要求。另一方面,有的企業在管道選線過程中比較重視節省投資,未充分考慮管道失效情況下可能對周邊公眾造成的危害,存在未充分論證并盡量避繞人員密集場所等問題,造成管道周邊區域風險較高。

          2  油氣管道區域劃分

          沿管道線路中心線兩側向外依次劃分為管道通行區、規劃控制區和應急響應區(圖 2)。

           


          2 油氣管道周邊區域劃分

           

          2.1  管道通行區

          為防止挖掘施工、修建建(構)筑物等活動造成管道損壞,同時滿足日常巡檢和維護管道的需要,在管道線路中心線兩側各5 m范圍設置的控制區域。

          2.2  規劃控制區

          為降低管道失效可能導致的事故影響,在管道線路中心線兩側設置的、以控制人口密度和限制規劃特定類型場所為目的的區域。其范圍是管道線路中心線兩側30 m~100 m。

          經對多起事故后果分析和對在役管道典型事故后果數值模擬計算結果可知,輸氣管道大概率事故的死亡半徑約50 m~100 m[8],油品管道大概率事故的死亡半徑小于輸氣管道。在此距離范圍內限制新建人群疏散困難的建筑物、人員密集型建筑物以及可能引發次生事故的特定場所,能夠避免失效情況下可能造成的大規模人員傷亡。新建管道在規劃過程中,管道企業應向規劃部門說明事故潛在影響距離,并據此合理確定規劃控制區范圍。

          2.3  應急響應區

          為降低管道事故造成的人員傷亡和財產損失,在管道線路中心線兩側設置的需要采取應急措施的區域。建議油品管道、天然氣管道的應急響應區距離均不小于200 m。對于管輸介質泄漏后可能進入地下密閉空間的管段,應根據流向確定應急響應區范圍;無法確定流向時,建議應急響應區范圍不應小于2 km。特殊管段的應急響應區應結合管段實際情況計算確定。需要考慮的因素如下。

          2.3.1  事故后果影響范圍確定依據

          (1)根據管道可能發生的事故后果影響范圍確定應急響應區邊界。事故后果既應考慮大概率事故,也應考慮最大可信事故。

          (2)綜合考慮管道輸送介質、設計壓力、設計輸量、管徑、運行參數等管道本體條件和管道周邊環境,計算事故后果影響范圍。輸送多種介質的,選取可能造成最嚴重事故后果的介質。

          (3)可能發生多種事故后果的,計算最嚴重的事故后果影響范圍。

          (4)根據管道本體及周邊環境情況分段計算和劃分。

          2.3.2  計算依據

          (1)根據傷害閾值確定事故后果影響范圍,油氣管道熱輻射傷害閾值取3 kW/m2,沖擊波超壓傷害閾值取2 kPa。

          (2)同一管道應考慮造成熱輻射傷害和沖擊波超壓傷害的各類事故后果。

          (3)可采用行業認可的計算模型、計算方法或計算程序計算事故后果影響范圍[9,10]。

          2.3.3  需考慮的事故場景

          (1)輸油管道應至少考慮池火等事故場景。

          (2)輸氣管道應至少考慮噴射火、蒸氣云爆炸等事故場景。

          2.3.4  泄漏速率與泄漏量

          (1)綜合分析管道運行工況、自控系統情況、可能泄漏點位置以及泄漏點與兩側截斷閥高程關系、泄漏持續時間等因素確定泄漏速率。

          (2)綜合分析泄漏速率、可能泄漏點兩側截斷閥之間的管存量、泄漏后截斷閥關閉時間、管道沿線高程等因素確定泄漏量。輸氣管道的泄漏量不應小于可能泄漏點兩側截斷閥之間的管存量。

          (3)應考慮可能發生的最大泄漏量。相關參數不能準確確定時,可取正常工況下10 min輸量作為泄漏量。

          2.3.5  環境因素

          (1)液體管道泄漏后,周圍的地形會對泄漏介質的流動或聚集產生較大影響,可根據地面形狀和性質以及介質物性合理確定液池面積和最小厚度,當缺少合適的數據時,液池最小厚度可取典型值10 mm。

          (2)當泄漏介質存在進入地下密閉空間可能性時,應合理分析進入地下密閉空間的泄漏介質總量以及在地下密閉空間內可能發生的事故后果。

          3  區域控制與管理

          3.1  管道通行區

          3.1.1  管控重點

          (1)喬木、灌木、藤類、蘆葦、竹子等根系較深的植物,可能會對石油瀝青類外防腐層造成較為嚴重的損壞,應禁止種植;3PE外防腐層雖然受深根植物影響較小,但在管道上方種植深根植物,會影響管道運行維護和應急救援,也應禁止或限制種植。

          (2)在管道上方修建建(構)筑物或者堆放重物,會使管道長時間承壓發生變形,影響清管器、檢測器的正常通過;同時會影響搶險機具和車輛通行及限制作業面積,應禁止。

          3.1.2  第三方施工

          (1)在管道通行區進行施工,施工方應提前對管道位置進行查詢和確認[11,12]。

          (2)確認管道位置后,施工方應與管道企業協商確定施工作業方案并簽訂管道安全防護協議,防止管道因第三方施工造成損壞。

          3.2  規劃控制區

          3.2.1  管控重點

          (1)醫院、托兒所、幼兒園、養老院、監獄等人群疏散困難的建筑物和居民小區、學校、娛樂場所、車站、商場等人員密集型建筑物不僅會增加事故狀態下的應急難度,也會增加管道周邊社會風險,應禁止規劃。

