石油管道運輸造成的水環境污染事故應急處置及主要應急工程修筑應用

曹 興

（甘肅省生態環境應急與事故調查中心，甘肅 蘭州 730000）

關鍵字：石油管道；水環境污染；應急處置；應急工程；修筑應用

隨著城鎮化和經濟社會的不斷發展，我國石油開采力度不斷加大，石油的儲運建設規模也隨之擴增[1]。采用管道長距離運輸石油具有運輸方式簡單、不需要專門運輸設備及交通工具等優點，成為我國大范圍、長距離石油輸油主要方式。但長輸油管道一旦發生穿孔、破裂及凝管等事故，輸送油品泄露進入水體將造成水體污染，需采取緊急應急措施予以處置。2011-2018 年，甘肅省突發水污染事故24起，其中長輸油管線破裂引起的突發水污染事件4起。

梳理分析國內河流油污染事件現場應急處置技術研究，許多學者均針對活性炭吸附技術、防擴散技術、水利調蓄工程技術、應急監測預警技術等單個技術進行了研究[2-8]，缺乏多種應急處置技術綜合運用的系統研究，現場應急處置中至關重要的攔截壩、活性炭吸附壩、引流導流渠等應急措施的應用研究尚屬空白，明顯落后于實際需要。各地在此類事件應急處置中因缺乏成體系研究及技術指導，往往是依靠經驗或者現場“發明”，嚴重制約應急處置效率，難以應對重大河流油類污染事件，是困擾此類事件應急處置的主要問題之一。

1 先期處置

先期處置是指事故發生后事發單位啟動突發環境事件應急預案，采取切斷或者控制污染源以及其他防止危害擴大的必要措施，同時也包括及時向可能受到危害的單位和居民通報，向事發地縣級以上環境保護主管部門報告[10]。事發單位第一時間組織應急人員做好安全防護后進入現場開展人員搶救、停輸、堵漏、消除隱患、設定警戒區及警戒標志、破損管道搶修等先期處置工作，控制泄漏油品不進入水體或減少進入水體油量，防止污染形勢擴大。

（1）停輸：迅速關閉斷裂段最近兩端閥門。當有油品大量外泄時，現場總指揮根據泄漏情況，通知井站人員迅速停泵，停止輸送油品，關閉輸油閥門。

（2）堵漏：組織搶修組按泄漏部位特點到事故現場進行現場帶壓堵漏。針對管道泄漏點的不同類型采用不同堵漏方法。①管道穿孔處理方法是管道降壓后，先用木楔把孔堵死，然后帶油外焊加強板，或在漏點處貼壓內襯耐油膠墊的鋼板，用卡具在管道上卡緊，然后進行補焊。②管道破裂處理的方法，對于小裂縫，可用帶引流口的引流堵漏器，封堵時將管道的漏油從封堵器的引流口引出，以便進行管道封堵補焊，管道補焊好后，將引流口用絲堵封閉。對于不規則裂縫，可用由內襯耐油橡膠墊和薄鋼板構成的“多項絲”封堵器進行封堵。對于需要更換管段、閥門等裂縫比較大的管道事故，可以使用DN 型管道封堵器進行封堵，截斷油流，進行作業。③凝管事故處理的方法，處于初凝階段時，采用升溫加壓的方法頂擠，當管道開孔泄流后，管內輸油量仍繼續下降，管道將進入凝結階段，再頂擠。

（3）現場防消除隱患：石油易揮發的性質致使周圍環境中可能存在較高濃度的易燃易爆氣體，要防止爆炸或燃燒造成搶險人員傷亡及事故持續擴大化。在液體流散區域內和蒸汽擴散范圍內要徹底消除火種、切斷電源。對搶修現場進行全面徹底的檢查，確認沒有火種及其他隱患后進行應急處置和環境治理。

（4）現場消防：將搶修車輛和設備放置在上風口。若事故現場有爆炸燃燒情況，請求當地消防隊，配備一定數量的、性能可靠的、符合油品滅火功能要求的消防器材或消防車。若現場有火災發生時，滅火時禁止使用水噴射法滅火，應采用能控制石油繼續燃燒的滅火劑進行滅火，比如常見的干粉滅火劑。

