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管道研究

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输油管道环境敏感型高后果区管理思考

来源:《管道保护》杂志 作者:张希祥;张华兵;杨玉锋;张强;魏然然 时间:2019-9-17 阅读:

张希祥 张华兵 杨玉锋 张强 魏然然

中国石油管道科技研究中心/油气管道输送安全国家工程实验室



1 背景

管道是一种密闭的输送方式,在运输过程中损耗很小。管道运输与水路、公路和铁路等传统运输方式相比,无论在成本还是在安全稳定性和环保方面都更具优势,已经成为油气运输的主渠道。

输油管道在设计、安装和运行过程中面临人员、设备、环境等多方面的不安全因素,管道泄漏事故一旦发生,轻则造成环境污染,重则导致火灾、爆炸等重大安全事故,造成人员伤亡、财产损失和环境破坏[1]。 2010年7月16日大连中石油储运原油库输油管道爆炸事故、 2013年11月22日中石化青岛东黄输油管线原油泄漏爆炸事故造成严重后果[2,3],给公共安全和环境带来了巨大危害。

若管道沿线地区河流、湖泊、水库分布密集,且植被资源丰富,沿线附近分布多处风景名胜区、自然保护区、水源保护林、地质遗迹和人文遗迹等,给管道高后果区管理带来严峻考验。

依据GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》,管道经过区域符合输油管道高后果区管段识别分级表中e)、 f)两项的输油管道,即为环境敏感型高后果区。

笔者在环境敏感型高后果区工作实践中发现,输油管道高后果区f)识别项中对河流没有进行定量描述。例如在我国西部地区,很多河流都是季节性河流,全年很多时间段都是枯水期,这种情况下也列为最严重的Ⅲ级高后果区有些牵强。同时管道在河流枯水期发生泄漏,河沟道还可以起到限制扩散的作用。建议国标中量化河流的年径流量、月径流量等指标,以便实现对管道高后果区精准识别。

2 泄漏后果分析

2.1 油品泄漏模拟

(1)油品泄漏量计算

阀门关闭前,输油管道泄漏主要受管道输送压力、管径、介质物性等参数的影响,可采用伯努利方程计算粗略的泄漏量。

式中, QL为液体泄漏速度, kg/s; Cd为液体泄漏系数,一般取0.60~0.64; A为裂口面积, m2; ρ 为泄漏液体的密度, kg/m3; p为管道内压, Pa; p0为环境压力, Pa; g为重力加速度, m/s2; h为裂口之上液位的高度, m。

阀门关闭后,泄漏量主要受泄漏点所处高程的影响,可粗略的估算为泄漏点上下游截断阀之间高程大于泄漏点的管道内的储存油量。

(2)油品扩散速度模拟

油品泄漏到河道、沟渠中后,顺着河道、沟渠向下游流动,流动模型模拟为粗糙密度大的开放明渠。利用矩形明渠曼宁公式可对流速进行粗略估算。

式中, n为粗糙率,是综合反映管渠壁面粗糙情况对流体影响的一个系数; R为水力半径,是流体截面积与湿周长的比值,湿周长指流体与明渠断面接触的周长,不包括与空气接触的周长部分; J 指河道的平均坡度。

通过泄漏量计算和扩散速度模拟可以对油品泄漏后影响区域进行判断,以便后续采取适当措施进行围堵和清理。

2.2 泄漏后果分析

成品油和原油泄漏后主要影响土壤、农田和地表水,其中,对地表水的影响尤为严重。

土壤农田方面:油品的大规模泄漏可影响区域生态环境,减少农作物产量或降低有机物的生物量。最显著的危害表现为:油品黏附于枝叶,阻止植物进行光合作用,可使植物枯萎死亡;在土壤中黏附于植物根系,可阻止植物吸收水分和矿物质而死亡。因此,油品泄漏可能引起原生植被生态系统退化,次生植被生态系统演替,从而相应改变生态系统中各组成对应生态位的变动。若发生泄漏,主要对土壤产生影响。油品在土壤内部由于重力作用沿垂直方向向地下渗透,柴油黏度较大,渗透深度有限,泄漏后覆盖表土或渗入土壤后,将堵塞土壤孔隙,使土壤板结,通透性变差,从而造成土壤长期处于缺氧还原状态,土壤养分释放慢,不能满足农作物生长发育的需要而致其死亡,汽油还会向土壤深层迁移,甚至影响到地下潜水。

