熊健 周亚薇 张振永

中国石油天然气管道工程有限公司

 

摘要：依据管道保护法及国家标准，输气管道与建构筑物的间距仅有不小于5 m的强制要求，此“间距”虽然满足了管道的施工及运行管理需求，但未考虑管道周边人员风险、管道失效后果因素。总结分析了国内外法规标准关于输气管道与周边建构筑物的间距要求，探讨了经验取值法、基于失效后果的设计方法和基于风险评价的设计方法及各自优缺点，提出了在基于管道定量风险评价间距设计基础上，增加验算管道失效特定后果的间距设计新理念。

关键词：输气管道；间距；风险评价；特定后果

 

随着国民经济持续发展，城乡扩张与油气管道建设运营之间的矛盾逐渐凸显，管道与建构筑物之间的间距问题尤为突出。依据石油天然气管道保护法和输气管道设计标准规范，输气管道与建构筑物间距应不小于5 m。5 m间距仅满足管道施工和运行管理要求，并未考虑管道一旦发生失效对周边安全的影响。与我国国情类似的欧洲地区已经采用基于风险评价与公众安全设置管道与建构筑物间距的方法。笔者在基于管道定量风险评价基础上，提出了增加验算管道失效特定后果的间距设计理念，为管道建设和运行管理中处理与周边建构物间距问题提供了一个新角度。

1  间距标准对比与剖析

1.1  主要国家间距要求

通过对比国内外标准，发现不同国家在设计阶段对管道与建构筑物的间距要求、间距设置原则、考虑因素等均存在差异，国际上并没有统一标准。对比主要结果见表 1。

1.2  间距设计方法剖析

根据各国标准规定和主要考虑因素，结合各国管道路由选线原则，基本可以将其按照地域特点划分为如下几类。

1.2.1  经验取值法

我国GB 50251―2015《输气管道工程设计规范》对管道与地上建构筑物的间距规定为不小于5 m，与管道保护法的要求一致。管道保护法5 m数值的确定主要从“保护管道”的角度出发，即保护管道免受近距离施工作业影响和损伤、保证管道维抢修作业所需的单侧通车能力、满足管道开挖放坡和堆土作业的空间需求，并本着节约使用土地的原则。

我国管道与建构筑物间距要求可认为是经验取值法，该方法根据历史经验或专家判断，列出不同工业活动或设施与其他场所或区域之间的安全距离，其大小取决于工业活动的类型或现存危险物质的性质和数量。

该方法的原理简单直观，容易理解和便于操作，所以至今仍被广泛应用。但是，该方法仅建立在专家经验或历史案例基础上，并没有考虑管道及设施的安全管理水平和管道本质安全等方面的差别。

GB 50028―2016《城镇燃气设计规范》中明确规定各种管径、压力、壁厚及地区等级下管道与建构筑物的间距，基本等效采用了英国气体工程师学会标准IGE/TD/1《高压燃气输送钢管》要求。但由于城镇燃气敷设区域及失效后果与长输管道差异较大，其间距要求无法直接借鉴和采用。

1.2.2  基于失效后果的设计方法

俄罗斯设计标准中对不同管径管道与地上不同建构筑物的间距均有明确要求，间距范围从25 m～350 m不等，通过失效影响范围（与管径相关）来确定管道与建构筑物的间距，从而避免管道失效导致较为严重的后果。

意大利的相关法规针对建构筑物和特定场所等人员密集场所提出了间距要求。意大利SNAM公司针对城镇和人员密度高的建筑物的实际做法（100 m）为基于后果的间距控制方法，主要防控措施为套管保护。该方法的核心是基于各种“最坏假想事故情景”模型，并计算“最坏事故情景”的物理量达到一定阈值的距离；再根据这个距离进行分区：在这个区域内会造成死亡或某种伤害，区域之外则不会造成相应后果。

该方法的优点是计算过程与计算结果都是系统确定的，可信度高，可以给出不同条件下最严重事故的伤害半径，并用于土地利用规划及决策，可操作性强。但由于没有考虑事故发生的概率，不利于土地的合理使用和规划。

1.2.3  基于风险评价的设计方法

基于风险评价的设计方法主要以英国、荷兰等欧洲标准为代表。该方法以定量风险评价（QRA）为基础，依据个人风险和社会风险能否满足风险可接受准则来评估管道与建构筑物的间距。基于风险评价的方法科学、灵活、全面，能够反映管道实际的风险状况。

该方法首先计算危险源的个人风险（IR）和社会风险（SR），然后依据风险可接受标准进行相关间距分区，通常以个人风险可接受标准为主，以社会风险可接受标准为辅。基于定量风险评价的方法同时考虑事故后果严重程度和事故发生概率，因此更加全面。

