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、公路和鐵路等傳統運輸方式相比，無論在成本還是在安全穩定性和環保方面都更具優勢，已經成為油氣運輸的主渠道。

輸油管道在設計、安裝和運行過程中面臨人員、設備、環境等多方面的不安全因素，管道泄漏事故一旦發生，輕則造成環境污染，重則導致火災、爆炸等重大安全事故，造成人員傷亡、財產損失和環境破壞[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重后果[2,3]，給公共安全和環境帶來了巨大危害。

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

依據GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》，管道經過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，即為環境敏感型高后果區。

筆者在環境敏感型高后果區工作實踐中發現，輸油管道高后果區f）識別項中對河流沒有進行定量描述。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。同時管道在河流枯水期發生泄漏，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

閥門關閉前，輸油管道泄漏主要受管道輸送壓力、管徑、介質物性等參數的影響，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； 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散速度模擬可以對油品泄漏后影響區域進行判斷，以便后續采取適當措施進行圍堵和清理。

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環境，減少農作物產量或降低有機物的生物量。最顯著的危害表現為：油品黏附于枝葉，阻止植物進行光合作用，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而死亡。因此，油品泄漏可能引起原生植被生態系統退化，次生植被生態系統演替，從而相應改變生態系統中各組成對應生態位的變動。若發生泄漏，主要對土壤產生影響。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，從而造成土壤長期處于缺氧還原狀態，土壤養分釋放慢，不能滿足農作物生長發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，因黏結力而形成一定厚度的成片油膜，并借助風、浪、流的作用力在水面漂移擴散。與此同時，溢油會發生一系列溶解、乳化等遷移轉化反應，一旦遇到生物體、無機懸浮物或漂移至岸邊，還會發生附著、吸附和沉降等變化。

3 污染原因分析

環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。

（1）第三方損壞

主要是沿線第三方施工作業和其他活動，如挖魚塘、挖沙、清淤等對地表進行開挖，開挖過程中造成管道損壞，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，在管道沿線也多是高程地點，容易發生內腐蝕。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，會對管道安全帶來潛在危險。如管道起輸中未確認線路截斷閥是否處于全開狀態，可能造成外管道憋壓而致管道發生變形，進一步撕裂焊口等位置造成漏油。

4 建議

技術方面，定期對管道進行風險評價。從第三方損壞、腐蝕、制造與施工缺陷、地質災害和誤操作五 大風險因素進行風險分析，將管道內外檢測結果和完整性評價結果作為腐蝕減薄因素綜合考慮，及時發現管道的高風險點，并采取有效措施降低管道風險。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《突發事件應對法》《環境保護法》及其他國家法律、法規及有關文件要求，加強與地方生態環境、應急等部門的聯動，做到企業與政府應急預案的有效銜接，避免次生環境污染事件發生。

參考文獻：

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

[2] 任順順.油氣長輸管道泄漏檢測技術研究[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:石油工業出版社,1986:6.

基金項目：國家重點研發計劃資助“油氣管道及儲運設施安全風險評估技術研究”， 2016YFC0802104。

作者:  張希祥， 1989年生， 2014年畢業于中國地質大學（北京）安全技術及工程專業，碩士學位，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 家工程實驗室，從事管道完整性技術研究工作。