張圣柱1,2 Y. Frank Cheng2 王如君1 馮曉東3 馮慶善4 魏利軍1 多英全1 韓玉鑫3

1.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院； 2.卡爾加里大學(xué)； 3.國家應(yīng)急管理部； 4.國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司

摘要：為合理評估并有效控制管道與周邊區(qū)域的相互影響，提出一種油氣管道周邊區(qū)域劃分與距離設(shè)定方法。將周邊區(qū)域沿管道中心線兩側(cè)依次向外劃分為管道通行區(qū)、規(guī)劃控制區(qū)和應(yīng)急響應(yīng)區(qū)。根據(jù)法律規(guī)定、實際事故后果影響范圍和典型事故后果數(shù)值計算結(jié)果，提出三個區(qū)域的距離設(shè)定原則與計算方法以及分區(qū)域管控建議，以保障管道安全運行和周邊區(qū)域公共安全。

關(guān)鍵詞：油氣管道；區(qū)域劃分；距離設(shè)定；管道通行區(qū)；規(guī)劃控制區(qū)；應(yīng)急響應(yīng)區(qū)

 

油氣管道被稱為能源運輸?shù)母咚俟�路，是目前最為安全和�?jīng)濟的運輸方式。但是，管道一旦失效可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等事故，會對周邊公共安全造成較為嚴(yán)重的影響。管道大多敷設(shè)于地下，且大量經(jīng)過城鄉(xiāng)建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)，易遭受較為頻繁的第三方施工損壞，同時管道周邊人口密度增高導(dǎo)致地區(qū)等級升高和高后果區(qū)增加等，加大了管道運行風(fēng)險。因此，研究管道周邊土地利用及保護區(qū)域劃分，分區(qū)域采取針對性措施管控風(fēng)險，是提升管道安全水平的重要保證。

青島“11·22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故，反映出我國在油氣管道周邊區(qū)域規(guī)劃管理方面存在問題：事故管段建成初期周邊區(qū)域人煙稀少，發(fā)生事故時已升級為Ⅲ級高后果區(qū)，給應(yīng)急響應(yīng)和救援帶來很大困難，導(dǎo)致管道安全和公共安全風(fēng)險進一步加大。

加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會PLUS 663《管道土地利用規(guī)劃：地方政府、開發(fā)商和管道運營商指南》（2004）將油氣管道中心線兩側(cè)向外依次劃分為通行帶、緩沖帶、人口密度識別區(qū)和應(yīng)急響應(yīng)規(guī)劃區(qū)4個區(qū)域，并對各區(qū)域內(nèi)相關(guān)方的權(quán)利和義務(wù)作出規(guī)定。美國管道和信息規(guī)劃聯(lián)合會《基于風(fēng)險告知的土地利用規(guī)劃以提升途經(jīng)社區(qū)管道安全的推薦做法》（2010），提出天然氣管道、液體管道分別設(shè)立200 m和200 m～305 m的咨詢區(qū)和規(guī)劃區(qū)；美國交通運輸部《減災(zāi)規(guī)劃：管道附近土地利用規(guī)劃和開發(fā)實踐》（2015）將管道危害納入減災(zāi)規(guī)劃入門手冊，降低管道風(fēng)險。北美地區(qū)對管道周邊相關(guān)區(qū)域范圍大多直接作出規(guī)定，對事故情景考慮較少，因其土地資源豐富，部分距離設(shè)定值不適用于土地資源稀缺的地區(qū)。

《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》從保護管道安全的角度提出了“5 m”要求，但未從土地利用規(guī)劃、應(yīng)急救援等角度考慮區(qū)域劃分和管理。基于當(dāng)前油氣管道規(guī)劃、建設(shè)、運行面臨的挑戰(zhàn)，以及典型事故反映出的問題，借鑒北美地區(qū)經(jīng)驗及做法[1-3]，研究油氣管道周邊區(qū)域劃分與距離設(shè)定方法，為管道安全和公共安全管理提供技術(shù)支持。