2  基于定量风险评价的间距设计

2.1  风险准则

2.1.1  依据

GB 36894―2018《危险化学品生产装置和储存设施风险基准》在《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准（试行）》（原国家安全生产监督管理总局2014年 第13号公告）基础上，对防护目标按照使用性质，考虑防护能力和疏散场景，进行了细化分类，提出了个人风险可接受标准（概率值），见表 2。其中高敏感防护目标、重要防护目标与管道高后果区定义的特定场所较为吻合。

SY/T 7380―2017《输气管道高后果区完整性管理规范》提出定量风险评价的个人风险和社会风险可接受准则按照13号公告执行。

GB/T 34346―2017《基于风险的油气管道安全隐患分级导则》与SY/T 6859―2012《油气输送管道风险评价导则》提出的个体风险基准并未对防护目标分类，风险基准低于13号公告。

考虑到输气管道输送介质为天然气，属危险化学品，风险准则推荐采用GB 36894―2018《危险化学品生产装置和储存设施风险基准》。

2.1.2  个人风险

个人风险表示由于事故而导致特定防护目标的个人死亡概率，详见表 2。

2.1.3  社会风险

社会风险表示特定防护目标多人死亡的事故累计频率，也就是群体死亡的频发程度。通过两条风险分界线将社会风险划分为三个区域，即：不可接受区、尽可能降低区和可接受区，详见图 1。

图 1 社会风险基准图

2.2  间距初步判定

采用定量评价方法对管道沿线风险分别进行个人风险和社会风险的模拟计算，根据标准规定的特定防护目标个人风险可接受值，初步判定管道与特定防护目标（特定位置）的设计间距；同时辅以社会风险评价结果做参考。如国内某管道定量风险评价结果见图 2、图 3和表 3。

图 2 国内某管道特定位置个人风险横切图

图 3 国内某管道特定位置社会风险曲线图

3  基于失效后果的间距设计

3.1  失效后果分析

3.1.1  基于风险评价间距设计的不确定性

相较于经验取值法和基于失效后果的设计方法，基于风险的设计方法既可充分利用管道周边土地资源，又能保证管道周边风险可控，是目前复杂地区管道设计的常用方法。由于管道失效风险=管道失效概率×管道失效后果，而管道失效概率主要有基于历史失效数据库（或修正）的计算方法及基于可靠性的计算方法。考虑到管道建设与运营所涉及的钢管规格、制管工艺、建设年代、焊接工艺、施工队伍、检测水平、外部环境、防护措施等差异较大，可用的管道历史数据、管体及焊缝基础数据、荷载信息等获取难度大，导致用这两种方法计算的失效概率都有一定误差，不能完全真实反映管道特定位置的失效概率。因此，目前技术水平及现存数据条件下，基于风险的间距设计还存在一定的不确定性。

3.1.2  法规与标准要求

国务院令第493号《生产安全事故报告和调查处理条例》规定，10人及10人以上人员死亡的重大事故、特别重大事故逐级上报至国务院安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门。

根据GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》附录E管道风险矩阵法失效后果等级规定，当人员死亡≥10人，失效后果为E类。而当失效后果为E类时，在任何失效可能性的情况下（即使最低失效概率），风险均为较高（Ⅲ）和高（Ⅳ），风险水平不可接受。

所以，从绝对后果角度看，10人及10人以上死亡事故，都属于不可接受特定后果。

3.2  验算特定后果的间距设计

中国石油天然气管道工程有限公司（管道设计院）为弥补定量风险评价中失效概率计算的不确定性，满足法规与标准基本要求，提出在基于定量风险评价的间距设计基础上，增加验算管道失效特定后果的间距设计方法。

首先模拟计算管道周边的个人风险及社会风险水平，与标准规定的特定防护目标可接受风险值进行对比，初步判定基于风险的“设计间距”；再验算管道发生失效事故后最多伤亡人数是否满足“10人”特定后果准则。

如果个人风险、社会风险或“10人”准则任何一项结果未满足法规与标准要求，则管道与建构筑物间距不可接受，需要调整管道输送参数或周边建筑物分布；反之，三项结果均满足才能判定油气管道与建构筑物间距可以接受。

同时，该方法在进行输气管道失效后果分析时，主要考虑喷射火的热辐射影响和危害后果作为度量参考。

4  结语

在基于管道定量风险评价的间距设计基础上，提出了增加验算特定后果的间距设计理念，弥补了定量风险评价中失效概率计算的不确定性缺陷，提高了管道与建构筑物间距设计的合理性。

作者简介：熊健，1981年生，高级工程师，中国石油天然气管道工程有限公司（管道设计院）管道完整性管理所所长，现主要从事油气长输管道完整性技术与管理工作。联系方式：0316-2077470、13930630437，xiongjian1314@cnpc.com.cn，xiongjian0203@foxmail.com。