羅強(qiáng)賢1 伍全紅1 邱天2 廖東波3 王寧3

1.湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院有限責(zé)任公司；2.西氣東輸長沙輸氣分公司；3.湖南省天然氣有限公司

摘要：在役輸氣管道因地區(qū)等級升級擬采取降壓運(yùn)行措施，采用模擬方法對比降壓前后事故后果影響范圍，采用半定量、定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法分析其降低安全風(fēng)險(xiǎn)的有效性；結(jié)果表明輸氣管道“降壓運(yùn)行”措施在近距離存在大量居民建筑情況下可一定程度減小影響范圍，但管道安全風(fēng)險(xiǎn)并未降低至可接受范圍。降壓運(yùn)行對于降低輸氣管道安全風(fēng)險(xiǎn)作用具有局限性，提出的風(fēng)險(xiǎn)分析方法和措施有效性探討為輸氣管道“消隱患、降風(fēng)險(xiǎn)”提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 輸氣管道；安全隱患；降壓運(yùn)行

建設(shè)期管道周邊人口稀少的地區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展以及規(guī)劃變更等因素，人口密度劇增，此時(shí)已投入運(yùn)行的管道地區(qū)等級由一、二級升級為三、四級，原設(shè)計(jì)的管道材質(zhì)、壁厚、截?cái)嚅y間距等均難以改變，導(dǎo)致管道現(xiàn)狀不能滿足相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)安全運(yùn)行要求，造成局部管段存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，甚至重大安全風(fēng)險(xiǎn)。本文以某在役輸氣管道擬采取降壓運(yùn)行消除地區(qū)等級升級帶來的安全隱患，分析該措施降低安全風(fēng)險(xiǎn)的有效性。

1 輸氣管道現(xiàn)狀

某輸氣管道在城市郊區(qū)段原按照二級地區(qū)設(shè)計(jì)，壓力6.3 MPa，管徑508 mm，鋼級L415，壁厚7.9 mm（考慮地區(qū)等級升級，提高了壁厚）。當(dāng)?shù)卣�府部門在管道（長度約700 m）上方兩側(cè)規(guī)劃建設(shè)居民小區(qū)，管道兩側(cè)200 m范圍內(nèi)修建6層居民樓多達(dá)120棟，人口近萬人，管道地區(qū)等級由原來的二級升至四級，安全風(fēng)險(xiǎn)增大（圖 1）。

圖 1 輸氣管道示意圖

在短期不能實(shí)施改線情況下，經(jīng)第三方機(jī)構(gòu)評估，提出了采取包括“降壓運(yùn)行”的一系列措施降低風(fēng)險(xiǎn)，如增設(shè)蓋板、應(yīng)力監(jiān)測裝置、陰極保護(hù)電位檢測裝置、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)在管道上方增設(shè)警示牌，增加巡線密度，定期開展管道內(nèi)檢測和外檢測等。但因降壓運(yùn)行會(huì)降低管輸量，影響下游城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活用氣，管道企業(yè)一直未予實(shí)施。

2 降壓前后事故后果對比

2.1 運(yùn)行安全壓力確定

根據(jù)GB 50251― 2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.2條規(guī)定，按式（1）反算降壓運(yùn)行最大壓力：

式中， δ 為鋼管壁厚， mm； P 為最大運(yùn)行壓力， MPa； D為鋼管外徑， 508 mm； σ s為最低屈服強(qiáng)度， 415 MPa； F為強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，四級地區(qū)取0.4； φ 為焊縫系數(shù)，取1.0； t為溫度折減系數(shù)，取1.0。以7.9 mm鋼管壁厚反算四級地區(qū)管道最大運(yùn)行壓力為5.1 MPa。

2.2 潛在影響半徑對比

根據(jù)GB 32167― 2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》規(guī)定，計(jì)算輸氣管道潛在影響半徑：

降壓后，運(yùn)行壓力取5.1 MPa，潛在影響半徑：

對比潛在影響半徑，降壓運(yùn)行后減小了12.66 m，但仍覆蓋了管道兩側(cè)大量建筑物區(qū)域，按人口密度估算潛在影響半徑范圍內(nèi)人口數(shù)量達(dá)到約6000人。

