基于DNV Safeti软件在天然气管道高后果区的应用.pdf

通讯作者：张桂瑞，年毕业于西南石油大学资源勘查工程专业，现在中国石油集团安全环保技术研究院有限公司 评价中心从事安全评价工作。通信地址：北京市昌平区黄河北街号院号楼 ，。：。：基于 软件在天然气管道高后果区的应用张桂瑞陈 忱王金友邵明明（中国石油集团安全环保技术研究院有限公司）摘要天然气长输管道是输气管道工程的基础工程设施，输气介质天然气属于易燃易爆物质，管道具有高压力属性主要风险为天然气的泄漏点火产生喷射火、闪火和蒸汽云爆炸。文章采用 软件对某输气管道高后果区进行了定量分析，计算出喷射火、闪火和蒸汽云爆炸的影响距离，以及计算出个人风险等值线和社会风险曲线，为建设项目设计、运行提供参考。可以为管道企业明确管道高后果区可能的影响范围和可能造成的后果，还可以企业在管道防腐管理、地灾管理、管道维修维护与保卫保护等方面采取针对性的的管理措施和技术措施，从而进行有效风险控制，减小管道沿线的环境影响和公众损失。关键词 软件；泄漏爆炸；定量风险分析；后果中图分类号：文献标识码：文章编号：（）犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犇 犖 犞犛 犪 犳 犲 狋 犻 犛 狅 犳 狋 狑 犪 狉 犲 犻 狀犙 狌 犪 狀 狋 犻 狋 犪 狋 犻 狏 犲犚 犻 狊 犽犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳犎 犻 犵 犺犆 狅 狀 狊 犲 狇 狌 犲 狀 犮 犲犃 狉 犲 犪狅 犳犖 犪 狋 狌 狉 犪 犾犌 犪 狊犘 犻 狆 犲 犾 犻 狀 犲 （犆犖犘 犆犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲狅 犳犛 犪 犳 犲 狋 狔牔 犈 狀 狏 犻 狉 狅 狀 犿 犲 狀 狋犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔）犃 犅 犛 犜 犚 犃 犆 犜 ，犓 犈 犢犠犗 犚 犇 犛 ；引言输气管道作为输气管道工程的重要组成部分，主要功能是保障输气工艺连续运行和保证管道安全平稳输送，但输气管道为线性工程，管道沿线地形地貌复杂，且周边社会环境和自然环境复杂，如果发生火灾爆炸事故，首先可能造成管道本体受损，进而造成管道周边人员受到伤害，严重时可能造成输气管道系统失效，不能完成输气管道任务 。定量风险评估（）在石油及化工领域已经得到了广泛的应用和研究，然而天然气长输管道高后果区在介质、操作压力等方面均与传统的石化企业有明显不同。通过参考国外相关资料，以挪威船级社开发的 软件为工具，该软件拥有泄漏模块、扩散模块、后果影响模块和风险模块，各个模块均经过实验认证和比对，计算准确度高，被国家应急管理部认可和推荐。本文运用该软件构建长输管道二维模型，对某天然气长输管道高后果区进行定量风险分析，给出一定条件下的量化指标，供新建管道设计人员及运营管理人员参考。油气田环境保护 年月 管道基本情况管道为川气东送二线天然气管道工程川渝鄂段，干线起自四川威远和泸县，途经重庆，止于湖北潜江，总体与川气东送一线并行敷设，长 （其中威远内江 ），出川设计输气能力 ，设计压力 ，管径 （其中威远内江 ），是四川盆地上产天然气的又一外输通道。本次进行定量风险分析的高后果区位于干线重庆段，距上游阀室，距下游阀室，高后果区总长度为 ，通过重庆市大足区中敖镇峰山村、赵家坝、新店村、三桥村、唐家大院子等密集村庄。管道沿线两侧 ，范围内居民户数超 户，人口密集，划分为三级地区；管道潜在影响半径范围内的特定场所：双溪小学与管道最小间距约，中敖中学与管道最小间距约 。软件介绍本项目个人风险、社会风险计算采用 软件。软件是迄今为止最先进的量化风险评估 工具。其作为行业标准，融入了 多年的行业经验和知识，适用于流程工业、石油化工、危险品运输、油气管道等设计和装置运行的各个阶段。将现场调研、分析、整理的信息输入软件中，自动完成个人风险的计算、等值线的追踪和绘制。长输管道风险分析存在多个难点，例如管径较大，运输距离长，针对管道埋地的问题，还需考虑不同土壤对泄漏产生危害的影响。如何准确模拟埋地管道风险并进行量化风险评估一直是行业难题。国家安全生产监督管理总局公告 年第 号 危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准（试行）中对个人风险和社会风险亦提出了具体要求。国家能源局 年月日实施了 油气输送管道风险评价导则，标准中也明确了适用于长输管道的个体风险可接受准则推荐值和社会风险可接受标准 曲线。软件的专家团队通过进行大量实验对比，建立了埋地管道破坏模型。在过去的 年里，根据大量工程实践对模型进行了优化，可以满足不同土壤、不同埋深情况下管道事故后果和风险的量化分析要求。定量风险计算 模型建立以该段高后果区临近学校段为例，进行定量风险分析，长度约 。高后果区周边情况见图。图高后果区周边情况）企业与危险源主要信息企业与危险源主要信息见表。表企业与危险源主要信息项目高后果区危险源类别长输压力管道工作温度 压力 壁厚 装置最大内径 流量（）可能泄漏设备管道备注埋地注：介质天然气，密度 。）