基于油气管道全过程安全管理的探索

来源 :科学时代·上半月 | 被引量 : 0次 | 上传用户:opcs2009
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  【摘 要】我国加速步入油气管道时代,油气管道的运营安全正在逐步成为人民关注的热点。石油管道受设计缺陷、施工缺陷、材料缺陷、第三方施工损伤、打孔盗油、自然灾害等原因,给管道安全带来不少问题,极容易导致各类事故,油气管道安全的重要性和紧迫性极为突出。增强石油管道管理人员和操作人员的安全生产意识,提高安全管理水平,保障油气管道安全运行,是油气管道安全管理的重要课题。
  【关键词】管道;安全管理;措施
  我国已建成油气管道4万多千米,根据在建管道工程的里程计算,2015年全国油气管道总计将达9.3万千米,我国形成由西气东输、川气东送、海油上岸为骨架的横跨东西、纵贯南北的全国油气主干管网。预计在2020年左右,我国油气管道总里程将达15万千米左右。覆盖炼制厂和销售终端的油气管道,将与国内主干油气管网连接在一起,建立起纵贯油气消费终端的快捷油料输送渠道,满足我国经济和社会发展的能源需求。
  据国内某专业机构统计,欧洲、美国等发达地区和发达国家的油气管道事故率单位:分别为0.42、0.60次/千公里年。抽样样本显示,中国西部某油田12条油气管道的事故率却高达4.3。欧洲国家近年统计的油气管道泄漏事故率为0.24。我国华北和东北地区统计的油气管道安全事故率超过2.0。经统计和分析,引发各类油气管道事故的原因主要有:
  1.管道自身缺陷和腐蚀因素
  受油气管道建设的技术经济条件限制,设计、施工水平、材料缺陷,导致油气管道存在“先天缺陷”,油气管道吊装、回填、穿跨越、焊接工艺存在缺陷、在运行过程中受水击、压力孺变、热应力集中等作用,加上管输油料中含硫、含水等杂质和外部水体、土壤、酸性气体、电偶的腐蚀,将造成局部腐蚀(点蚀)或应力腐蚀、腐蚀疲劳、应力集中等管件受流体冲蚀、超压而可能导致事故。
  2.第三方施工破坏
  随着经济步入快速发展阶段,市政及城镇建设、交通设施建设、高压输变电等电力设施、厂矿企业、新农村建设等各类建设日益频繁,管道安全范围内的的各类违法施工伤害管道、违章占压管道的事件逐渐增多,第三方施工破坏导致的油料泄漏事故出现了高发态势,更给油气管道的安全管理造成巨大威胁。
  3.打孔盗油泄露
  油气管道加速发展,汽油、柴油价格快速飙升,刺激着违法犯罪分子的神经,各类盗窃天然气、油料的行为防不胜防,不少违法分子与企业内部勾结在一起,形成了内应外合的有组织、有谋划的偷盗犯罪活动。据统计,每年在我国长输油气管道上发生的油气管道打孔偷盗油料的案件达到数百起,每发现1次此类事件,直接和间接的经济损失就是成千上万元。除了油料损失外,打孔偷盗极大危害着油气管道的安全运输和环境保护。在我国华北某成品油管道上,打孔盗油造成汽油喷射泄漏,直接导致水体污染,几十万人口饮水困难的恶性事故就是最典型的例子。
  4.设备故障或操作、维修不当,
  油气管道的调节阀、安全阀、紧急切断装置、收球筒、泄压阀、污油阀、压力表、压力开关、温度测量仪、温度开关、振动测试仪表、液位计、液位开关、流量计等输油硬件设施存在故障导致操作失控、维护不当导致设备故障或控制软件SCADA系统的控制逻辑、工艺参数设定不合理,误操作、误动作等造成管道超压、冒罐、混油、泄漏等。
  5.自然灾害主要是雷击、洪水、地震、垮塌、崩塌、台风、泥石流等油气管道灾害。油气管道沿线地貌复杂,经过高差大的高山、地质不稳定的水域和地震断裂带、水土流失地段、雷暴天气频发区等,极容易导致环境敏感区域发生山洪暴发、山体垮塌、护坡崩塌和泥石流现象,导致油气管道和光缆拉斷、甩管等事故。
  由于上述各类原因,我国油气管道事故率比欧美等发达地区更容易出现。在南方沿江地区的油气管道,都建在人口及城镇最密集的城市生活区和工业集中区。这些油气管道,一旦出现油料泄漏或诱发火灾、爆炸事故,将产生重大损失和恶劣的社会影响。
  一、油气管道安全的重要性
  长距离油气管道相对传统水路、铁路、公路等运输方式,具有密闭输送损耗小、自动化程度高劳动强度低、隐蔽性强不受天候影响,运营费用低能耗小等特点,其安全性也优于铁路、公路、水路运输等方式。油气管道劣势为输送介质是原油、成品油、天然气等易燃易爆、易挥发、易静电聚集、和有毒的流体。
