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第十章输油管道的安全管理第一节概述一、输油管道安全的重要性(一)输油管道事故的特点长距离输油管道具有密闭性好、自动化程度高等特点，其安全性优于铁路、公路、船舶运输等方式。但由于储运的介质是原油、轻油、液化气等易燃、易爆、易挥发和易于静电聚集的流体，有的还含有毒物质，一旦系统发生事故，泄漏的油气极易起火、爆炸，酿成人员伤亡及财产损失的恶性灾害。与天然气泄漏不同之处在于：油品大量泄漏还会污染水源、土壤，对公众健康及环境造成长期的不良影响。油罐火灾中绝大多数发生在汽油等轻油及原油罐，据统计原油罐和汽油罐的火灾占油罐火灾的比例我国是66％，前苏联为90％。大型油罐火灾的火势猛烈，火焰温度很高，热辐射强度大，容易发生爆炸或引燃附近油罐。油品外溢会形成大面积火灾，扑救困难。特别是原油和重油罐，若油品含水或罐内有水垫层，油罐着火后一定时间可能发生沸溢，油气喷溅四射使火势更大，这将扩大过火面积且容易造成人员伤亡。1989年黄岛油库的原油罐火灾就是由于沸溢造成了巨大损失。(二)输油管道安全的重要性当输油管道通过人口稠密的地区或接近重要设施时，大火及爆炸将造成生命、财产的巨大损失；在边远的荒漠、山区，往往因消防力量不足或水源较远等条件限制，灭火困难。输油管道的站场和油库的罐区集中储存着大量油品，装卸操作频繁，引发火灾的危险因素很多。输油管道的这些事故会造成人员伤亡和直接经济损失，以及上游的油气田和下游的工矿企业停工减产的间接损失。输油管道事故还可能污染环境，给公共卫生和环境保护带来较长时间的负面影响。在社会日益重视公众安全和环境保护的背景下，油气管道系统的安全受到了更为广泛的关注。长距离输油管道是大口径、长距离、高压力的大型管道系统，是国家能源供应大动脉和国民经济的重点工程，肩负着为国民经济健康快速发展提供能源保障的重要责任，它们的安全运行有重大的社会和经济意义。在全球经济一体化发展和我国加入WTO的形势下，提高安全管理水平已成为提高企业的综合效益及竞争能力、进入国际市场的重要手段。二、我国油气管道的安全形势我国已建成油气管道4万多公里，其中东部许多管道运行已接近或超过20年，逐步进入后期事故多发阶段。由于建设当时的技术经济条件所限，设计、施工水平、材料缺陷、多年运行的损伤等原因，管道安全存在不少隐患。近年来，随着经济的快速发展，城市及城镇建设、厂矿及交通设施建设也日益频繁，违章施工伤害管道、违章建筑占压管道的事件增多。第三方故意破坏引发的管道泄漏事故呈上升趋势，更给管道系统的安全造成严重威胁。2003年底在兰成渝成品油管道的广元段，因打孔盗油造成汽油喷射泄漏的恶性事故就是典型的例子。由于上述原因，我国油气管道事故率比发达国家要高很多倍。据统计，近30年来，欧洲、前苏联、美国的输气管道事故率(单位：次/(千公里·年))分别为0.42、0.46、0.60，总平均值大致为0.5。我国四川地区12条输气管道的事故率为4.3。西欧17国输油管道泄漏事故率2000年为0.25。我国东北和华北地区输油管道运行以来，粗略统计事故率要超过2.0。近年新建成的西气东输管道、兰成渝成品油管道、陕京输气管道及建设中的陕京二线、大西南成品油管道和计划建设的西部原油、成品油管道等都是大口径、长距离、高压力的大型管道系统，是西部大开发的重点工程，它们的安全运行对国民经济有重大意义。这些管道经过沙漠、高山，通过湿陷性黄土区域及多条地震断裂带。沿线地形地貌复杂，地质灾害类型多、频率高。2004年投产的甬沪宁原油管道及建设中的沿江输油管道等，都是建在人口及城镇最密集的华东沿海地区。这些管道一旦泄漏或发生火灾爆炸事故，将产生重大损失及恶劣影响。当前形势下，油气管道安全的重要性和紧迫性更为突出。增强安全生产意识，提高安全管理水平，保障油气管道安全运营，是摆在我国储运工程技术人员和管理人员面前的重要任务。三、输油管道事故原因与后果分析下面根据事故统计资料分别对输油管道的危害因素及事故后果进行分析。