（5）動火作業操作坑：開挖搶修動火作業用的操作坑（有水的地方做水筑壩），動火作業操作坑要符合下列要求：①操作坑應足夠大，保證搶修人員的操作和搶修機具的安裝及使用；②操作坑設集油坑，使搶修人員操作方便；③操作坑與地面之間設人行通道，通道設置在動火點的上風向，其寬度不小于1m，通道坡度不大于30°。若操作坑距有油水的溝渠比較近，在靠近有油水的一邊設置防火墻。

（6）清除油泥：當埋地管道較深有地道時，應將離動點周圍處至少5m 的地道破壞，挖走地道內的油泥，并將挖開的地道口用新土堵嚴實，要用油氣檢測儀反復檢測，確認其油氣濃度在安全的范圍之內才可以用火，避免在動火過程中發生爆炸坍塌傷人事故。

（7）室內搶修：當在閥室內進行搶修時，打開所有門窗，清理干凈房內的油品，然后撒上干粉。

（8）管線支固：當管線穿過固定墩里的管道，因腐蝕穿孔需搶修時，在砸掉固定墩之前，在固定墩前或后找一個合適位置將管線固定、支撐牢固，避免管道失去支撐和固定后出現倒塌或變形。

（9）“大火”試驗：當油品停止泄漏時，用油氣檢測儀檢測操作坑及周圍的油氣濃度，確認在安全的抽氣濃度范圍之內并進行“大火”試驗（在現場油氣濃度最高點放置可燃氣體爆炸箱，爆炸箱箱體是尺寸為500mm×500mm×700mm 五個加強的有機玻璃面和一個爆炸的泄壓面構成的長方體，點火前打開箱體，使得箱體內油氣濃度與外界環境一致，封閉點火，觀察箱體內有無燃燒、爆炸發生），避免燒傷搶修人員及圍觀或拾油的群眾，開始焊接。

2 應急處置

當泄漏油品進入水體后，在采取上述先期處置措施基礎上，應按照“三級防控”應急處置要求，采取防擴散措施和消除污染物措施，將污染控制在一定水域范圍內，不匯入下一級河流。同時應調查沿河是否存在飲用水源地，對存在的飲用水源地或水廠取水口的要采用保護措施，并在恰當時機通知附近居民停止取水。

2.1 一級防控——停輸堵漏控源

（1）停輸：迅速關閉斷裂段最近兩端閥門。當有油品大量外泄時，應通知井站人員迅速停泵，停止輸送油品，關閉輸油閥門。

（2）堵漏：接事故報告后，組織搶修組按泄漏部位特點到事故現場進行現場帶壓堵漏。針對管道泄漏點的不同類型堵漏方式，采用不同堵漏方法。

2.2 二級防控——圍堵漏油

組織應急人員，對周圍流動擴散的石油進行截流，阻止其繼續擴散。在可能的情況下，可采用導流法把流散液體積聚在某一低洼處。可在泄漏點就近挖導流渠和截流坑或沿河邊挖一條或數條集油溝，把土工布鋪設在導流渠、截流坑或者集油溝內，防止石油下滲污染地下水。

少量漏油用鐵鍬、桶等工具及時回收。漏油量大時，調動油品車輛對泄漏的石油及時回收，盡可能將污染面積降低到最低限度。回收泄漏石油時，不可選用非防爆型設備，或易產生靜電的工具。

2.3 三級防控——控制擴散

若泄露點周圍有井蓋，做到幾百米（視具體情況而定）范圍以內的所有井蓋密封嚴實，不得有石油下滲到井內，產生次生污染的其他情況。當兩級防控未能達到防控要求，繼續污染附近的河流水體時，需采用“圍”“堵”“收”的方法控制漏油在河流水體的污染范圍。