  当油气管道途径人口稠密的城市和村庄,或接近其他国计民生的重要基础设施时,一旦发生各类泄漏事故,泄漏的油、气极易扩散,发生火灾、爆炸、水体污染、土壤污染、大气污染等事故,火灾和爆炸将造成生命、财产的巨大损失;在边远的荒郊、林地、山区,往往因消防力量不容易到达事发地或消防取水源较远等限制了事故救援工作的开展,灭火和人员救治困难。油气管道的分输站、加压泵站和管输油库储输着油品,各类操作和维护作业频繁,各种不安全的外界因素也时刻影响着安全管理,引发火灾的危险因素较多。油气管道上的事故,还会波及上游的油气田、炼油厂出库,导致各种成品积压,而下游的工矿企业则因为能源或原料供应不足,带来停工减产的间接损失。在公众日益关注生存栖息地环境的今天,油气大量泄漏,还会污染大气、水源、土壤、森林、草原等自然环境,对人们的公众健康及赖以生存的环境造成长期的不良影响,受到了更为广泛的社会关注。
  二、油气管道事故原因与后果分析
  根据国内权威机构的统计资料,分别对油气管道存在的危害因素及介质泄漏等事故后果进行了分析和总结。
  1.油气管道泄漏的后果及影响
  油气管道的介质泄漏,可能引起火灾、爆炸等事故,造成人员伤亡和财产损失。管道泄漏不仅会使油气介质大量流失,污染河流、地下含水土层、地表土壤和生物物种,从而污染饮用水的水源,对自然环境、生态环境和社会稳定等影响很大。管道泄漏后对生态环境的影响是长期的,不是一时一刻能消除的。除了油料损益等直接损失,处理环境污染事故还需要耗费大量经费和人力资源,来从事油气回收、污油清洗、环境净化及赔偿损失等费用。影响油气管道泄漏的事故等级主要有以下几方面因素:   2.管输介质的危险性
  1)油品易燃易爆性
  油气的易挥发、易扩散、易燃、易爆性等特性,是管道泄漏后引发火灾、爆炸的内因。衡量油品燃烧性、爆炸性的主要物性参数:闪点、饱和蒸气压、爆炸极限等,闪点是衡量油气火灾和爆炸危险性的主要指标值。
  2004年前,我国按油气闪点值的高低,划分石油及石油制品的危险等级。闪点小于28℃,属于易燃液体,航空煤油、溶剂汽油、车用汽油属于这类。此外,原油中含有轻质成分,饱和蒸汽压较高,闪点低,也划入易燃液体类。2004年,国家颁发的《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004等标准,将易燃液体按饱和蒸气压、闪点两个指标进行划分甲A类,甲B类、乙A类、乙B类和丙A类、丙B类等六大类。
  当油、气在空气中的体积浓度,在爆炸上限浓度与下限浓度间,遇到引爆能量时,就会有着爆炸的危险。油气的燃烧下限浓度与爆炸限一致,上限浓度略高于爆炸上限浓度。若混合气浓度高于爆炸上限浓度却在燃烧限内,就不会爆炸只会燃烧,直到将空气中的氧气消耗到爆炸浓度区限之内就发生爆炸。在燃爆事故中,爆炸与燃烧往往交替进行,在一定条件下互相转换,易燃油品爆炸危险性通常情况下也大。
  2)油品静电积聚性
  在管道输送过程中,油气快速流动、充装、冲击、溅落等过程中,都会静电积聚。静电放电产生的火花,成为引爆的能量,引燃火灾、爆炸事故,主要发生在有油气分子存在的油罐、铁路槽车及油轮船舱等密闭空间中。
  当流体的电导率在10~10S/m区间内,静电产生和积聚的速度最快,如果管输油料中含有水分或空气,会增加静电积聚的危险性。液化气、凝析油和溶剂油、航煤的电导率及杂质含量正处在这个范围内,管输过程中静电危险性很大。
  3)油品的毒性
  油气对人体的毒性,主要是含有烷烃、环烷烃、芳香烃、微量铅等,此类物质经呼吸道吸入后,使人体的神经官能紊乱,并刺激体表皮肤、呼吸道粘膜。油料污染水体后,还会导致鱼虾死亡和生态系统破坏。
  3.管道事故点周边的人口密度
  管道泄漏事故后果的严重程度,与当地经济发展水平和人口密度密切相关。若事故发生在荒郊山区,则人员伤亡后果轻微;若发生在人口越密集的城镇和街区、学校、厂区,事故后果的危害不可估量。特别在城市工业园区或城区街道商业区附近,人口密集,市政维护施工作业较多,各类生产和生活活动频繁,危及管道安全的因素多,事故发生频率高,风险较大。
  三、油气管道安全措施
