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管道研究

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LNG碼頭自然災害風險監測預警及防控技術

來源:《管道保護》2024年第1期 作者:吳斌 時間:2024-1-23 閱讀:

吳斌

中國石化青島液化天然氣有限責任公司 

 

摘要:LNG碼頭及附屬設施由于其特殊的地理位置和結構特征,普遍存在遭受氣象災害、海洋災害、地質災害等自然災害的風險。以山東某LNG碼頭自然災害監測預警及風險防控為例,通過對LNG碼頭遭受自然災害風險進行識別與評價,構建了LNG碼頭自然災害風險識別與評價體系,完善了風險評估方法、標準、防治體系,建立了自然災害監測預警平臺,科學有效地開展LNG碼頭自然災害風險防控,可供同行業參考借鑒。

關鍵詞: LNG碼頭;自然災害;監測預警;風險防控

 

LNG碼頭作為接收進口LNG資源的重要中轉站,是構建多元化天然氣供應體系的重要場所,對于保障國家能源安全有重要意義。LNG碼頭及附屬設施由于特殊的地理位置和結構特征,普遍存在遭受自然災害的風險。

通過資料收集、現場調查及相關調研,LNG碼頭自然災害主要包括氣象災害、海洋災害、地質災害三大類。其中氣象災害主要包括臺風、暴雨、大霧等;海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰等;地質災害主要包括地面沉降、地震災害等。為此,需開展自然災害識別與評價、監測預警、應急處置等工作,構建科學有效的自然災害防控體系,保障LNG碼頭安全建設與運營。

1  自然災害風險評價

1.1  風險評價方法

LNG碼頭自然災害風險評價可采用風險矩陣方法、數值模擬、層次分析法、專家經驗法等綜合評價方法。

臺風、風暴潮、海浪等災害風險評價。采用風險矩陣方法將致災體危險性和承災體的敏感性進行量化,由量化結果確定致災體的危險性等級和承災體的敏感性等級,災害的風險等級由致災體的危險性等級和承災體的敏感性共同決定,見表 1。

1 災害風險分級矩陣


地質災害風險評價。主要通過構建災害風險評估指標體系,依照公式(1)綜合考慮災害危險性、易損性和失效后果來確定,同時基于層次分析法、風險指數法、專家經驗法計算得出各評價因素權重,并通過一致性檢驗。層次分析模型見圖 1。


式中:R為災害風險;H為危險性;V為易損性;C為失效后果。


1 層次結構模型

根據災害風險評價中各因子取值大小,依照公式(2)對各評價對象的風險評價指數進行計算,進而對評級結果進行風險分級,最終確定災害的風險等級。


式中:R為災害風險評價指數;Wi為權重;Ni為各因素指數。

暴雨積水風險評價。采用基于GIS與SWMM的城市雨洪模擬模型,結合地方經驗設計暴雨公式(3),按照國家氣象局公布的暴雨預警等級,得到其對應的設計暴雨時間序列圖。


式中:P為設計重現期(年);q為設計暴雨強度(升/秒/公頃);t為降雨歷時(分鐘)。

分別選取四個不同暴雨預警等級的降雨時間序列,并進行降雨模擬,得到廠區積水情況,見圖 2。綜合考慮歷史降雨量,結合國家預報暴雨量級,依據模擬結果對廠區內各區域暴雨災害積水風險進行分級,分級標準見表 2。


2 不同暴雨預警等級下場區積水情況預測

2 暴雨災害積水風險等級劃分標準


1.2  風險評價結果

基于上述風險評價方法,對LNG碼頭氣象災害、海洋災害、地質災害進行調查與風險評價,各類自然災害風險統一劃分成四級,分別為高風險(I級)、較高風險(II級)、較低風險(III級)和低風險(IV級),風險評價等級結果詳見表 3。

