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          管道研究

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          降壓運行對降低輸氣管道安全風險有效性探討

          來源:《管道保護》2022年第4期 作者:羅強賢 伍全紅 邱天 廖東波 王寧 時間:2022-8-9 閱讀:

          羅強賢1 伍全紅1 邱天2 廖東波3 王寧3

          1.湖南有色冶金勞動保護研究院有限責任公司;2.西氣東輸長沙輸氣分公司;3.湖南省天然氣有限公司

           

          摘要:在役輸氣管道因地區等級升級擬采取降壓運行措施,采用模擬方法對比降壓前后事故后果影響范圍,采用半定量、定量風險評價方法分析其降低安全風險的有效性;結果表明輸氣管道“降壓運行”措施在近距離存在大量居民建筑情況下可一定程度減小影響范圍,但管道安全風險并未降低至可接受范圍。降壓運行對于降低輸氣管道安全風險作用具有局限性,提出的風險分析方法和措施有效性探討為輸氣管道“消隱患、降風險”提供科學依據。

          關鍵詞: 輸氣管道;安全隱患;降壓運行

           

          建設期管道周邊人口稀少的地區,隨著經濟和社會快速發展以及規劃變更等因素,人口密度劇增,此時已投入運行的管道地區等級由一、二級升級為三、四級,原設計的管道材質、壁厚、截斷閥間距等均難以改變,導致管道現狀不能滿足相關法規標準有關安全運行要求,造成局部管段存在較大安全風險,甚至重大安全風險。本文以某在役輸氣管道擬采取降壓運行消除地區等級升級帶來的安全隱患,分析該措施降低安全風險的有效性。

          1 輸氣管道現狀

          某輸氣管道在城市郊區段原按照二級地區設計,壓力6.3 MPa,管徑508 mm,鋼級L415,壁厚7.9 mm(考慮地區等級升級,提高了壁厚)。當地政府部門在管道(長度約700 m)上方兩側規劃建設居民小區,管道兩側200 m范圍內修建6層居民樓多達120棟,人口近萬人,管道地區等級由原來的二級升至四級,安全風險增大(圖 1)。


          圖 1 輸氣管道示意圖

          在短期不能實施改線情況下,經第三方機構評估,提出了采取包括“降壓運行”的一系列措施降低風險,如增設蓋板、應力監測裝置、陰極保護電位檢測裝置、視頻監控系統,同時在管道上方增設警示牌,增加巡線密度,定期開展管道內檢測和外檢測等。但因降壓運行會降低管輸量,影響下游城鎮生產生活用氣,管道企業一直未予實施。

          2 降壓前后事故后果對比

          2.1 運行安全壓力確定

          根據GB 50251― 2015《輸氣管道工程設計規范》第5.1.2條規定,按式(1)反算降壓運行最大壓力:


          式中, δ 為鋼管壁厚, mm; P 為最大運行壓力, MPa; D為鋼管外徑, 508 mm; σ s為最低屈服強度, 415 MPa; F為強度設計系數,四級地區取0.4; φ 為焊縫系數,取1.0; t為溫度折減系數,取1.0。以7.9 mm鋼管壁厚反算四級地區管道最大運行壓力為5.1 MPa。

          2.2 潛在影響半徑對比

          根據GB 32167― 2015《油氣輸送管道完整性管理規范》規定,計算輸氣管道潛在影響半徑:


          降壓后,運行壓力取5.1 MPa,潛在影響半徑:

          對比潛在影響半徑,降壓運行后減小了12.66 m,但仍覆蓋了管道兩側大量建筑物區域,按人口密度估算潛在影響半徑范圍內人口數量達到約6000人。

          2.3 事故后果影響范圍對比

          為更直觀比對,采用中國安科院CASST―QRA軟件模擬計算輸氣管道在各種泄漏模型下的事故后果影響死亡半徑,作為參考。

          對比表 1結果可知,降壓運行后管道模擬中孔、大孔、完全破裂事故后果影響死亡半徑減小了5 m~14 m不等,與潛在影響半徑變化情況大致吻合。就該案例管道,降壓運行后事故狀態仍將造成嚴重后果。

          表 1 降壓前后輸氣管道事故后果影響死亡半徑


          3 安全風險分析

          管道風險評價有定性評價方法、半定量評價方法、定量評價方法,包括但不限于專家評價法、安全檢查表法、風險矩陣法、指標體系法、場景模型評價法、概率評價法等。結合現場管道數據完整程度,本次采用風險矩陣法及定量風險評價方法進行分析。

          3.1 風險矩陣分析

          采用GB 32167― 2015《油氣輸送管道完整性管理規范》附錄E風險矩陣(表 2)分析,當安全風險不可接受時,需要通過降低“事故發生概率”或減小“事故后果”或同時從兩方面采取措施消減風險,確保管道風險可接受。

          表 2 風險矩陣表


          ( 1)降壓運行前,管道企業采取的一系列措施均從降低事故發生概率考慮,未采取減小事故后果措施。按表 2所示,假設事故發生概率低則失效可能性取1;周邊人口密度高管道失效會造成大量人員傷亡則失效后果取E;風險等級為III級,即較高級,風險不可接受,應在限定時間內采取有效措施消減風險。

          ( 2)降壓運行后,事故發生概率進一步降低,失效可能性仍取1;事故后果影響范圍有所減小,但在其影響范圍內仍將造成大量人員傷亡,失效后果還取E;風險等級仍為III級,即較高級,風險不可接受。

          3.2 定量風險分析

          依據SYT 6891.2― 2020《油氣管道風險評價方法 第2部分 定量評價法》,進一步進行定量風險分析。個人風險和社會風險可接受標準參照GB 36894― 2018《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》,管道兩側居民小區屬于一般防護目標中的一類防護目標,個人風險基準如表 3、圖 2(a)所示,社會風險基準如圖 3(a)所示。

          表 3 個人風險基準




          (a) 個人風險等值線示意圖

          (b)案例個人風險等值線圖

          圖 2 個人風險等值線圖

          (a) 社會風險基準(F-N)曲線

          (b)案例社會風險曲線(F-N)
          圖 3 社會風險曲線(F-N)圖

          定量風險評價結果表明:

          (1)未得到個人風險1×10-5次/年、 3×10-6次/年等值線。

          (2)個人風險3×10-7次/年等值線覆蓋到管道兩側居民建構筑物,個人風險是不可接受的,如圖 2(b)所示。

          ( 3)社會風險曲線有部分已處在風險不可接受區,即社會風險不可接受,如圖 3(b)所示。

          4 結論及建議

          ( 1)輸氣管道降壓運行措施可一定程度減小事故后果影響半徑,但對于近距離高密集人口區域管道,降低安全風險具有局限性;針對該類安全隱患,建議采取改線措施以徹底消除風險。

          ( 2)嚴格控制在管道兩側近距離修建居民小區和高密集人口的公共場所和設施,避免造成后期管道重大安全風險難以消減。

          ( 3)及時修訂《輸氣管道工程設計規范》《油氣輸送管道完整性管理規范》等標準規范,對新建管道路由處于地區等級三級以上管段在可研階段即應開展安全條件論證或風險評價。

           


          作者簡介:羅強賢, 1985年生,學士,注冊安全工程師/安全評價師/中級管道完整性管理工程師,主要從事油氣管道安全管理工作。聯系方式:18874087109, 361483940@qq.com。

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