  1.建设和设计阶段完善安全措施
  在规划和设计油气管道过程中,除了选用技术成熟、经济合理的工艺和方案外,要重点从保障油气管道的本质安全,从设计阶段开始重点考虑,遵循有关国家油气管道设计规范、标准的安全规定,认真体会设计规范的条文,并严格贯彻执行。
  在管道设计过程中,建设单位要从油气管道的前期规划开始介入,参与可行性研究、初步设计和施工图设计等各个设计阶段的事务,发挥建设单位对当地风土人情、地质状况、经济发展趋势等方面的优势,协助设计单位有针对性地进行安全设计。
  1)搞好新建油气管道的可行性研究
  在油气管道建设的可行性研究报告,要全面分析管道建设项目的线路走向、工艺选择、主要设备等,作为立项的依据。从技术先进、经济科学、安全可靠的全方位来找到最佳方案,才能提升油气管道的安全系数,为管道的建设、运行、维护安全打下坚实的基础。
  在全社会日益关注油气管道安全的情况下,我們更应该重视油气管道的前期可行性研究工作,深入细致开展可行性研究。
  2)线路选择
  长输油气管道的选线,越来越受到油气管道建设单位的重视。管道线路的走向,不仅决定着管道路由的里程、建设施工难度、巡检维护难易,还对整个管道的建设投资、运行费用有很大影响,还与管道安全管理的关系密切。管道前期调研阶段,要通过了解途经地区的地质、自然环境、社会经济等条件,调查
  城市取水地、工厂企业、交通站点、军事设施、文物、矿脉、林业和动植物分布,尽可能绕开上述设施分布区域。对无法绕避的,采取适当的安全防护措施,按国家相关法律法规,报有关部门批准同意。
  在地质勘查过程中,掌握地质灾害在历史上发生的次数,对油气管道途经地区山洪、地震、火山、地层断裂带、泥石流、滑坡等地段,当油气管道选线不能绕避时,要采取加固等防护。
  分输站和加压泵站的分布,应在线路走向内,选址应该满足地质结构稳定的要求。在符合管道输送工艺的前提下,可适当调整线路,并进行压力和安全系数复核。除了考虑交通、动力、水电和生活便捷外,还要从安全角度进行考虑。输油管道应与公路、电力线路、城市管网、铁路、工矿企业、城市开发区、居民密集区、其他化工管道等有足够的安全距离。
  3)管输工艺的选择
  根据管输介质和管输功能的要求,选择安全的管输工艺。例如成品油管道采用等温、顺序、密闭输送工艺,输送介质主要是汽油、柴油等。液化气管道,输送的是液态轻质烷烃,输油站与相邻的居民区、建构筑物的安全距离和输油站内设备的防火、防爆要求等,比其他油品要求更高。
  4)确定工艺参数与主要设施选型
  油气管道的输送温度、最大设计压力、最大操作压力、经济流速、最低出口压、泵的安装高度等工艺参数的确定,管材类型、壁厚及储罐、泵机、调节阀等主要设备设施、安全附件的选型,站场输配电设计等,都需从管道安全管理和安全维护的角度出发,按相应国家和行业规范执行。
  5)数据采集和监控
  自动化技术的科学应用,是油气管道安全运行的重要保证。数据通过计算机软件,进行监测控制与数据采集系统的SCADA软件系统,已广泛应用。为使软件系统安全可靠,选择先进的软件系统及硬件设施,充分发挥其应用功能,保障油气管道安全、平稳,提高安全管理水平。   6)设备选型和设计
  输油站各种阀门、仪表、管件的选型和设计,防火防爆监测、消防设计,防雷接地、防静电等设计,都必须严格执行国家和行业有关规范,以保障安全。
  7)管道腐蚀控制
  腐蚀容易导致金属油气管道管壁变薄、穿孔、破裂,成为引发油气泄漏的最重要的原因,关系到油气管道安全可靠和使用寿命。油气管道设计时,必须精心设计外加电流的阴保站,选择敷设在电阻率低的土壤环境,尽可能控制管道腐蚀速率,降低管道事故率,确保油气管道安全运行。如:选择防腐层类型、阴极保护设施数量、土壤电阻率参数测量及防腐效果监测。
  2.建设阶段的安全管理
  针对新建油气管道易引发事故,在建设油气管道过程中,应当从材料设备验收、施工过程的监理、施工环节的质量把关、关键设备的市场管理、提高建设质量管理的科技含量等方面入手,规范油气管道建设项目的质量管理体系运作,制定严格的质量管理体系,以确保新建油气管道项目的质量和安全。由于油气管线和光缆等设施,主要是隐蔽工程和地下工程,应加强对埋地管线的检测和维护,及时发现各类隐患,把安全事故的苗头及时清理,消灭在萌芽状态。
