天然氣長(zhǎng)輸管道環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策

胡 慧

（中海油能源發(fā)展股份有限公司上海人力安全技術(shù)服務(wù)中心 上海 200030）

隨著經(jīng)濟(jì)大幅增長(zhǎng)，由此帶來(lái)的資源、環(huán)境重負(fù)日益加大，市場(chǎng)對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化和能源供應(yīng)安全的客觀要求更為迫切，天然氣因其潔凈、環(huán)保和安全的特點(diǎn)對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。長(zhǎng)輸管道作為輸氣樞紐，天然氣的廣泛使用，使得長(zhǎng)輸管道越來(lái)越多的遍布于山川河流和道路村莊邊。天然氣為甲類(lèi)易燃、易爆化學(xué)品，一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，對(duì)環(huán)境和人身安全造成危害。

1 長(zhǎng)輸管道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

長(zhǎng)輸管道工程涉及的危險(xiǎn)物質(zhì)為天然氣，危險(xiǎn)貨物編號(hào)21007,危險(xiǎn)性類(lèi)別為第2.1類(lèi)易燃?xì)怏w[1]。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

長(zhǎng)輸管道的主要生產(chǎn)設(shè)施包括輸氣站場(chǎng)和管道。存在的潛在危險(xiǎn)性主要為振動(dòng)造成法蘭連接松動(dòng)或接口破裂；分離器、設(shè)備故障；閥門(mén)松動(dòng)、銹損失靈；管內(nèi)超過(guò)安全流速或軸承過(guò)壓；管道彎頭、焊接點(diǎn)破裂。產(chǎn)生的后果為泄漏，遇明火燃燒、爆炸。

1.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故因素分析

通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程潛在危險(xiǎn)性分析表明，各單元具有火災(zāi)、爆炸、泄漏擴(kuò)散等潛在危險(xiǎn)性，這正是安全生產(chǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患所在。造成事故隱患的因素很多，主要有以下幾類(lèi)：外部破壞；腐蝕；管道質(zhì)量缺陷；其他因素。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型

1.4.1 主要風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型

根據(jù)物質(zhì)和生產(chǎn)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果，輸送過(guò)程中涉及的天然氣屬易燃易爆品，具有火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)性。天然氣泄漏后發(fā)生火災(zāi)、爆炸會(huì)產(chǎn)生熱輻射、沖擊波影響。天然氣屬于低毒性物質(zhì)，其主要成分為甲烷，空氣中甲烷濃度過(guò)高能使人無(wú)知覺(jué)地窒息、死亡。因此在管輸過(guò)程中具有發(fā)生窒息的危險(xiǎn)性。若泄漏的天然氣中硫化氫超過(guò)300ppm時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致漏點(diǎn)附近人員中毒。

1.4.2 風(fēng)險(xiǎn)事故過(guò)程中的次生污染

天然氣發(fā)生泄漏時(shí)，遇到火源將引起火災(zāi)爆炸，燃燒時(shí)將產(chǎn)生NOx。天然氣管道火災(zāi)、爆炸事故生成極少量的CO（百萬(wàn)分之一到萬(wàn)分之一），由于管道輸送的天然氣中檢測(cè)到硫化物的含量極低，所以燃燒時(shí)產(chǎn)生的SO2極低。檢索國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及資料，未見(jiàn)報(bào)道在天然氣火災(zāi)、爆炸事故中由于CO和SO2引起的人員中毒和傷亡事件。因此，主要考慮天然氣泄漏后造成的窒息危害和燃燒爆炸過(guò)程產(chǎn)生的NOX進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.5 最大可信事故