控制污染擴散的同時，要及時消除水面浮油，降低污染濃度。若被污染的水流入小溪小河，將圍油欄放入水中，使用粗鋼絲繩將其兩頭固定在岸邊的水泥樁或者大樹上，圍油欄可以很好的阻截大面積的漂浮油。可利用固定的水泥樁或岸邊大樹、建筑物等先固定圍油欄兩端，再將圍油欄放入水中，將水面的石油集聚于圍油欄內。條件許可時在靠近圍油欄的地方修引流壩，以控制石油的擴散；在圍油欄內的河面區域鋪滿吸油氈，吸收河面漂浮的石油。若沒有吸油氈也可使用前面提到的一些其他常見吸附材料；若天氣惡劣，圍油欄等設施收油效果不佳的情況下可采用拋灑凝油劑、人工打撈等方式，控制污染物下移。

水中油的吸附降解，可將油水混合物引到用裝有顆粒活性炭的麻袋堆疊成的吸附壩，在水流通過時將其中油吸附下來，再將吸附油后的活性炭妥善處理。也可以利用橋洞，在橋的背水面修筑吸附攔截壩。若被污染的水流入大江大河，則需要投加粉末活性炭去除，必要時可投加高效菌。

3 主要應急措施及其主要應急工程修筑使用

3.1 截留壩

當污染河段水流較小，可以完全截留時，就修建截留壩，對河道中的清水與污水分別截留。

3.1.1 構筑清水攔截壩

清水攔截壩主要用于清污分流，即防止污染點上游水體對污染物的沖刷，減小或減緩污染物移動速度，為應急爭取時間并創造有利的應急措施實施環境條件。清水攔截壩建造時可根據現場情況修筑為土石壩、砌石壩，若現場無材料可直接用砂石填充的麻袋進行堆壩。清水攔截壩的修建為上窄下寬，以加強壩的穩定性。

水量較大時，也可采用橡膠壩。橡膠壩是使用膠布按照設計規定的尺寸，錨固定于地板上成封閉狀壩袋，用水或氣充脹形成的袋式擋水壩，如圖1所示。壩袋充水（或氣），作用在壩體上的水壓力，通過錨固螺栓傳遞到混凝土基礎底板上，使壩袋得以穩定。不需要擋水時，放空壩袋內的水（或氣），便可恢復原有河渠的過流斷面。

圖1 橡膠壩使用示意圖

3.1.2 構筑污染水截留壩

按水流方向迅速建立若干道攔截壩，對污染物進行圍堵，減緩污染物擴散速度。此工程適用于能將污染水全部截留的情況。河水流量小時，直接用砂石填充的麻袋進行堆建，流量大時，也可使用采用橡膠壩。截留壩也可利用填充活性炭等的麻袋等修建成吸附壩。

3.1.3 清水攔截壩內的清水引流

清水攔截壩內的清水必須通過引流的方法，及時繞過污染區域，一方面可以減緩污染的擴散，另一方面可以避免小河上游清水流經事發點，沖走被河床和圍堰殘留的污染物污染。根據引流方式的不同，分為河道外與河道內引流兩種方式。實際中可以根據水量與地理條件選擇使用。

（1）河道內引流。當污染河段不太長時，可采用河道內引流的方式。即先在小河上游建造清水攔截壩，采用鋼管或者其他管道將清水攔截壩內的清水引流污染區下游。河道內引流管及其引流管修建方式如圖2 所示。導流管數量根據河流寬度與水量、導流管管徑等因素變化，以能將上游清水暢通引至事發地下游為原則。

圖2 河道內引流河水示意圖

（2）河道外引流。河道外引流就是事發地小河臨時改道。當污染河段太長、河水太大或者其他原因無法采用河道內引流時，可以在河道外側開挖一條應急引流渠，將小河上游清水引入下游未污染河流中。如圖3 所示。

