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      管道研究

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      天然氣管道山火風險分析及防控實踐

      來源:《管道保護》2024年第2期 作者:魏宇 馬劍林 時間:2024-3-22 閱讀:

      魏宇 馬劍林

      國家管網集團西南管道貴陽輸油氣分公司

       

      摘要:本文結合山火易發性、管道易損性、失效后果等因素分析山火對天然氣管道的影響,總結了基層單位的山火防控實踐經驗,提出了天然氣管道山火風險定性分級方法和風險削減措施,有助于提升管道企業山火風險防控水平。

      關鍵詞: 天然氣管道;山火;風險防控

       

      西南山區受特殊地形、氣候條件影響,具有山火頻發、火勢蔓延快、撲救困難的特點。天然氣管道沿線一旦發生山火,就有可能影響管道、光纜的正常運行,甚至發生管道火災、爆炸事故,危及沿線群眾的生命財產安全。

      楊麗蕓等人對火災下埋地管道地表邊界條件進行了研究,確定了各邊界條件適用范圍;鄧松圣等人建立了火災下埋地管道的非穩態模型,得出埋地管道周圍溫度場的一般規律;裴斌等以中緬管道國內段為研究背景,對三維埋地管道模型的溫度場進行了模擬分析?偟目磥,山火對管道的影響已有一些初步結論,但尚未摸清天然氣管道沿線山火風險的影響機制,在山火對天然氣管道的影響及防控方面還缺少深入研究,尚未形成山火對天然氣管道的風險分級方法,未形成系統且有效的風險削減措施。本文結合西南山地管道實際,對此進一步開展研究和探討。


      1  山火對天然氣管道的影響分析

      經過山區林地的天然氣管道,一旦管道沿線發生火災,土壤的熱力平衡將受到破壞,熱量向土壤內部傳遞,一方面可能導致伴行光纜的信號傳輸故障,影響管道正常運行;另一方面可能損壞埋地管道的防腐層和管道本體,造成管道失效,甚至引發天然氣管道火災爆炸事故。

      根據此前對火災下埋地管道的研究成果,現場采集中緬天然氣管道及周圍土壤的參數,采用結構化有限容積法對不同燃燒情況下埋地管道及周圍土壤的溫度變化進行數值模擬驗證,并對結果進行分析。

      根據木材在火災燃燒時炭化速率3 mm/min得出一棵高3.6 m的大樹,完全炭化的時間不超過20 h。當發生山火時,樹木完全炭化幾率很低,樹木持續燃燒的時間普遍會遠低于20 h。依據數值模擬驗證結果,若管道上方火災持續20 h,管道的最高溫度在27℃左右。對于輸氣管道而言,這個溫度是在安全范圍內的,不會對埋地管道造成影響。

      當假設山火持續了90 h后撲滅,數據模擬結果顯示防腐層的最高溫度為84.03℃;管內壁最高溫度為81.15℃。3LPE管道防腐層的失效溫度在160℃~180℃,X80鋼的失效溫度則更高,經過增強和防護處理的伴行光纜能夠長時間耐受70℃至150℃的高溫。因此從模擬結果看,即使山火燃燒持續90 h,山火對管道及光纜的影響也不足以使之失效引發更大的危害。

      由此看來,山火不會對完好并正常埋深的管道及光纜產生危害。

      2  天然氣管道山火風險等級劃分

      劃分山火對天然氣管道造成風險的等級需以天然氣管道為主體進行分析,綜合考慮途經山火易發性、管道易損性、失效后果三個因素進行定性分級,主要步驟如下。

      (1)數據收集。主要包括以下幾類數據:

