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管道研究

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油气管道周边区域划分与距离设定研究

来源:《管道保护》2021年第3期 作者:张圣柱 Y. Frank Cheng 王如君 冯晓东 冯庆善 魏利军 多英全 韩玉鑫 时间:2021-5-21 阅读:

张圣柱1,2 Y. Frank Cheng2 王如君1 冯晓东3 冯庆善4 魏利军1 多英全1 韩玉鑫3

1.中国安全生产科学研究院; 2.卡尔加里大学; 3.国家应急管理部; 4.国家石油天然气管网集团有限公司


摘要:为合理评估并有效控制管道与周边区域的相互影响,提出一种油气管道周边区域划分与距离设定方法。将周边区域沿管道中心线两侧依次向外划分为管道通行区、规划控制区和应急响应区。根据法律规定、实际事故后果影响范围和典型事故后果数值计算结果,提出三个区域的距离设定原则与计算方法以及分区域管控建议,以保障管道安全运行和周边区域公共安全。

关键词:油气管道;区域划分;距离设定;管道通行区;规划控制区;应急响应区

 

油气管道被称为能源运输的高速公路,是目前最为安全和经济的运输方式。但是,管道一旦失效可能引发火灾、爆炸等事故,会对周边公共安全造成较为严重的影响。管道大多敷设于地下,且大量经过城乡建成区和规划区,易遭受较为频繁的第三方施工损坏,同时管道周边人口密度增高导致地区等级升高和高后果区增加等,加大了管道运行风险。因此,研究管道周边土地利用及保护区域划分,分区域采取针对性措施管控风险,是提升管道安全水平的重要保证。

青岛“11·22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故,反映出我国在油气管道周边区域规划管理方面存在问题:事故管段建成初期周边区域人烟稀少,发生事故时已升级为Ⅲ级高后果区,给应急响应和救援带来很大困难,导致管道安全和公共安全风险进一步加大。

加拿大标准协会PLUS 663《管道土地利用规划:地方政府、开发商和管道运营商指南》(2004)将油气管道中心线两侧向外依次划分为通行带、缓冲带、人口密度识别区和应急响应规划区4个区域,并对各区域内相关方的权利和义务作出规定。美国管道和信息规划联合会《基于风险告知的土地利用规划以提升途经社区管道安全的推荐做法》(2010),提出天然气管道、液体管道分别设立200 m和200 m~305 m的咨询区和规划区;美国交通运输部《减灾规划:管道附近土地利用规划和开发实践》(2015)将管道危害纳入减灾规划入门手册,降低管道风险。北美地区对管道周边相关区域范围大多直接作出规定,对事故情景考虑较少,因其土地资源丰富,部分距离设定值不适用于土地资源稀缺的地区。

《中华人民共和国石油天然气管道保护法》从保护管道安全的角度提出了“5 m”要求,但未从土地利用规划、应急救援等角度考虑区域划分和管理。基于当前油气管道规划、建设、运行面临的挑战,以及典型事故反映出的问题,借鉴北美地区经验及做法[1-3],研究油气管道周边区域划分与距离设定方法,为管道安全和公共安全管理提供技术支持。

1 油气管道安全面临的突出问题

1.1  第三方损坏

第三方损坏是目前导致油气管道失效的主要原因。图 1为2016年全国陆上油气输送管道事故原因统计,其中第三方损坏占事故总数的38.7%。2016年7月21日,某勘察设计研究院在地质勘查过程中,将西气东输二线中卫站出站管道钻漏,造成管道停输47小时,就是一起典型的第三方损坏事故[4]。

 


1 2016年陆上油气输送管道事故原因统计

 

1.2  重复规划使用管道用地

一些地方政府规划主管部门重复出让、发包管道建设用地,导致管道占压、安全距离不足等隐患严重,有些地区甚至出现学校、居民区等人员密集场所占压管道的情况,对公共安全构成严重威胁。青岛“11·22”事故后,全国开展了油气输送管道安全隐患专项排查整治,共排查出29436处隐患,其中占压11972处、安全距离不足9171处,占隐患总量的71.8%[5]。

1.3  管道地区等级升级

地区等级是管道强度设计系数、相邻阀室间距等关键参数设计的重要依据。建设期管道周边人口分布稀少的地区,因经济和社会快速发展、规划变更等因素,人口密度剧增,由一级地区升级为四级地区[6,7],但此时管道已投入运行,原设计的管道材质、壁厚、截断阀间距等已难以改变,导致管道设计不能满足安全运行要求。另一方面,有的企业在管道选线过程中比较重视节省投资,未充分考虑管道失效情况下可能对周边公众造成的危害,存在未充分论证并尽量避绕人员密集场所等问题,造成管道周边区域风险较高。