(一)输油管道事故统计分析表10.1列出了西欧和美国1971～1995年输油管道事故统计数据的原因分类。表10-1西欧及美国输油管道的事故统计(1971-1995年)外力损伤腐蚀机械损伤操作失误自然灾害其他西欧33%30%25%7%4%1%美国34%33%18%2.5%4.5%8%由管道事故率统计可见，欧美国家输油管道事故原因主要是外力损伤、管材及管件的机械损伤、腐蚀，其次是操作失误、自然灾害等。外力损伤中，一种指由于外部的活动，如工业、道路建设、爆破、开挖、管道施工、维修等活动引起的意外损坏；另一种是第三方恶意损坏，例如近年我国发生的打孔盗油事件属于这种。管材及管件的机械损伤往往是由材料损伤或施工损伤引发，除了管壁变形、凹陷等引起的泄漏外，较多事故发生在阀门、法兰等管件上，站场内的泄漏较多集中在这些部位。管道内、外腐蚀引起的泄漏事故中，输油管道外腐蚀次数及总泄漏量都占主要位置。腐蚀事故多发生在管子的焊道、管道穿(跨)越处、锚固及防腐层补口处的管段上，因为这些部位都易于产生管材损伤、应力集中、焊接缺陷及防腐层破损。自然灾害主要是由于地震、塌方、泥石流、洪水、雷击等造成的管道损坏。输油管道大量泄漏的主要原因是管子开裂。按管子开裂孔径的尺寸，从小到大排序，一般分为：针孔、裂缝、漏口、裂口、断裂等几种。开裂孔径、面积越大，平均泄漏量越大。表10-2我国东部输油管道的事故统计（1970—1990年)破坏原因外部干扰设备故障腐蚀违规操作施工、管材其他比例/(%)8.330.321.320.58.511.1表10-3我国输油管道设备事故统计(1970—1990年)分类加热炉阀门泵机组油罐电气设备其他比例/(%)31.626.821.011.67.91.1表10-2、10-3列出了1970-1990年我国输油管道事故统计数据。这20多年中我国输油管道事故原因主要是设备故障、腐蚀、操作失误，其次是外部干扰和施工、管材质量问题。我国输油管道事故主要原因与欧美不同，是因为东部管线多建设在20世纪70～80年代，受到当时经济、技术水平的限制，在设备、材料及施工质量、自动控制等方面与先进水平有较大差距所致。20世纪90年代以来，打孔盗油等故意破坏的事故率呈快速上升的趋势，这给输油管道安全造成了极大损害。近年新建的大型油气管道在设计、材料设备、施工等方面技术水平有很大提高，设备故障及误操作的事故率下降。(二)输油管道泄漏事故的后果及影响因素输油管道事故泄漏可能引起火灾爆炸，造成人员伤亡及财产损失。泄漏不仅使所输油品大量流失，由于漏出的油品往往会污染河流、地表和地下含水土层，从而污染饮用水，对生态环境和社会影响很大。原油泄漏后对生态环境有长期的负面影响，除了溢油直接损失，处理事故还需要花费油品回收、清洗、环境净化及赔偿损失等费用。输油管道事故后果的影响因素主要有以下几方面：1.油品泄漏量及扩散条件.管道运行中，因管子开裂引发的泄漏量与裂口大小程度、泄漏持续时间有关，开裂的孔洞越大，泄漏持续时间越长，泄漏量就越大。一般情况，局部腐蚀形成的针孔渗漏量很小，而机械损伤导致的裂口会大量漏油。通常条件下，泄漏量越大，污染范围也越大。但某些情况下也有例外，例如高压管道内，油品从小孔中向上喷射，随风四处飘散到远处；埋地管道长期泄漏的油品随地下水或地面水流动，或土壤为渗透率较高的沙土、砾石层，使油品容易扩散，这些都可能导致大面积的环境污染。目前，西欧的管道公司将受泄漏影响的面积超过1000m2的事故，定义为严重的环境污染事故。2.管道周边的人口密度泄漏事故后果的严重程度与当地人口状况有关，若事故发生在荒无人烟地区，则后果轻微，人口越密集，事故后果危害性越高。特别在工业区或商业区附近，不但人口密集，还由于土建施工及大型机械作业较多，危及管道的因素增多，事故频率较高，风险更大。3.管道所输介质的危险性所输介质的物理性质将影响到泄漏事故的后果，主要考虑介质的危险性。危险可以分成两类，即当前危险和长期危险。当前危险指突然发生并需要立即采取措施的危险，但危害的持续时间短。