天然氣管道在輸氣過(guò)程中，最大可信事故為：管道出現(xiàn)破裂或孔洞/裂紋，發(fā)生天然氣泄漏事故。

2 長(zhǎng)輸管道環(huán)境事故后果預(yù)測(cè)與分析

以某省天然氣輸送管道為例，某段管道全長(zhǎng)約72km，設(shè)置輸氣站場(chǎng)1座，閥室3座，管道管徑為Φ813，設(shè)計(jì)壓力為7.5MPa，工程設(shè)計(jì)到2020年供氣量達(dá)3.69×108Nm3/a。分輸站場(chǎng)設(shè)置有站控系統(tǒng)，監(jiān)控閥室設(shè)置遠(yuǎn)程終端裝置RTU，監(jiān)視閥室設(shè)置截?cái)嚅y遠(yuǎn)程監(jiān)視集成設(shè)備，通過(guò)通信系統(tǒng)將各站場(chǎng)及閥室的工藝參數(shù)及設(shè)備工作狀態(tài)上傳到總調(diào)控中心進(jìn)行集中監(jiān)視和管理。全線兩個(gè)相鄰緊急關(guān)停閥門(mén)間距最大為19.59km。

2.1 窒息影響、次生污染影響預(yù)測(cè)與分析

2.1.1 預(yù)測(cè)模式

按最大可信事故源項(xiàng)的設(shè)定，長(zhǎng)輸管線泄漏后天然氣在大氣中的擴(kuò)散多采用煙團(tuán)模式，天然氣遇火源燃燒產(chǎn)生的伴生污染物NOx其密度雖然大于空氣，但其燃燒時(shí)有大量空氣，濃度較小，湍流擴(kuò)散占主導(dǎo)，因此仍可用高斯煙團(tuán)模型模擬。

2.1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)定天然氣的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為窒息濃度。二次污染物NO2設(shè)立三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一級(jí)為半致死濃度標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)為IDLH（傷害濃度）濃度標(biāo)準(zhǔn)，三級(jí)為影響濃度（“短時(shí)間接觸容許濃度”）標(biāo)準(zhǔn)。[2]

2.1.3 泄漏事故影響分析

根據(jù)泄漏擴(kuò)散的模型分析，輸氣管線發(fā)生泄漏事故后擴(kuò)散影響范圍分別為：輸氣管道發(fā)生針孔/裂紋泄漏時(shí)，在下風(fēng)向不形成窒息濃度。發(fā)生管道破裂時(shí)，在風(fēng)速為1.7m/s，大氣穩(wěn)定度為D時(shí)，天然氣管道泄漏窒息濃度范圍最大為下風(fēng)向77m；在風(fēng)速為1.5m/s，大氣穩(wěn)定度為F時(shí)，天然氣管道泄漏窒息濃度范圍最大為下風(fēng)向83m。當(dāng)發(fā)生天然氣泄漏事故后，窒息濃度范圍內(nèi)的居民應(yīng)緊急向上風(fēng)向撤離。

2.1.4 火災(zāi)事故伴生污染影響分析

對(duì)伴生的NOx進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)（NO2以90%計(jì)）。計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)高壓天然氣泄漏遇火源形成噴射火時(shí)產(chǎn)生的伴生污染物在下風(fēng)向不形成LC50濃度、傷害濃度和短時(shí)間接觸容許濃度，因此對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小。

2.2 熱輻射、沖擊波影響預(yù)測(cè)與分析

根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)相關(guān)資料報(bào)道，燃?xì)庑孤┖蟾鞅憩F(xiàn)形式的概率分別為安全排放0.8、噴射火焰0.1、閃火0.06、蒸氣云爆炸0.04[3]。本文選取燃燒方式為噴射火以及危險(xiǎn)性較大的蒸氣云爆炸為風(fēng)險(xiǎn)事故來(lái)評(píng)價(jià)。

火災(zāi)通過(guò)熱輻射的方式影響周?chē)h(huán)境。當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度足夠大時(shí)，可使周?chē)奈矬w燃燒或變形。強(qiáng)烈的熱輻射可能燒傷或燒死人員，造成財(cái)產(chǎn)損失。熱輻射造成傷害或損壞的情況取決于人員或物體受輻射熱影響的大小[3]。不同熱輻射強(qiáng)度造成損失的情況取值國(guó)家安監(jiān)總局《安全評(píng)價(jià)(第三版）》[4]。

不同熱輻射強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的死傷情況不同，距火源熱輻射強(qiáng)度37.5kw/m2所在的位置為死亡半徑，熱輻射強(qiáng)度25.0kw/m2所在的位置為重傷半徑，熱輻射強(qiáng)度12.5kw/m2所在的位置為輕傷半徑。

