場景模擬評價法在石油管道風險后果評估中的應用研究

鄧漢猛(中海油安全技術服務有限公司，天津 300456)

0 引言

在管道現場的安全管理當中，往往由于管道所處環境復雜、管道使用年限過長、管道周邊施工活動等原因導致的管道泄露事故頻發。針對原油泄漏事故可能的后果，本文從預防和控制的角度出發，以國外某油田為例，采用場景模擬法，針對管道泄露可能進一步產生的災害后果進行評估，擬為管道現場安全管理和安全設計提供理論參考。

1 原油管道泄露后果分析

本文采用事故樹法對管道失效后果進行分析。如圖1 所示，管道發生油品泄漏后，由于油品性質，周邊環境等不確定因素，可能發生的失效后果分別為池火災、蒸氣云爆炸、閃火和環境污染。

圖1 管道失效后果事件樹

2 案例分析

本文以國外某油田的老舊管道為例，該油田所處環境為熱帶沙漠氣候，土壤鹽堿性強，并且分布廣泛。由于原油本身物性，在空曠環境中不會出現蒸氣云。因此本此評估重點考慮泄露之后的池火災情況，暫不考慮蒸氣云爆炸和閃火情況。

2.1 泄漏量計算

本文在研究過程中采用API 581 中相關標準，將泄露孔徑劃分為小孔、中孔、大孔和斷裂四種類型，如表1 所示。

表1 泄漏孔徑標準

由于現場處于人煙稀少地段，且無大型施工，查閱以往事故，泄露孔徑多為100mm 以內的小孔，因此針對此次模擬，采用最大孔徑為100mm 為例進行計算，不考慮斷裂情況，針對原油管道泄漏量的計算，采用挪威ScandPower 公司的OLGA 軟件進行管道泄漏量模擬計算。根據軟件特性，必須要對管道基本參數進行設定，如表2 所示。

表2 管道參數

設定場景：第0s 發生泄漏失效，事故時間為15min。選擇泄漏點主要考慮事故發生概率、事故后果等因素，因此選擇泄漏位置為進入脫氣站之前的部分，背壓設定500kPa。將數值帶入OLGA 軟件中進行計算，得到結果如表3 所示。

表3 管道不同泄漏孔徑下的泄漏量

2.2 泄露影響區域分析

首先計算泄露面積，依據公式(1)可計算泄漏最大液池面積：

式中：S為最大液池面積(m2)；M為泄露油品的質量(kg)；Lmin為最小液面厚度，取0.025m；ρ為油品密度，取797.5kg/m3。

關于Lmin的取值與地面性質有關，見表4。

表4 不同性質地面對應液層厚度表

本文將液池面積等效為圓形，經計算，可得不同孔徑下的液池面積及池直徑，如表5 所示。

表5 液池面積及池直徑

本次泄露后果的評估選用PHAST 軟件進行場景模擬，選取“獨立模型”用于管道泄露的模擬，在后果選擇池火災模塊，以地面為基面，同時選取4kW/m2，12.5kW/m2，25kW/m2，37.5kW/m2四種熱輻射強度進行計算，在PHAST 中選取風速為4m/s，穩定度為C 等級。

2.3 模擬結果

當泄露孔徑為100mm 時，池火熱輻射強度與順風距離的關系如圖2、圖3 所示。輻射影響參數如表6 所示。

圖2 池火熱輻射強度與順風距離關系(泄露孔徑100mm)

圖3 池火熱輻射影響區域(泄露孔徑100mm)

表6 熱輻射影響參數(100mm孔徑)

據此，依據不同孔徑的管道泄漏池火災模擬結果，可以對事故應急疏散距離進行設定，管道完全破裂引發晚期池火災事故應急疏散建議距離為338.70m，以保證人員安全。

3 結語

本文通過針對管道泄露事故的吃火災后果進行分析，以“選擇泄露孔徑-計算泄漏量-計算液池面積-計算影響區域”的流程進行場景模擬方法的應用，在國外油田的現場已得到實踐，為現場災害后果評估提供了一種計算方法，并為現場應急預案的制定提供參考，彌補法律標準針對災害后果管理的缺失。