1 油氣管道安全面臨的突出問題

1.1  第三方損壞

第三方損壞是目前導(dǎo)致油氣管道失效的主要原因。圖 1為2016年全國陸上油氣輸送管道事故原因統(tǒng)計，其中第三方損壞占事故總數(shù)的38.7%。2016年7月21日，某勘察設(shè)計研究院在地質(zhì)勘查過程中，將西氣東輸二線中衛(wèi)站出站管道鉆漏，造成管道停輸47小時，就是一起典型的第三方損壞事故[4]。

 

圖 1 2016年陸上油氣輸送管道事故原因統(tǒng)計

 

1.2  重復(fù)規(guī)劃使用管道用地

一些地方政府規(guī)劃主管部門重復(fù)出讓、發(fā)包管道建設(shè)用地，導(dǎo)致管道占壓、安全距離不足等隱患嚴(yán)重，有些地區(qū)甚至出現(xiàn)學(xué)校、居民區(qū)等人員密集場所占壓管道的情況，對公共安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。青島“11·22”事故后，全國開展了油氣輸送管道安全隱患專項排查整治，共排查出29436處隱患，其中占壓11972處、安全距離不足9171處，占隱患總量的71.8%[5]。

1.3  管道地區(qū)等級升級

地區(qū)等級是管道強度設(shè)計系數(shù)、相鄰閥室間距等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計的重要依據(jù)。建設(shè)期管道周邊人口分布稀少的地區(qū)，因經(jīng)濟和社會快速發(fā)展、規(guī)劃變更等因素，人口密度劇增，由一級地區(qū)升級為四級地區(qū)[6,7]，但此時管道已投入運行，原設(shè)計的管道材質(zhì)、壁厚、截斷閥間距等已難以改變，導(dǎo)致管道設(shè)計不能滿足安全運行要求。另一方面，有的企業(yè)在管道選線過程中比較重視節(jié)省投資，未充分考慮管道失效情況下可能對周邊公眾造成的危害，存在未充分論證并盡量避繞人員密集場所等問題，造成管道周邊區(qū)域風(fēng)險較高。

2  油氣管道區(qū)域劃分

沿管道線路中心線兩側(cè)向外依次劃分為管道通行區(qū)、規(guī)劃控制區(qū)和應(yīng)急響應(yīng)區(qū)（圖 2）。

 

圖 2 油氣管道周邊區(qū)域劃分

 

2.1  管道通行區(qū)

為防止挖掘施工、修建建（構(gòu)）筑物等活動造成管道損壞，同時滿足日常巡檢和維護管道的需要，在管道線路中心線兩側(cè)各5 m范圍設(shè)置的控制區(qū)域。

2.2  規(guī)劃控制區(qū)

為降低管道失效可能導(dǎo)致的事故影響，在管道線路中心線兩側(cè)設(shè)置的、以控制人口密度和限制規(guī)劃特定類型場所為目的的區(qū)域。其范圍是管道線路中心線兩側(cè)30 m～100 m。

經(jīng)對多起事故后果分析和對在役管道典型事故后果數(shù)值模擬計算結(jié)果可知，輸氣管道大概率事故的死亡半徑約50 m～100 m[8]，油品管道大概率事故的死亡半徑小于輸氣管道。在此距離范圍內(nèi)限制新建人群疏散困難的建筑物、人員密集型建筑物以及可能引發(fā)次生事故的特定場所，能夠避免失效情況下可能造成的大規(guī)模人員傷亡。新建管道在規(guī)劃過程中，管道企業(yè)應(yīng)向規(guī)劃部門說明事故潛在影響距離，并據(jù)此合理確定規(guī)劃控制區(qū)范圍。

2.3  應(yīng)急響應(yīng)區(qū)

為降低管道事故造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失，在管道線路中心線兩側(cè)設(shè)置的需要采取應(yīng)急措施的區(qū)域。建議油品管道、天然氣管道的應(yīng)急響應(yīng)區(qū)距離均不小于200 m。對于管輸介質(zhì)泄漏后可能進入地下密閉空間的管段，應(yīng)根據(jù)流向確定應(yīng)急響應(yīng)區(qū)范圍；無法確定流向時，建議應(yīng)急響應(yīng)區(qū)范圍不應(yīng)小于2 km。特殊管段的應(yīng)急響應(yīng)區(qū)應(yīng)結(jié)合管段實際情況計算確定。需要考慮的因素如下。