          (2)區域內如果有加油站、加氣站、儲油罐、儲氣罐等易燃易爆物品存儲場所,在油氣管道失效發生火災爆炸事故時可能會引發次生事故,造成更加嚴重的后果,應禁止規劃。

          (3)區域內項目規劃變更或開發建設活動可能導致油氣輸送管道出現GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》第6.1條規定的Ⅲ級人員密集型高后果區、或現有人員密集型高后果區等級升高、或輸氣管道地區等級升高(參照GB 50251―2015《輸氣管道工程設計規范》第4.2.2條),應嚴格控制。

          3.2.2  規劃制定

          (1)制定規劃應最大限度降低管道事故發生概率和后果嚴重度。

          (2)規劃建設的相關建(構)筑物與油氣輸送管道線路和管道附屬設施的距離應當符合國家法律法規和技術標準的強制性要求。

          (3)變更規劃應充分考慮對油氣輸送管道的影響,并征求各相關方的意見與建議,變更結果應向社會公示。

          (4)油氣輸送管道與上述場所、建(構)筑物等共存于規劃控制區時,應盡早組織相關各方,根據國家法律法規,協商制定最佳解決方案,在努力降低對該區域影響并保障管道安全運行的同時,也應將經濟成本降至最低。

          3.3  應急響應區

          (1)周期性識別高后果區,重點做好與人員密集場所和人群疏散困難目標的風險溝通,開展風險告知和安全自救教育,劃定逃生路線,儲備應急物資。

          (2)安裝泄漏定位系統,有條件的輸油管道還應安裝泄漏量在線檢測系統。

          (3)定期對管道進行檢測和風險評價,及時采取風險消減措施。

          (4)定期舉行應急救援演練,持續完善應急預案。

          4  結語

          規劃控制區是上述三個區域中最難設定和管理最為復雜的區域,主要原因是當前我國經濟、社會快速發展,城鎮化進程加快,土地資源價值提高并逐漸變得稀缺,區域范圍過大將影響土地利用,同時也限制新建管道選擇路由。建議充分考慮事故后果影響,結合地區實際,合理確定區域范圍,為管道安全運行和區域發展留足安全空間,并嚴格執行。建議通過法律法規明確對油氣管道周邊區域的劃分和管理要求,并區分已建管道和新建管道。地方政府主管部門和管道企業應落實安全監管責任和安全生產主體責任,確保已建管道風險不再提高,新建管道風險合理可控。

           

          參考文獻: 

          [1]帥健.美國油氣管道事故及其啟示[J].油氣儲運,2010,29(11):806-809.

          [2]帥健.美國油氣管道的安全管理體系研究[J].油氣儲運,2008,27(7):6-11.

          [3]S. Girgin, E. Krausmann. Historical analysis of U.S. onshore hazardous liquid pipeline accidents triggered by natural hazards[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2016, 40: 578-590.

          [4]西氣東輸管道公司全力搶修受損管道 降低事故影響[EB/OL]. 2016-07-22. http://www.chinanews.com/ny/2016/07-22/7948273.shtml.

          [5]國務院安全生產委員會關于深入開展油氣輸送管道隱患整治攻堅戰的通知[EB/OL]. 2014-11-02.http://www.scio.gov.cn/xwfbh/xwbfbh/wqfbh/2014/20141104/xgbd32055/Document/1385755/1385755.htm.

          [6]董紹華,王東營,費凡,安宇,董秦龍,周永濤. 管道地區等級升級與公共安全風險管控[J].油氣儲運,2014,33(11):1164-1170.

          [7]馮慶善.油氣管道事故特征與量化的理論研究[J].油氣儲運,2017,36(4):369-374.

          [8]李晰睿,肖國清.架空天然氣管道泄漏事故后果數值模擬研究[J].中國安全生產科學技術,2015,11(4):77-83.

          [9]CCPS. Guidelines for Vapor Cloud Explosion Pressure Vessel Burst, BLEVE, and Flash Fire Hazards(second ed.) [M]. John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2010.

          [10]Roberto Bubbico. A statistical analysis of causes and consequences of the release of hazardous materials from pipelines. The influence of layout[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2018, 56: 458–466.

          [11]張圣柱.油氣管道周邊挖掘前咨詢系統建設探討[J].中國安全生產科學技術,2017,13(10):80-85.

          [12]張圣柱,王如君,多英全,魏利軍,吳宗之. 國家油氣管道地圖系統架構探討[J].中國安全生產科學技術,2016,12(11):12-18.

           

          基金項目:中國國家留學基金、國家重點研發計劃課題(2016YFC0801500)。

           


          作者簡介:張圣柱,1983年生,2012年獲中國礦業大學(北京)博士學位,現為中國安全生產科學研究院高級工程師,主要從事油氣管道及危險化學品安全技術研究。聯系方式:010-84917513,zhangsz@chinasafety.ac.cn。

           

          (原文刊于《中國安全生產科學技術》2019年第15卷第1期,轉載時作者有刪節。)

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