張希祥 張華兵 楊玉鋒 張強 魏然然

中國石油管道科技研究中心/油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗室

1 背景

管道是一種密閉的輸送方式，在運輸過(guò)程中損耗很小。管道運輸與水路、公路和鐵路等傳統運輸方式相比，無(wú)論在成本還是在安全穩定性和環(huán)保方面都更具優(yōu)勢，已經(jīng)成為油氣運輸的主渠道。

輸油管道在設計、安裝和運行過(guò)程中面臨人員、設備、環(huán)境等多方面的不安全因素，管道泄漏事故一旦發(fā)生，輕則造成環(huán)境污染，重則導致火災、爆炸等重大安全事故，造成人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞[1]。 2010年7月16日大連中石油儲運原油庫輸油管道爆炸事故、 2013年11月22日中石化青島東黃輸油管線(xiàn)原油泄漏爆炸事故造成嚴重后果[2,3]，給公共安全和環(huán)境帶來(lái)了巨大危害。

若管道沿線(xiàn)地區河流、湖泊、水庫分布密集，且植被資源豐富，沿線(xiàn)附近分布多處風(fēng)景名勝區、自然保護區、水源保護林、地質(zhì)遺跡和人文遺跡等，給管道高后果區管理帶來(lái)嚴峻考驗。

依據GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》，管道經(jīng)過(guò)區域符合輸油管道高后果區管段識別分級表中e)、 f)兩項的輸油管道，即為環(huán)境敏感型高后果區。

筆者在環(huán)境敏感型高后果區工作實(shí)踐中發(fā)現，輸油管道高后果區f）識別項中對河流沒(méi)有進(jìn)行定量描述。例如在我國西部地區，很多河流都是季節性河流，全年很多時(shí)間段都是枯水期，這種情況下也列為最嚴重的Ⅲ級高后果區有些牽強。同時(shí)管道在河流枯水期發(fā)生泄漏，河溝道還可以起到限制擴散的作用。建議國標中量化河流的年徑流量、月徑流量等指標，以便實(shí)現對管道高后果區精準識別。

2 泄漏后果分析

2.1 油品泄漏模擬

（1）油品泄漏量計算

閥門(mén)關(guān)閉前，輸油管道泄漏主要受管道輸送壓力、管徑、介質(zhì)物性等參數的影響，可采用伯努利方程計算粗略的泄漏量。

式中， QL為液體泄漏速度， kg/s； Cd為液體泄漏系數，一般取0.60～0.64； A為裂口面積， m2； ρ 為泄漏液體的密度， kg/m3； p為管道內壓， Pa； p0為環(huán)境壓力， Pa； g為重力加速度， m/s2； h為裂口之上液位的高度， m。

閥門(mén)關(guān)閉后，泄漏量主要受泄漏點(diǎn)所處高程的影響，可粗略的估算為泄漏點(diǎn)上下游截斷閥之間高程大于泄漏點(diǎn)的管道內的儲存油量。

（2）油品擴散速度模擬

油品泄漏到河道、溝渠中后，順著(zhù)河道、溝渠向下游流動(dòng)，流動(dòng)模型模擬為粗糙密度大的開(kāi)放明渠。利用矩形明渠曼寧公式可對流速進(jìn)行粗略估算。

式中， n為粗糙率，是綜合反映管渠壁面粗糙情況對流體影響的一個(gè)系數； R為水力半徑，是流體截面積與濕周長(cháng)的比值，濕周長(cháng)指流體與明渠斷面接觸的周長(cháng)，不包括與空氣接觸的周長(cháng)部分； J 指河道的平均坡度。

通過(guò)泄漏量計算和擴散速度模擬可以對油品泄漏后影響區域進(jìn)行判斷，以便后續采取適當措施進(jìn)行圍堵和清理。

2.2 泄漏后果分析

成品油和原油泄漏后主要影響土壤、農田和地表水，其中，對地表水的影響尤為嚴重。

土壤農田方面：油品的大規模泄漏可影響區域生態(tài)環(huán)境，減少農作物產(chǎn)量或降低有機物的生物量。最顯著(zhù)的危害表現為：油品黏附于枝葉，阻止植物進(jìn)行光合作用，可使植物枯萎死亡；在土壤中黏附于植物根系，可阻止植物吸收水分和礦物質(zhì)而死亡。因此，油品泄漏可能引起原生植被生態(tài)系統退化，次生植被生態(tài)系統演替，從而相應改變生態(tài)系統中各組成對應生態(tài)位的變動(dòng)。若發(fā)生泄漏，主要對土壤產(chǎn)生影響。油品在土壤內部由于重力作用沿垂直方向向地下滲透，柴油黏度較大，滲透深度有限，泄漏后覆蓋表土或滲入土壤后，將堵塞土壤孔隙，使土壤板結，通透性變差，從而造成土壤長(cháng)期處于缺氧還原狀態(tài)，土壤養分釋放慢，不能滿(mǎn)足農作物生長(cháng)發(fā)育的需要而致其死亡，汽油還會(huì )向土壤深層遷移，甚至影響到地下潛水。