2.2.1 預(yù)測(cè)模式

預(yù)測(cè)模式采選熱輻射通量、熱輻射強(qiáng)度、蒸氣云團(tuán)爆炸的沖擊波影響半徑模式[5]。

2.2.2 噴射火和蒸氣云爆炸事故預(yù)測(cè)結(jié)果

2.2.2.1 噴射火熱輻射結(jié)果。輸氣管道天然氣泄漏速率是隨時(shí)間增加和管內(nèi)壓力下降而逐漸減小的，本文針對(duì)泄漏開(kāi)始10min內(nèi)的平均泄漏速率進(jìn)行模擬計(jì)算。根據(jù)最大可信事故為發(fā)生全管徑泄漏時(shí)的火災(zāi)事故，采用熱輻射強(qiáng)度公式，計(jì)算全管徑泄漏點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)形成噴射火的熱輻射影響距離。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)發(fā)生噴射火的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，距離著火點(diǎn)中心的死亡半徑、重傷半徑和輕傷半徑分別是116.2m、141.2m、197.0m。

2.2.2.2 最大泄漏量下蒸氣云爆炸結(jié)果?？紤]此段管道某處完全破裂，發(fā)生整個(gè)管道泄漏，系統(tǒng)緊急自動(dòng)關(guān)閉，天然氣泄漏量為管道內(nèi)在線量，考慮泄點(diǎn)與分輸站放空閥的距離關(guān)系，當(dāng)事故發(fā)生在分輸站附近時(shí)間將出現(xiàn)最大的泄漏，相當(dāng)于管內(nèi)在線量的50%。兩個(gè)相鄰緊急關(guān)停閥門(mén)間管段的全部在線天然氣為最大可能泄流量。假設(shè)最大可能泄漏量時(shí)發(fā)生蒸氣云爆炸，以兩個(gè)相鄰緊急關(guān)停閥門(mén)最大間距19.59km計(jì)算，其形成的沖擊波對(duì)環(huán)境造成的事故影響死亡半徑、重傷半徑和輕傷半徑分別是319m、678m、1216m。

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，蒸氣云爆炸重傷影響范圍、窒息濃度范圍綜合比噴射火熱輻射的危害要大很多。當(dāng)此類(lèi)型事故發(fā)生時(shí)，應(yīng)充分考慮蒸氣云沖擊波的影響，以其重傷半徑做為安全疏散距離，對(duì)距離點(diǎn)火處兩側(cè)至少500m范圍內(nèi)的居民進(jìn)行疏散，以確保人身安全。

3 事故防范對(duì)策

3.1 技術(shù)性防范措施

3.1.1 優(yōu)化管線走向，盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)較集中的地區(qū)。

3.1.2 根據(jù)地區(qū)等級(jí)劃分，提高管道設(shè)計(jì)等級(jí)。

3.1.3 加強(qiáng)管道防腐，采用有針對(duì)性的防腐措施。

3.1.4 設(shè)置緊急關(guān)斷系統(tǒng)和天然氣管道警示標(biāo)志。

3.1.5 采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，減小在事故狀態(tài)下的放空量。

3.1.6 配備在線報(bào)警系統(tǒng)，一旦發(fā)生事故泄漏能在最快時(shí)間做出響應(yīng)。

3.2日常管理防范措施

3.2.1 管線路由報(bào)當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門(mén)備案，減少和避免新項(xiàng)目對(duì)管線安全運(yùn)營(yíng)的影響。

3.2.2 制定管道巡查制度，加強(qiáng)沿線巡查頻次。

3.2.3 宣傳普及天然氣管道安全知識(shí)，提高群眾安全意識(shí)。

3.2.4 設(shè)置環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案，預(yù)先制定應(yīng)急對(duì)策，加強(qiáng)重大事故的處理能力。

[1]危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)全書(shū).化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[2]環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)、方法和案例.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社(胡二邦主編）,2009.

[3]孫永慶,鐘群鵬,張崢.城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中失效后果的計(jì)算[J].天然氣工業(yè)，2006，26(1）：120-122.

[4]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.安全評(píng)價(jià):第三版[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2005.

[5]建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則(HJ/T169-2004）.