区域气象周边地貌类型为农作物地区，全年平均风速，全年平均气温 。）人口分布信息根据现场调研该段高后果区为人口密集型高后果区，主要有学校、散居民房等，存在的点火源主要有人员和车辆。人员信息见表。表人员信息序号区域部位区域总人数 人点火概率操作概率备注学校 师生散居民房 居民散居民房 居民公共区域散居民房 居民散居民房 居民公路 长度 ，车速 公路 长度 ，车速 油气田环境保护 专栏 ）泄漏孔径及概率见表。表泄漏孔径及概率项目尺寸平均失效概率（次）泄漏概率占比管道中孔管道中孔 管道大孔 管道破裂 注：泄漏频率参考 基于风险的油气管道安全隐患分级导则 附表 管道公称壁厚 的评价失效概率和附表 管道泄漏孔径与概率选取中的小孔、中孔、大孔、断裂的泄漏概率占比。后果模拟分析根据天然气管道泄漏后果分析，天然气泄漏后，如果天然气直接被点燃将形成喷射火，如果天然气延迟点燃将形成闪火或者蒸汽云爆炸 ，从表表可知，喷射火最大影响距离为 ，闪火最大影响距离为 ，爆炸影响距离为 。根据表表计算结果，对照 油气管道风险评价方法 第部分：定量评价法附录，可以得出：喷射火对人造成轻伤的距离为 ，管道爆炸产生超压的安全距离为 ，造成范围严重损坏的距离为 。表喷射火结果场景火焰长度热辐射影响距离 全孔破裂 表闪火灾结果场景最大闪火距离最大闪火距离高度时间 全孔破裂 表爆炸结果场景超压水平 最大距离直径 全孔破裂 个人风险分析个人风险与风险点的相对位置关系有关，相同风险点连接在一起为定量风险评价中的风险等值线图。风险等值线图中风险信息与危险有密切关系，与周边人员信息无关。故个人风险是危险源的固有属性，固有危险源主要是指企业的设备、设施。输气管道工程的设备、设施，输气管道输送介质为天然气，故天然气管道个人风险是管道可能发生的火灾、爆炸、泄漏中毒等事故，而导致该指定位置的人员死亡的概率。个人风险准则采用 油气输送管道风险评价导则 中附录 可接受个体风险准则。个体风险分为三个区域，即不可接受区、可接受区和广泛接受区，并遵循 准则（）。）如果个体风险水平高于容许上限（），该风险不能被接受；）如果个体风险水平低于容许下限（），该风险可以接受；）如果个体风险水平基于上限和下限之间，可考虑风险的成本与效益分析，采取降低风险的措施，使风险水平“尽可能低”。个人风险等值线分布示意见图，从图中可以看出，该段高后果区个人风险远低于，故该高后果区周边区域个人风险满足 年月张桂瑞等：基于 软件在天然气管道高后果区的应用 油气输送管道风险评价导则 中个人风险相关标准的要求。注：黑色为，黄色为，绿色为。图个人风险等值线分布示意 社会风险分析社会风险采用 油气输送管道风险评价导则 中附录 社会风险的可接受准则，可以表示为 准则线图。该高后果区社会风险曲线如图所示。从图分析可知：该段高后果区的社会风险（绿线）在可接受范围内，没有进入不可接受区（黄线上方），满足 油气输送管道风险评价导则 中附录 社会风险相关标准的要求。图社会风险曲线结论与建议）通过 软件进行计算可知天然气泄漏后可能产生喷射火、闪火，严重时可能造成爆炸，此次模拟管道高后果区如果出现事故造成的后果很严重，全尺寸破裂后喷射火、闪火、爆炸影响距离均超过 ，爆炸影响距离达到了 ，因此开展长输管道高后果区定量风险分析非常有必要，需要注意的是天然气管道泄漏孔径、裂开长度、周边环境情况复杂多变，因此定量风险评估需尽可能多考虑各种影响因素，以提高后果模拟的准确性。）通过后果模拟可知，该管道由于压力高、管径大发生事故后产生的后果严重，为了更好保护周边人员的安全，后果模拟结果可用于运营单位开展应急演练的参考。）通过 软件对此高后果区进行模拟分析可知，个人风险远低于，故该高后果区周边区域个人风险满足 油气输送管道风险评价导则 中个人风险相关标准的要求；社会风险曲线没有进入不可接受区，社会风险在可接受范围内，满足 油气输送管道风险评价导则 中附录 社会风险相关标准的要求。）由于此次模拟计算时采用的泄漏频率参考 基于风险的油气管道安全隐患分级导则 附表 管道公称壁厚 的失效概率，本工程在设计阶段采用的设计壁厚是，故该取该标准中的失效概率偏保守，建议长输管道行业建立不同管道压力、直径、壁厚的失效概率数据库，以提升天然气管道高后果区定量风险分析的准确性。参 考 文 献张倩玉基于 软件的液氨储罐泄漏模拟 化工管理，（）：李国兴，柳岩长 输 天 然 气 管 道 的 安 全 问 题 及 其 对 策 油气储运，（）：黄丽姣，杨珉，蒋依 软件在石油化工控制室承爆风险评估中的应用 化工管理，（）：吴宗之，多英全，魏利军，等区域定量风险评价方法及其在城市重大危险源安全规划中的应用 中国工程科学，（）：国家能源局油气输送管道风险评价导则：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局基于风险的油气管道安全隐患分级导则：朱伯龄，於孝春 软件对液化天然气泄漏扩散的研究 计算机与应用化学，（）：吴笑，龙长江安全评价中的气体扩散模型及应用 工业安全与环保，（）：国家能源局油气管道风险评价方法 第部分：定量评价法：赵家程基于 的化工企业定量风险评价研究 云南化工，（）：（修回日期 ）（录用日期 ）（编辑王 蕊）油气田环境保护 专栏