地表水方面:油品进入水体后,由于石油难溶于水,且密度比水小,黏度较大,因此,溢油首先会因浮力浮于水面上;同时由于重力和表面张力的作用而在水面上形成油膜,并向四周散开,因黏结力而形成一定厚度的成片油膜,并借助风、浪、流的作用力在水面漂移扩散。与此同时,溢油会发生一系列溶解、乳化等迁移转化反应,一旦遇到生物体、无机悬浮物或漂移至岸边,还会发生附着、吸附和沉降等变化。

3 污染原因分析

环境敏感型高后果区管道泄漏造成污染的主要原因有以下几类。

(1)第三方损坏

主要是沿线第三方施工作业和其他活动,如挖鱼塘、挖沙、清淤等对地表进行开挖,开挖过程中造成管道损坏,导致管道破裂、泄漏,如2014年南沙“6·28”外管道漏油事故,是因第三方施工造成的柴油泄漏。

(2)腐蚀穿孔

主要包括内腐蚀和外腐蚀。穿越环境敏感型高后果区管道一般多处河流、湿地等,在周边地形中都处于较低的位置,在管道沿线也多是高程地点,容易发生内腐蚀。此外,穿越段土壤含水量较高,容易对管道外壁造成腐蚀。比如青岛“11·22”事故,就是输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂,造成管道漏油。

(3)自然灾害事故

由于地震、洪水等自然灾害造成的管道变形、断裂等,如重庆“6·30”事故就因集中强降雨诱发山体滑坡导致管道漏油。

(4)制造与施工缺陷

比如建设期管道施工过程中对管道外壁和防腐层造成损坏、钢管本身的制造缺陷等问题,容易发生管道失效导致泄漏。

(5)人员误操作

管道设计、施工、运行人员在工作中的失误,会对管道安全带来潜在危险。如管道起输中未确认线路截断阀是否处于全开状态,可能造成外管道憋压而致管道发生变形,进一步撕裂焊口等位置造成漏油。

4 建议

技术方面,定期对管道进行风险评价。从第三方损坏、腐蚀、制造与施工缺陷、地质灾害和误操作五 大风险因素进行风险分析,将管道内外检测结果和完整性评价结果作为腐蚀减薄因素综合考虑,及时发现管道的高风险点,并采取有效措施降低管道风险。在管道穿越河沟的下游安装锚墩、拦油坝等拦截措施,以期降低污染区域。

管理方面,加强应急管理。贯彻《突发事件应对法》《环境保护法》及其他国家法律、法规及有关文件要求,加强与地方生态环境、应急等部门的联动,做到企业与政府应急预案的有效衔接,避免次生环境污染事件发生。

 

参考文献:

[1] 佟淑娇 ,王如君 ,李应波 ,等 .基于 V P L的输油管 家工程实验室,从事管道完整性技术研究工作。道实时泄漏检测系统[J].中国安全生产科学技术,2017,13(4):117-122.

[2] 任顺顺.油气长输管道泄漏检测技术研究[J].油气储运,2014,32(6):25-27.

[3] 严大凡.输油管道设计与管理[M].北京:石油工业出版社,1986:6.

 

基金项目:国家重点研发计划资助“油气管道及储运设施安全风险评估技术研究”, 2016YFC0802104。

作者:  张希祥, 1989年生, 2014年毕业于中国地质大学(北京)安全技术及工程专业,硕士学位,工程师,现就职于中国石油管道科技研究中心、油气管道输送安全国 家工程实验室,从事管道完整性技术研究工作。 

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