地表水方面：油品進(jìn)入水體后，由于石油難溶于水，且密度比水小，黏度較大，因此，溢油首先會(huì )因浮力浮于水面上；同時(shí)由于重力和表面張力的作用而在水面上形成油膜，并向四周散開(kāi)，因黏結力而形成一定厚度的成片油膜，并借助風(fēng)、浪、流的作用力在水面漂移擴散。與此同時(shí)，溢油會(huì )發(fā)生一系列溶解、乳化等遷移轉化反應，一旦遇到生物體、無(wú)機懸浮物或漂移至岸邊，還會(huì )發(fā)生附著(zhù)、吸附和沉降等變化。

3 污染原因分析

環(huán)境敏感型高后果區管道泄漏造成污染的主要原因有以下幾類(lèi)。

（1）第三方損壞

主要是沿線(xiàn)第三方施工作業(yè)和其他活動(dòng)，如挖魚(yú)塘、挖沙、清淤等對地表進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中造成管道損壞，導致管道破裂、泄漏，如2014年南沙“6·28”外管道漏油事故，是因第三方施工造成的柴油泄漏。

（2）腐蝕穿孔

主要包括內腐蝕和外腐蝕。穿越環(huán)境敏感型高后果區管道一般多處河流、濕地等，在周邊地形中都處于較低的位置，在管道沿線(xiàn)也多是高程地點(diǎn)，容易發(fā)生內腐蝕。此外，穿越段土壤含水量較高，容易對管道外壁造成腐蝕。比如青島“11·22”事故，就是輸油管道與排水暗渠交匯處管道腐蝕減薄、管道破裂，造成管道漏油。

（3）自然災害事故

由于地震、洪水等自然災害造成的管道變形、斷裂等，如重慶“6·30”事故就因集中強降雨誘發(fā)山體滑坡導致管道漏油。

（4）制造與施工缺陷

比如建設期管道施工過(guò)程中對管道外壁和防腐層造成損壞、鋼管本身的制造缺陷等問(wèn)題，容易發(fā)生管道失效導致泄漏。

（5）人員誤操作

管道設計、施工、運行人員在工作中的失誤，會(huì )對管道安全帶來(lái)潛在危險。如管道起輸中未確認線(xiàn)路截斷閥是否處于全開(kāi)狀態(tài)，可能造成外管道憋壓而致管道發(fā)生變形，進(jìn)一步撕裂焊口等位置造成漏油。

4 建議

技術(shù)方面，定期對管道進(jìn)行風(fēng)險評價(jià)。從第三方損壞、腐蝕、制造與施工缺陷、地質(zhì)災害和誤操作五 大風(fēng)險因素進(jìn)行風(fēng)險分析，將管道內外檢測結果和完整性評價(jià)結果作為腐蝕減薄因素綜合考慮，及時(shí)發(fā)現管道的高風(fēng)險點(diǎn)，并采取有效措施降低管道風(fēng)險。在管道穿越河溝的下游安裝錨墩、攔油壩等攔截措施，以期降低污染區域。

管理方面，加強應急管理。貫徹《突發(fā)事件應對法》《環(huán)境保護法》及其他國家法律、法規及有關(guān)文件要求，加強與地方生態(tài)環(huán)境、應急等部門(mén)的聯(lián)動(dòng)，做到企業(yè)與政府應急預案的有效銜接，避免次生環(huán)境污染事件發(fā)生。

參考文獻：

[1] 佟淑嬌 ,王如君 ,李應波 ,等 .基于 V P L的輸油管 家工程實(shí)驗室，從事管道完整性技術(shù)研究工作。道實(shí)時(shí)泄漏檢測系統[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2017,13(4):117-122.

[2] 任順順.油氣長(cháng)輸管道泄漏檢測技術(shù)研究[J].油氣儲運,2014,32(6):25-27.

[3] 嚴大凡.輸油管道設計與管理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1986:6.

基金項目：國家重點(diǎn)研發(fā)計劃資助“油氣管道及儲運設施安全風(fēng)險評估技術(shù)研究”， 2016YFC0802104。

作者:  張希祥， 1989年生， 2014年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）安全技術(shù)及工程專(zhuān)業(yè)，碩士學(xué)位，工程師，現就職于中國石油管道科技研究中心、油氣管道輸送安全國 家工程實(shí)驗室，從事管道完整性技術(shù)研究工作。