圖3 河道外引流

（3）河道永久性改道。若污染嚴重，可以啟動河道永久性改道工作，通過在原河道和新河道之間砌筑河堤的方式，將河道向遠離事發地方向改道。

3.1.4 污染水截留壩內漏油的處理

（1）截留壩內處理。圍油欄可以很好的截留大面積的漂浮油，也可以采用吸附材料吸附。一般情況下采用吸油氈（如圖4 所示）、活性炭等吸附材料對可浮油進行吸附，緊急情況下也可采用玉米秸稈、小麥秸稈進行吸附。也可采用混凝吸附：投加絮凝劑配合吸附，可以更好地去除乳化油。投加工程菌：最后投加專項微生物（工程菌），以降解溶解油。

圖4 河道中截留壩內采用吸油氈處理示意圖

（2）截留壩外修建截留坑處理。如果地理條件允許，可在污染水截留壩旁邊構筑截留坑（如圖5所示）。截留坑挖好溝后應及時用土工膜敷設于溝槽及坑內外，防止污染地下水。將截留壩內的污染水引到截留坑內，在截留壩和截留坑內同時攔截、吸附處理污染水。也可將污染水全部引入截留坑內按需要程序處理，及時恢復河道暢通。

圖5 截留坑處理示意圖

3.2 活性炭吸附壩的做法與使用

當污染河段水流較大，使用截留壩無法完全截留時，就要采用河水過流吸附的處理方式，常見的是活性炭吸附壩處理方式。活性炭吸附壩是突發環境應急中常用到的一種設施。活性炭可分為粉末狀、顆粒狀、不定型、圓柱形、球形等形狀，突發環境應急中建議選用煤質顆粒狀活性炭作為填充物，即應當選取顆粒活性炭（粒徑2～4mm）進行袋裝筑壩，以免引起水力阻力過大而使吸附壩垮塌。向截流坑（池）、河道內截留壩、甚至流動水體中高濃度區，在投加絮凝劑時，也可配合使用活性炭進行吸附。

3.2.1 河道外引流壩筑吸附

選河流落差較大一段，在岸邊挖個大坑，設置引流渠，通過落差可以將河流中的水自流進入坑內；坑的另一側用裝有顆粒活性炭的麻袋封堵成透水壩，當坑中的水流出時，水中的油被活性炭吸附（如圖6 所示）。修建引流壩時注意，開挖時應先在岸邊挖好坑，堆疊好裝有活性炭的麻袋后將水引入。疊裝有活性炭的麻袋時應該錯縫碼砌，如有必要還應做加固處理。引入水流時應緩慢，以減小水流對麻袋吸附壩的沖力。

圖6 高落差引流壩修筑示意圖

3.2.2 河道內筑壩吸附

按水流方向利用填充活性炭等吸附劑的麻袋等迅速建立若干道攔截壩，減緩污染物擴散速度（如圖7 所示）。

圖7 直接截流筑壩示意圖

臨時拓寬河道采用機械開挖，河道拓寬區為原寬度的1.5～2 倍；活性炭填裝麻袋時不應太滿，以平放無圓鼓為宜；根據實際情況用鐵絲串聯同層麻袋進行加固，鐵絲兩端固定于河岸；也可用鋼管和扣件搭建一個腳手架框架，將鋼管框架橫向固定于水中（適用于水流較小的河流），框架迎水面用裝有顆粒活性炭的麻袋堆砌成壩，如圖8 所示。河道水量不大時，同一拓寬區可設多級進行吸附注意，注意筑壩時不可完全將水流堵死，袋與袋之間應有一定間隙使水流通過，應急結束應對拓寬河道進行恢復。

圖8 吸附壩的壘作方法

可以合理利用污染河流原有設施進行攔截壩或吸附壩的建造（如圖9 所示）。橋梁往往是常用且較佳的壩體依靠，但要注意修建壩體后水流對壩體的沖擊要保證在橋體安全的范圍內。

圖9 利用橋洞的吸附壩示意圖

方格腳手架搭建攔截壩時要注意，搭設過程中要及時設置斜撐桿、剪刀撐以及必要的加固結構；嚴格按規定的構造尺寸進行搭設，一定要遵循橫平豎直的原則；采用腳手架制作吸附壩的形式，最高高度不能太大。