3 LNG碼頭自然災害風險等級匯總表


2  自然災害風險防控體系

2.1  基本原則及防控思路

自然災害防控應堅持“以防為主、防治結合、抓早抓小、風險可控、應對科學、處置規范、經濟合理、保障有力”的基本思路。

預警監測以“資源整合、數據共享”為原則,整合氣象、海洋行業資源,針對孕災環境、災害本體、誘發因素、工程本體四要素進行監測。

風險排查以自然災害(隱患)與LNG碼頭運營安全的相互關系為核心,科學制定不同階段不同時期防治對策,做到相互銜接、有機結合,最大限度降低各類自然災害風險。

2.2  防控體系建設方面

建立碼頭結構質量風險評價模型。根據碼頭的結構特點和自然災害風險,研究碼頭結構的損傷機理,找出影響碼頭結構質量風險的各影響因素。

建立風險分析方法和風險評價指標體系。對已經建立的碼頭結構質量風險評價體系進行風險評價,風險分析要著重考慮影響碼頭結構質量風險因素的復雜性和模糊性,并且在分析時要盡量減少人為主觀因素的影響。

建立剩余使用壽命預測模型和質量風險的預警系統,分析在役碼頭結構的質量風險狀態。

2.3  監測預警平臺建設方面

建立動態在線監測系統。對LNG碼頭承受風、浪、流、地震等環境荷載和車輛荷載、船舶荷載、機械荷載等作用下的碼頭結構變形、位移等狀況進行長期監測。①對沉箱結構、樁基結構及工作平臺構件的變形、位移及裂紋裂縫風化等表面質量和結構尺寸、鋼筋銹蝕、抗滲透能力等進行監測;②對引橋、引堤箱梁、梁板和樁基結構的水平和垂直位移、結構變形以及鋼筋混凝土表面質量、內部質量進行監測;③對基床和基礎的淘刷及不均勻沉降、重要的結構部件進行監測。

分析結構應力應變和變形位移規律。建立碼頭結構及構件應力、變形數學預測模型,得到碼頭橫梁鋼筋銹蝕深度及體系可靠度隨時間的變化曲線,根據變化曲線建立預測模型,預測碼頭壽命。

建立碼頭設施健康監測預警平臺。主要包括自然災害的預警信息預警預報,LNG碼頭結構實時監測數據與失效預警,云端數據計算與分析,失效時間預測,各類監測預警信息的實時互通聯動、分析計算,輔助LNG碼頭自然災害防控決策四個方面(圖 3)。


3 LNG碼頭結構設施健康監測預警平臺

2.4  應急處置

堅持“以人為本、預防為主,統一領導、分級負責,反應迅速、措施得當,依靠科技、提高素質”的原則,建立應急處置組織機構,明確各層級職責,遵循分級響應程序,根據突發自然災害事件的等級,確定應急啟動相應級別的應急預案,F場應急處置人員定期進行自然災害突發事件應急業務培訓,熟練掌握本預案內容和工作流程,不斷提高自然災害應急處置和指揮協調能力。

3  結語

就研究結果來看,LNG碼頭自然災害風險最高的是海洋災害,然后是氣象和地質災害。LNG船舶受臺風、海浪災害威脅,同時存在與碼頭結構碰撞的風險。地面沉降不易被發現,一旦發生災害后果嚴重。

LNG碼頭自然災害防治是一個復雜的系統工程,要建立政府主導、企業主責、社會參與的災害防治責任體系。進一步完善監測預警技術體系與技術標準,從海況、地質環境、海洋災害(浪蝕、洋流堆積、海岸帶地質災害、海水腐蝕)、氣象災害、第三方視頻監測等方面,形成系統完善的LNG碼頭自然災害監測、預警與應急標準。同時建立專業監測與巡查巡測相結合的監測預警體系,對重大災害點進行重點監控,防患于未然。

 

(本文系作者2023年10月13日在第四屆管道自然災害防治研討會上的發言)


作者簡介:吳斌,1979年生,高級工程師,現任中國石化青島液化天然氣有限責任公司總經理/黨委書記。多年從事天然氣儲運、液化天然氣工程建設和運營工作,參與管道保護、自然災害防治等相關標準的編制。


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