如火灾、爆炸、接触毒物等，将立即造成人员伤亡和财产损失。长期危险是指持续时间较长的危险，如水源污染、潜在致癌性等，这些属于慢性危害，随时间的推移，其危害性可能更大。天然气、液化气等泄漏后，火灾、爆炸危险性比一般油品的危险更大，而原油泄漏后对生态环境有长期的负面影响，长期危险较大。(1)油品的易燃易爆性石油及天然气的易燃、易爆性是泄漏后引发火灾或爆炸的内因。评价油品燃烧、爆炸危险的主要物性参数有：闪点、蒸气压、爆炸极限等。闪点是衡量油品火灾危险性的主要标志，以前国内按闪点高低划分石油及油品的危险等级。闪点低于28℃的油品，属于易燃液体，航空汽油、车用汽油、航空煤油属于这类。由于原油的蒸汽压较高，闪点较低，也多属易燃液体。近年发布的GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》中，将易燃液体按蒸气压、闪点分别划分：37.8℃时蒸气压200kPa的液态烃为甲A类，如液化石油气、液化天然气、天然气凝析油及未稳定凝析油。闪点低于28℃的液体(甲A类除外)为甲B类，如汽油、原油及稳定凝析油。将闪点28℃的可燃液体按闪点从低到高分为了乙A、乙B和丙A、丙B类。这种油品火灾危险性分类方法与国外基本相符。当油气在空气中的浓度在爆炸上限与下限之间，遇到引爆源时有爆炸危险。油气的燃烧限范围的下限与爆炸限一致，上限略高于爆炸上限。若混合气浓度高于爆炸上限却在燃烧限内，则不会爆炸，但会燃烧，而后爆炸。几种油品在空气中的爆炸极限(体积浓度)：车用汽油为1.58％～6.48％，煤油为1.4％～7.5％。油气的爆炸往往与燃烧相联系，两者一定条件下可以互相转换，所以易燃性大的油品往往爆炸危险性也大。(2)油品的静电积聚性油品在管道中流动、充装容器时的冲击、喷溅及沉降等过程中，都会产生静电积聚。因为静电放电的火花引燃油气的火灾、爆炸事故，主要发生在有油气形成的油罐、油槽车及油轮中。据日本官方统计，油品的火灾爆炸事故中，约有10％属于静电引发的事故。当液体的电导率在10-12～10-11S/m范围，静电产生并积聚的能力最强，若油品中含有水分或混有空气，会增加静电积聚的危险性。液化石油气、凝析油和轻质油品的电导率及含杂质情况正在这个范围内，储运过程中静电危险性很大。(3)油品的毒性原油、汽油等对人体的毒性取决于其组成成分，其中所含的烷烃、环烷烃等由呼吸道吸入后，高浓度时可使神经系统功能紊乱，并刺激皮肤、粘膜。含油污水对河流的污染严重时会导致鱼虾死亡。(三)高粘易凝原油流变特性对管道运行安全的影响高粘易凝原油多采用加热输送。加热输送管道低输量运行中，当外界环境条件变化或运行工艺参数不当时，可能出现初凝停流事故。管道的输量要大于热力条件允许的最小输量，输量低于这一限制时，必须采取相应措施才能保证管道安全运行。停输时间过长将使管内原油冷凝而导致再启动困难，可能酿成凝管事故。凝管事故是输油企业的恶性重大事故。它不仅会造成管道停输，而且往往解堵困难。处理凝管事故除了造成排放原油、抢险费用、管道停输等直接经济损失外，还会污染环境，并影响上、下游的油田、石化企业的生产，造成巨大的间接损失和不良的社会影响。加热输送管道凝管事故主要容易在以下情况发生：(1)管道结蜡层较厚，较低输量和较低油温下运行时；(2)投产初期油源不落实，投产后输量达不到管道允许最低输量；(3)因事故停输的时间过长，油温降低过多，管道无法正常再启动。我国加热输送含蜡原油管道上曾发生过上述各种原因引发的凝管事故。例如，全长435km，管径273mm，加热输送青海油田的原油至格尔木炼厂的花格原油管道，1990年投产后不久就发生全线凝管事故。某条管径350mm，长295km的易凝原油加热输送管道，一次在冬季地温较低时，在两天中先后因为停止供电17h，造成两个站间约100km管道内原油冷凝(没有形成管截面全部凝结)，不能正常再启动运行。这次事故处理中，在几十公里的管线上开孔十几个，分段放出管道内的冷原油，又安装了临时管线、泵机组、油罐和加热炉，