2.3 事故后果影響范圍對比

為更直觀比對，采用中國安科院CASST―QRA軟件模擬計(jì)算輸氣管道在各種泄漏模型下的事故后果影響死亡半徑，作為參考。

對比表 1結(jié)果可知，降壓運(yùn)行后管道模擬中孔、大孔、完全破裂事故后果影響死亡半徑減小了5 m～14 m不等，與潛在影響半徑變化情況大致吻合。就該案例管道，降壓運(yùn)行后事故狀態(tài)仍將造成嚴(yán)重后果。

表 1 降壓前后輸氣管道事故后果影響死亡半徑

3 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)有定性評價(jià)方法、半定量評價(jià)方法、定量評價(jià)方法，包括但不限于專家評價(jià)法、安全檢查表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、指標(biāo)體系法、場景模型評價(jià)法、概率評價(jià)法等。結(jié)合現(xiàn)場管道數(shù)據(jù)完整程度，本次采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法及定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法進(jìn)行分析。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析

采用GB 32167― 2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》附錄E風(fēng)險(xiǎn)矩陣（表 2）分析，當(dāng)安全風(fēng)險(xiǎn)不可接受時(shí)，需要通過降低“事故發(fā)生概率”或減小“事故后果”或同時(shí)從兩方面采取措施消減風(fēng)險(xiǎn)，確保管道風(fēng)險(xiǎn)可接受。

表 2 風(fēng)險(xiǎn)矩陣表

（ 1）降壓運(yùn)行前，管道企業(yè)采取的一系列措施均從降低事故發(fā)生概率考慮，未采取減小事故后果措施。按表 2所示，假設(shè)事故發(fā)生概率低則失效可能性取1；周邊人口密度高管道失效會(huì)造成大量人員傷亡則失效后果取E；風(fēng)險(xiǎn)等級為III級，即較高級，風(fēng)險(xiǎn)不可接受，應(yīng)在限定時(shí)間內(nèi)采取有效措施消減風(fēng)險(xiǎn)。

（ 2）降壓運(yùn)行后，事故發(fā)生概率進(jìn)一步降低，失效可能性仍取1；事故后果影響范圍有所減小，但在其影響范圍內(nèi)仍將造成大量人員傷亡，失效后果還取E；風(fēng)險(xiǎn)等級仍為III級，即較高級，風(fēng)險(xiǎn)不可接受。

3.2 定量風(fēng)險(xiǎn)分析

依據(jù)SYT 6891.2― 2020《油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法 第2部分 定量評價(jià)法》，進(jìn)一步進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析。個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)參照GB 36894― 2018《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》，管道兩側(cè)居民小區(qū)屬于一般防護(hù)目標(biāo)中的一類防護(hù)目標(biāo)，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)如表 3、圖 2（a）所示，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)如圖 3（a）所示。

表 3 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)

（a） 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線示意圖

（b）案例個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線圖

圖 2 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線圖

（a） 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)（F-N）曲線

（b）案例社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線（F-N）
圖 3 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線（F-N）圖

定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果表明：

（1）未得到個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)1×10-5次/年、 3×10-6次/年等值線。

（2）個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)3×10-7次/年等值線覆蓋到管道兩側(cè)居民建構(gòu)筑物，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的，如圖 2（b）所示。

（ 3）社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線有部分已處在風(fēng)險(xiǎn)不可接受區(qū)，即社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)不可接受，如圖 3（b）所示。

4 結(jié)論及建議

（ 1）輸氣管道降壓運(yùn)行措施可一定程度減小事故后果影響半徑，但對于近距離高密集人口區(qū)域管道，降低安全風(fēng)險(xiǎn)具有局限性；針對該類安全隱患，建議采取改線措施以徹底消除風(fēng)險(xiǎn)。

（ 2）嚴(yán)格控制在管道兩側(cè)近距離修建居民小區(qū)和高密集人口的公共場所和設(shè)施，避免造成后期管道重大安全風(fēng)險(xiǎn)難以消減。

（ 3）及時(shí)修訂《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對新建管道路由處于地區(qū)等級三級以上管段在可研階段即應(yīng)開展安全條件論證或風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

作者簡介：羅強(qiáng)賢， 1985年生，學(xué)士，注冊安全工程師/安全評價(jià)師/中級管道完整性管理工程師，主要從事油氣管道安全管理工作。聯(lián)系方式：18874087109， 361483940@qq.com。