      管道途經山林地區的相關信息。主要包括地形地貌、植被類型、樹種構成、植被密度、植被干燥程度等,這些對山火的傳播和蔓延速度有重要影響。

      管道途經山林地區的氣象數據。主要包括氣溫、相對濕度、降水量、風速和風向等,這些氣象數據對火災的起火可能性和蔓延程度有重要影響。

      途經管道的基本信息。主要包括埋深、內外檢測情況、焊縫質量情況、光纜埋設信息等基礎數據,這些數據對火災發生后,管道的易損性判斷有重要影響。

      周邊人員及重要設施情況。主要包括管道潛在影響范圍內人員居住情況、特定場所、高速公路、鐵路等,這是判斷管道失效后果的重要依據。

      (2)山火易發性分級。根據全國森林火險天氣等級行業標準規定的森林火險天氣指數計算標準,結合管道是否采取防火隔離措施,對山火易發性分為三級(表 1)。

      1 山火易發性定性分級


      (3)管道易損性定性分級。根據數值模擬結論可知,山火對正常埋深且本體不存在質量問題的管道、光纜基本沒有影響,山火對途經管道的影響主要來源于埋深及管道自身缺陷兩個方面,以此對管道易損性分為三級(表 2)。

      2 管道易損性定性分級


      (4)管道失效后果分級。根據《油氣輸送管道完整性管理規范》規定,天然氣管道高后果區識別主要是根據管道中心線兩側各200 m范圍內,人員聚集情況及潛在影響區域內特定場所情況進行判斷(表 3)。

      3 高后果區管段定性分級


      (5)山火風險定性分級。綜合考慮山火易發性定性分級、管道易損性定性分級、管道高后果區定性分級結果,將天然氣管道山火風險分為五個等級(表 4)。

      4 定性評價風險等級分級


      3  天然氣管道山火風險管控案例

      貴陽分公司以“預防為主“的觀念開展山火風險防控工作,形成了以山火風險摸排、山火風險削減、建立聯動機制、山火風險宣傳為主體的山火風險管控體系。通過現場實際運用,顯著提升了分公司山火風險防控水平。

      (1)沿線山火風險摸排。根據山火風險分級方法,對分公司全線919公里管道進行摸排,按照途經管道山火易發性、管道易損性、管道高后果區三個因素進行定性分級,綜合判斷沿線管道山火風險等級。首次排查完成后,建立沿線山火風險臺賬,后續采取春夏季節每季度排查更新一次,秋冬季節每季度排查更新兩次,掌握沿線山火風險情況。

      (2)山火風險削減。對光纜、管道埋深及防腐層情況排查,及時整改埋深不足和防腐層破損問題。在高后果區安裝固定式可燃氣體探測器,在沿線山火高風險、中風險區域采用手持可燃氣體探測儀排查,實時掌握天然氣泄漏情況。

      開展常態化管廊帶清理,對雜草、枯木等易燃物進行清除,保持管道中心線兩側各5米范圍內的通透性,同時協調當地對管道周邊較為繁茂的林木進行修整、砍伐,降低山火蔓延的風險。

      (3)建立聯動機制。各作業區與地方林業、消防、社區、志愿者組織等建立交流合作機制,充分利用當地資源開展山火處置聯合演練。分公司與相關部門共同制定應對山火的應急行動方案,使地方山火撲救工作與管道保護工作有機配合。

      (4)山火風險宣傳。建立沿線山火風險分級宣傳制度,將高風險、較高風險區域作為重點,通過短信等方式向沿線群眾經常性告知管道保護、林區火災防范、緊急撤離方向等內容。聯合消防部門、林業部門在途經林區的管道上方設立防火宣傳牌,提醒公眾遵守有關規定,保護管道安全。

      4  結語

      利用數值模擬方法摸清山火對管道、光纜的影響機制,基于山火易發性、管道易損性和管道失效后果,建立天然氣管道山火風險定性分級,進而構建山火風險防控體系,通過山火風險排查、風險削減、與地方政府建立聯動機制、開展沿線防火宣傳等措施,將山火風險的被動處置轉換為主動預控,有效降低了天然氣管道山火風險。本文主要針對埋地天然氣管道進行分析,下一步將站場、閥室、跨越設施做為研究主體,深入分析山火對暴露地表管道的影響,進一步完善山火風險防控體系。


      作者簡介:魏宇,1993年生,碩士研究生,三級工程師,中級工程師,主要從事管道保衛管理。聯系方式:13385116592,963844776@qq.com。


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