2  油气管道区域划分

沿管道线路中心线两侧向外依次划分为管道通行区、规划控制区和应急响应区(图 2)。

 


2 油气管道周边区域划分

 

2.1  管道通行区

为防止挖掘施工、修建建(构)筑物等活动造成管道损坏,同时满足日常巡检和维护管道的需要,在管道线路中心线两侧各5 m范围设置的控制区域。

2.2  规划控制区

为降低管道失效可能导致的事故影响,在管道线路中心线两侧设置的、以控制人口密度和限制规划特定类型场所为目的的区域。其范围是管道线路中心线两侧30 m~100 m。

经对多起事故后果分析和对在役管道典型事故后果数值模拟计算结果可知,输气管道大概率事故的死亡半径约50 m~100 m[8],油品管道大概率事故的死亡半径小于输气管道。在此距离范围内限制新建人群疏散困难的建筑物、人员密集型建筑物以及可能引发次生事故的特定场所,能够避免失效情况下可能造成的大规模人员伤亡。新建管道在规划过程中,管道企业应向规划部门说明事故潜在影响距离,并据此合理确定规划控制区范围。

2.3  应急响应区

为降低管道事故造成的人员伤亡和财产损失,在管道线路中心线两侧设置的需要采取应急措施的区域。建议油品管道、天然气管道的应急响应区距离均不小于200 m。对于管输介质泄漏后可能进入地下密闭空间的管段,应根据流向确定应急响应区范围;无法确定流向时,建议应急响应区范围不应小于2 km。特殊管段的应急响应区应结合管段实际情况计算确定。需要考虑的因素如下。

2.3.1  事故后果影响范围确定依据

(1)根据管道可能发生的事故后果影响范围确定应急响应区边界。事故后果既应考虑大概率事故,也应考虑最大可信事故。

(2)综合考虑管道输送介质、设计压力、设计输量、管径、运行参数等管道本体条件和管道周边环境,计算事故后果影响范围。输送多种介质的,选取可能造成最严重事故后果的介质。

(3)可能发生多种事故后果的,计算最严重的事故后果影响范围。

(4)根据管道本体及周边环境情况分段计算和划分。

2.3.2  计算依据

(1)根据伤害阈值确定事故后果影响范围,油气管道热辐射伤害阈值取3 kW/m2,冲击波超压伤害阈值取2 kPa。

(2)同一管道应考虑造成热辐射伤害和冲击波超压伤害的各类事故后果。

(3)可采用行业认可的计算模型、计算方法或计算程序计算事故后果影响范围[9,10]。

2.3.3  需考虑的事故场景

(1)输油管道应至少考虑池火等事故场景。

(2)输气管道应至少考虑喷射火、蒸气云爆炸等事故场景。

2.3.4  泄漏速率与泄漏量

(1)综合分析管道运行工况、自控系统情况、可能泄漏点位置以及泄漏点与两侧截断阀高程关系、泄漏持续时间等因素确定泄漏速率。

(2)综合分析泄漏速率、可能泄漏点两侧截断阀之间的管存量、泄漏后截断阀关闭时间、管道沿线高程等因素确定泄漏量。输气管道的泄漏量不应小于可能泄漏点两侧截断阀之间的管存量。

(3)应考虑可能发生的最大泄漏量。相关参数不能准确确定时,可取正常工况下10 min输量作为泄漏量。

2.3.5  环境因素

(1)液体管道泄漏后,周围的地形会对泄漏介质的流动或聚集产生较大影响,可根据地面形状和性质以及介质物性合理确定液池面积和最小厚度,当缺少合适的数据时,液池最小厚度可取典型值10 mm。

(2)当泄漏介质存在进入地下密闭空间可能性时,应合理分析进入地下密闭空间的泄漏介质总量以及在地下密闭空间内可能发生的事故后果。

3  区域控制与管理

3.1  管道通行区

3.1.1  管控重点

(1)乔木、灌木、藤类、芦苇、竹子等根系较深的植物,可能会对石油沥青类外防腐层造成较为严重的损坏,应禁止种植;3PE外防腐层虽然受深根植物影响较小,但在管道上方种植深根植物,会影响管道运行维护和应急救援,也应禁止或限制种植。