2.3.1  事故后果影響范圍確定依據(jù)

（1）根據(jù)管道可能發(fā)生的事故后果影響范圍確定應(yīng)急響應(yīng)區(qū)邊界。事故后果既應(yīng)考慮大概率事故，也應(yīng)考慮最大可信事故。

（2）綜合考慮管道輸送介質(zhì)、設(shè)計壓力、設(shè)計輸量、管徑、運行參數(shù)等管道本體條件和管道周邊環(huán)境，計算事故后果影響范圍。輸送多種介質(zhì)的，選取可能造成最嚴(yán)重事故后果的介質(zhì)。

（3）可能發(fā)生多種事故后果的，計算最嚴(yán)重的事故后果影響范圍。

（4）根據(jù)管道本體及周邊環(huán)境情況分段計算和劃分。

2.3.2  計算依據(jù)

（1）根據(jù)傷害閾值確定事故后果影響范圍，油氣管道熱輻射傷害閾值取3 kW/m2，沖擊波超壓傷害閾值取2 kPa。

（2）同一管道應(yīng)考慮造成熱輻射傷害和沖擊波超壓傷害的各類事故后果。

（3）可采用行業(yè)認(rèn)可的計算模型、計算方法或計算程序計算事故后果影響范圍[9,10]。

2.3.3  需考慮的事故場景

（1）輸油管道應(yīng)至少考慮池火等事故場景。

（2）輸氣管道應(yīng)至少考慮噴射火、蒸氣云爆炸等事故場景。

2.3.4  泄漏速率與泄漏量

（1）綜合分析管道運行工況、自控系統(tǒng)情況、可能泄漏點位置以及泄漏點與兩側(cè)截斷閥高程關(guān)系、泄漏持續(xù)時間等因素確定泄漏速率。

（2）綜合分析泄漏速率、可能泄漏點兩側(cè)截斷閥之間的管存量、泄漏后截斷閥關(guān)閉時間、管道沿線高程等因素確定泄漏量。輸氣管道的泄漏量不應(yīng)小于可能泄漏點兩側(cè)截斷閥之間的管存量。

（3）應(yīng)考慮可能發(fā)生的最大泄漏量。相關(guān)參數(shù)不能準(zhǔn)確確定時，可取正常工況下10 min輸量作為泄漏量。

2.3.5  環(huán)境因素

（1）液體管道泄漏后，周圍的地形會對泄漏介質(zhì)的流動或聚集產(chǎn)生較大影響，可根據(jù)地面形狀和性質(zhì)以及介質(zhì)物性合理確定液池面積和最小厚度，當(dāng)缺少合適的數(shù)據(jù)時，液池最小厚度可取典型值10 mm。

（2）當(dāng)泄漏介質(zhì)存在進入地下密閉空間可能性時，應(yīng)合理分析進入地下密閉空間的泄漏介質(zhì)總量以及在地下密閉空間內(nèi)可能發(fā)生的事故后果。

3  區(qū)域控制與管理

3.1  管道通行區(qū)

3.1.1  管控重點

（1）喬木、灌木、藤類、蘆葦、竹子等根系較深的植物，可能會對石油瀝青類外防腐層造成較為嚴(yán)重的損壞，應(yīng)禁止種植；3PE外防腐層雖然受深根植物影響較小，但在管道上方種植深根植物，會影響管道運行維護和應(yīng)急救援，也應(yīng)禁止或限制種植。

（2）在管道上方修建建（構(gòu)）筑物或者堆放重物，會使管道長時間承壓發(fā)生變形，影響清管器、檢測器的正常通過；同時會影響搶險機具和車輛通行及限制作業(yè)面積，應(yīng)禁止。

3.1.2  第三方施工

（1）在管道通行區(qū)進行施工，施工方應(yīng)提前對管道位置進行查詢和確認(rèn)[11,12]。

（2）確認(rèn)管道位置后，施工方應(yīng)與管道企業(yè)協(xié)商確定施工作業(yè)方案并簽訂管道安全防護協(xié)議，防止管道因第三方施工造成損壞。

3.2  規(guī)劃控制區(qū)

