張希祥 張華兵 楊玉鋒 張強(qiáng) 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驗室

1 背景

管道是一種密閉的輸送方式，在運輸過程中損耗很小。管道運輸與水路、公路和鐵路等傳統(tǒng)運輸方式相比，無論在成本還是在安全穩(wěn)定性和環(huán)保方面都更具優(yōu)勢，已經(jīng)成為油氣運輸?shù)闹髑�道�?o:p>

輸油管道在設(shè)計、安裝和運行過程中面臨人員、設(shè)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(dǎo)致火災(zāi)、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原油泄漏爆炸事故造成嚴(yán)重后果[2,3]，給公共安全和環(huán)境帶來了巨大危害。

若管道沿線地區(qū)河流、湖泊、水庫分布密集，且植被資源豐富，沿線附近分布多處風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)林、地質(zhì)遺跡和人文遺跡等，給管道高后果區(qū)管理帶來嚴(yán)峻考驗。

依據(jù)GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，管道經(jīng)過區(qū)域符合輸油管道高后果區(qū)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(qū)。

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

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

（2）油品擴(kuò)散速度模擬

油品泄漏到河道、溝渠中后，順著河道、溝渠向下游流動，流動模型模擬為粗糙密度大的開放明渠。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系數(shù)； R為水力半徑，是流體截面積與濕周長的比值，濕周長指流體與明渠斷面接觸的周長，不包括與空氣接觸的周長部分； J 指河道的平均坡度。

通過泄漏量計算和擴(kuò)散速度模擬可以對油品泄漏后影響區(qū)域進(jìn)行判斷，以便后續(xù)采取適當(dāng)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(nóng)田和地表水，其中，對地表水的影響尤為嚴(yán)重。

土壤農(nóng)田方面：油品的大規(guī)模泄漏可影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境，減少農(nóng)作物產(chǎn)量或降低有機(jī)物的生物量。最顯著的危害表現(xiàn)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(tǒng)退化，次生植被生態(tài)系統(tǒng)演替，從而相應(yīng)改變生態(tài)系統(tǒng)中各組成對應(yīng)生態(tài)位的變動。若發(fā)生泄漏，主要對土壤產(chǎn)生影響。油品在土壤內(nèi)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(jié)，通透性變差，從而造成土壤長期處于缺氧還原狀態(tài)，土壤養(yǎng)分釋放慢，不能滿足農(nóng)作物生長發(fā)育的需要而致其死亡，汽油還會向土壤深層遷移，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，溢油首先會因浮力浮于水面上；同時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，因黏結(jié)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(kuò)散。與此同時，溢油會發(fā)生一系列溶解、乳化等遷移轉(zhuǎn)化反應(yīng)，一旦遇到生物體、無機(jī)懸浮物或漂移至岸邊，還會發(fā)生附著、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(qū)管道泄漏造成污染的主要原因有以下幾類。

（1）第三方損壞

主要是沿線第三方施工作業(yè)和其他活動，如挖魚塘、挖沙、清淤等對地表進(jìn)行開挖，開挖過程中造成管道損壞，導(dǎo)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(nèi)腐蝕和外腐蝕。穿越環(huán)境敏感型高后果區(qū)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，在管道沿線也多是高程地點，容易發(fā)生內(nèi)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(zāi)害事故

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

（4）制造與施工缺陷

比如建設(shè)期管道施工過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題，容易發(fā)生管道失效導(dǎo)致泄漏。

（5）人員誤操作

管道設(shè)計、施工、運行人員在工作中的失誤，會對管道安全帶來潛在危險。如管道起輸中未確認(rèn)線路截斷閥是否處于全開狀態(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。從第三方損壞、腐蝕、制造與施工缺陷、地質(zhì)災(zāi)害和誤操作五 大風(fēng)險因素進(jìn)行風(fēng)險分析，將管道內(nèi)外檢測結(jié)果和完整性評價結(jié)果作為腐蝕減薄因素綜合考慮，及時發(fā)現(xiàn)管道的高風(fēng)險點，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(qū)域。

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

參考文獻(xiàn)：

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

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

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

基金項目：國家重點研發(fā)計劃資助“油氣管道及儲運設(shè)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)及工程專業(yè)，碩士學(xué)位，工程師，現(xiàn)就職于中國石油管道科技研究中心、油氣管道輸送安全國 家工程實驗室，從事管道完整性技術(shù)研究工作。