(2)在管道上方修建建(构)筑物或者堆放重物,会使管道长时间承压发生变形,影响清管器、检测器的正常通过;同时会影响抢险机具和车辆通行及限制作业面积,应禁止。

3.1.2  第三方施工

(1)在管道通行区进行施工,施工方应提前对管道位置进行查询和确认[11,12]。

(2)确认管道位置后,施工方应与管道企业协商确定施工作业方案并签订管道安全防护协议,防止管道因第三方施工造成损坏。

3.2  规划控制区

3.2.1  管控重点

(1)医院、托儿所、幼儿园、养老院、监狱等人群疏散困难的建筑物和居民小区、学校、娱乐场所、车站、商场等人员密集型建筑物不仅会增加事故状态下的应急难度,也会增加管道周边社会风险,应禁止规划。

(2)区域内如果有加油站、加气站、储油罐、储气罐等易燃易爆物品存储场所,在油气管道失效发生火灾爆炸事故时可能会引发次生事故,造成更加严重的后果,应禁止规划。

(3)区域内项目规划变更或开发建设活动可能导致油气输送管道出现GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》第6.1条规定的Ⅲ级人员密集型高后果区、或现有人员密集型高后果区等级升高、或输气管道地区等级升高(参照GB 50251―2015《输气管道工程设计规范》第4.2.2条),应严格控制。

3.2.2  规划制定

(1)制定规划应最大限度降低管道事故发生概率和后果严重度。

(2)规划建设的相关建(构)筑物与油气输送管道线路和管道附属设施的距离应当符合国家法律法规和技术标准的强制性要求。

(3)变更规划应充分考虑对油气输送管道的影响,并征求各相关方的意见与建议,变更结果应向社会公示。

(4)油气输送管道与上述场所、建(构)筑物等共存于规划控制区时,应尽早组织相关各方,根据国家法律法规,协商制定最佳解决方案,在努力降低对该区域影响并保障管道安全运行的同时,也应将经济成本降至最低。

3.3  应急响应区

(1)周期性识别高后果区,重点做好与人员密集场所和人群疏散困难目标的风险沟通,开展风险告知和安全自救教育,划定逃生路线,储备应急物资。

(2)安装泄漏定位系统,有条件的输油管道还应安装泄漏量在线检测系统。

(3)定期对管道进行检测和风险评价,及时采取风险消减措施。

(4)定期举行应急救援演练,持续完善应急预案。

4  结语

规划控制区是上述三个区域中最难设定和管理最为复杂的区域,主要原因是当前我国经济、社会快速发展,城镇化进程加快,土地资源价值提高并逐渐变得稀缺,区域范围过大将影响土地利用,同时也限制新建管道选择路由。建议充分考虑事故后果影响,结合地区实际,合理确定区域范围,为管道安全运行和区域发展留足安全空间,并严格执行。建议通过法律法规明确对油气管道周边区域的划分和管理要求,并区分已建管道和新建管道。地方政府主管部门和管道企业应落实安全监管责任和安全生产主体责任,确保已建管道风险不再提高,新建管道风险合理可控。

 

参考文献: 

[1]帅健.美国油气管道事故及其启示[J].油气储运,2010,29(11):806-809.

[2]帅健.美国油气管道的安全管理体系研究[J].油气储运,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]西气东输管道公司全力抢修受损管道 降低事故影响[EB/OL]. 2016-07-22. http://www.chinanews.com/ny/2016/07-22/7948273.shtml.

[5]国务院安全生产委员会关于深入开展油气输送管道隐患整治攻坚战的通知[EB/OL]. 2014-11-02.http://www.scio.gov.cn/xwfbh/xwbfbh/wqfbh/2014/20141104/xgbd32055/Document/1385755/1385755.htm.

[6]董绍华,王东营,费凡,安宇,董秦龙,周永涛. 管道地区等级升级与公共安全风险管控[J].油气储运,2014,33(11):1164-1170.

[7]冯庆善.油气管道事故特征与量化的理论研究[J].油气储运,2017,36(4):369-374.

[8]李晰睿,肖国清.架空天然气管道泄漏事故后果数值模拟研究[J].中国安全生产科学技术,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]张圣柱.油气管道周边挖掘前咨询系统建设探讨[J].中国安全生产科学技术,2017,13(10):80-85.

[12]张圣柱,王如君,多英全,魏利军,吴宗之. 国家油气管道地图系统架构探讨[J].中国安全生产科学技术,2016,12(11):12-18.

 

基金项目:中国国家留学基金、国家重点研发计划课题(2016YFC0801500)。

 


作者简介:张圣柱,1983年生,2012年获中国矿业大学(北京)博士学位,现为中国安全生产科学研究院高级工程师,主要从事油气管道及危险化学品安全技术研究。联系方式:010-84917513,zhangsz@chinasafety.ac.cn。

 

(原文刊于《中国安全生产科学技术》2019年第15卷第1期,转载时作者有删节。)

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