3.2.1  管控重點

（1）醫(yī)院、托兒所、幼兒園、養(yǎng)老院、監(jiān)獄等人群疏散困難的建筑物和居民小區(qū)、學(xué)校、娛樂場所、車站、商場等人員密集型建筑物不僅會增加事故狀態(tài)下的應(yīng)急難度，也會增加管道周邊社會風(fēng)險，應(yīng)禁止規(guī)劃。

（2）區(qū)域內(nèi)如果有加油站、加氣站、儲油罐、儲氣罐等易燃易爆物品存儲場所，在油氣管道失效發(fā)生火災(zāi)爆炸事故時可能會引發(fā)次生事故，造成更加嚴(yán)重的后果，應(yīng)禁止規(guī)劃。

（3）區(qū)域內(nèi)項目規(guī)劃變更或開發(fā)建設(shè)活動可能導(dǎo)致油氣輸送管道出現(xiàn)GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》第6.1條規(guī)定的Ⅲ級人員密集型高后果區(qū)、或現(xiàn)有人員密集型高后果區(qū)等級升高、或輸氣管道地區(qū)等級升高（參照GB 50251―2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》第4.2.2條），應(yīng)嚴(yán)格控制。

3.2.2  規(guī)劃制定

（1）制定規(guī)劃應(yīng)最大限度降低管道事故發(fā)生概率和后果嚴(yán)重度。

（2）規(guī)劃建設(shè)的相關(guān)建（構(gòu)）筑物與油氣輸送管道線路和管道附屬設(shè)施的距離應(yīng)當(dāng)符合國家法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的強制性要求。

（3）變更規(guī)劃應(yīng)充分考慮對油氣輸送管道的影響，并征求各相關(guān)方的意見與建議，變更結(jié)果應(yīng)向社會公示。

（4）油氣輸送管道與上述場所、建（構(gòu)）筑物等共存于規(guī)劃控制區(qū)時，應(yīng)盡早組織相關(guān)各方，根據(jù)國家法律法規(guī)，協(xié)商制定最佳解決方案，在努力降低對該區(qū)域影響并保障管道安全運行的同時，也應(yīng)將經(jīng)濟成本降至最低。

3.3  應(yīng)急響應(yīng)區(qū)

（1）周期性識別高后果區(qū)，重點做好與人員密集場所和人群疏散困難目標(biāo)的風(fēng)險溝通，開展風(fēng)險告知和安全自救教育，劃定逃生路線，儲備應(yīng)急物資。

（2）安裝泄漏定位系統(tǒng)，有條件的輸油管道還應(yīng)安裝泄漏量在線檢測系統(tǒng)。

（3）定期對管道進行檢測和風(fēng)險評價，及時采取風(fēng)險消減措施。

（4）定期舉行應(yīng)急救援演練，持續(xù)完善應(yīng)急預(yù)案。

4  結(jié)語

規(guī)劃控制區(qū)是上述三個區(qū)域中最難設(shè)定和管理最為復(fù)雜的區(qū)域，主要原因是當(dāng)前我國經(jīng)濟、社會快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程加快，土地資源價值提高并逐漸變得稀缺，區(qū)域范圍過大將影響土地利用，同時也限制新建管道選擇路由。建議充分考慮事故后果影響，結(jié)合地區(qū)實際，合理確定區(qū)域范圍，為管道安全運行和區(qū)域發(fā)展留足安全空間，并嚴(yán)格執(zhí)行。建議通過法律法規(guī)明確對油氣管道周邊區(qū)域的劃分和管理要求，并區(qū)分已建管道和新建管道。地方政府主管部門和管道企業(yè)應(yīng)落實安全監(jiān)管責(zé)任和安全生產(chǎn)主體責(zé)任，確保已建管道風(fēng)險不再提高，新建管道風(fēng)險合理可控。

 

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基金項目：中國國家留學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃課題（2016YFC0801500）。

 

作者簡介：張圣柱，1983年生，2012年獲中國礦業(yè)大學(xué)（北京）博士學(xué)位，現(xiàn)為中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院高級工程師，主要從事油氣管道及危險化學(xué)品安全技術(shù)研究。聯(lián)系方式：010-84917513，zhangsz@chinasafety.ac.cn。

 

（原文刊于《中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)》2019年第15卷第1期，轉(zhuǎn)載時作者有刪節(jié)。）