  在油气管道施工质量把关方面,严格审查施工单位的施工资质,检查各分部分项工程的施工组织方案是否齐全和科学,确保符合技术规范标准和现场的实际情况;对油气管道施工的重点工序的是施工质量、施工工艺,尤其是管道焊接质量严格开展无损检测和整改质量的跟踪管理,组织专职监理在现场对参加施工建设项目的焊工进行资质审查,并现场考核技术水平,达到要求后方可施焊;在焊接前,每道焊缝都要清除坡口铁锈、泥沙、污油,在焊接过程中,用风速仪、干湿温度仪等工程测量仪表,测量现场的风速、温度和湿度是否符合要求;管道下沟时,严禁采用钢丝绳直接吊装,防止损伤防腐层;采用电火花检漏仪和音频检测仪,发现的各类大中小漏点,要组织施工单位及时开挖和修补;对铁路和公路、水域的穿越段,焊口进行100%射线和100%超声波探伤检测,合格后才可回填。
  对所有的施工影像和签字等资料,实现永久存档管理。在严把施工质量和技术资料管理的同时,按照“安全第一,预防为主”的HSE管理方针,采取有效的安全控制和预防措施,实现施工质量管理目标。
  3.运行管理阶段的安全技术
  对于在役的油气管道,除了要强化防火、防爆、防超压、防泄漏、防静电、防雷电及消防安全技术外,还主要有针对油气管道特有的各种安全技术,如油气管道内、外腐蚀检测和维护,水击破坏防护,泄漏检测、完整性管理、GIS应用的技术。主要措施为:
  1)加大油气管道保护的立法力度。
  目前我国只有《石油、天然气管道保护法》等法律,没有出台配套的实施细则,还应借鉴国外做法,建立油气管道完整的专项法律体系,将油气管道的安全管理工作,作为社会全体成员的一项重要的公共安全工作来抓。
  2)加强油气管道安全管理的研究。
  从油气管道的腐蚀失效机理理论,深入研究各种不同状况下的防护措施,建立油气管道及防腐涂层的寿命动态模型,为各油气管道企业制订和落实防腐措施、防腐层大修、管道停用等建立提供理论依据,指导油气管道企业的安全生产,防止油气管道腐蚀带来的损失和后果。
  3)建立油气管道事故数据库。
  建议由国家有关机构,自上而下,针对我国油气管道事故高发的特点,组织科研院校开展全面调研,分门别类建立油气管道事故数据库,深入分析原因,提出整改措施和意见,指导在役管线的安全管理。
  4)提高油气管道检测水平。
  我国已出台了相关规范,明确规定了要对新管道和使用年限较长的老管道进行全面的体检工作。油气管道检测作为安全管理的技防手段,越来越受人们的高度重视。加快管道检测技术的引进和消化吸收,并适时启动油气管道内检测工作,已经刻不容缓。
  5)重视泄漏检测技术的研发和应用。
  在目前情况下,我国大部分长输油气管道一旦发生油气泄漏,主要是通过人工徒步巡检,通过地表的痕迹,查找泄漏位置,进行开挖和维护,这种方式不仅工作效率低,准确性也差。目前部分管道企业应用了部分院校通过自主研发的长输油气管道自动检测软件。该软件的主体技术是通过放射性示踪剂检测、体积或质量平衡法、负压波等理论,应用模式识别技术、通信技术等人工智能科技,分析和处理压力梯度、压力波传送速度等信号,建立数学模型,进行检测和定位。
  6)建立油气管道完整性管理体系
  油气管道完成性管理就是以数据库技术为支撑,开展油气管道全生命周期的安全管理。完整的技术体系主要是计算机数据库技术、管道检测及评估技术、管道检测技术、安全风险评价技术、管道应力及结构计算、管道维护及技术规程及应急响应技术等。其核心内涵包括:一、油气管道在物理结构和使用功能上是完整的;二、油气管道的安全风险,始终处于受控状态;三、管道管理企业已经并仍将不断采取各类安全防范措施,防止管道各类失效发生。油气管道的完整性管理,不但可以降低油气管道事故发生率,还可以避免不必要的各类维修和更换。
  参考文献:
  [1]赵忠刚.姚安林.赵学芬.油气管道风险分析的质量评价研究[j].安全与环境学报.
  [2]戚爱华:《我国油气管道运输发展现状及问题分析》 国际石油经济 2009年12期.
  作者簡介:
  王普进,1981年7月出生,2004年7月毕业于中国石油大学油气储运专业(本科),工程师,现在中石化销售华中分公司从事管道安全管理工作。
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