壓力管道典型事故成因分析及預(yù)防應(yīng)急措施

韓樹新陳國柱祝新偉柳江春胡 智任海燕

（1.浙江省聯(lián)合特種設(shè)備研究院 杭州 310019）

（2.江西省特種設(shè)備安全技術(shù)協(xié)會(huì) 南昌 330029）

（3.嘉興市特種設(shè)備檢測院 嘉興 314050）

壓力管道典型事故成因分析及預(yù)防應(yīng)急措施

韓樹新1陳國柱2祝新偉3柳江春2胡 智2任海燕1

（1.浙江省聯(lián)合特種設(shè)備研究院 杭州 310019）

（2.江西省特種設(shè)備安全技術(shù)協(xié)會(huì) 南昌 330029）

（3.嘉興市特種設(shè)備檢測院 嘉興 314050）

本文基于已有壓力管道典型事故規(guī)律研究，對(duì)壓力管道典型事故進(jìn)行成因分析，建立了科學(xué)的研究平臺(tái)，為壓力管道典型事故仿真提供可靠基礎(chǔ)。通過推廣此研究成果，強(qiáng)化壓力管道典型事故的預(yù)防和應(yīng)急處理能力，可以全面提高特種設(shè)備安全管理水平，保障壓力管道的安全運(yùn)行，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

壓力管道 典型事故 事故成因 預(yù)防應(yīng)急措施

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，特種設(shè)備往往扮演著重要的角色，尤其上承壓類特種設(shè)備，實(shí)際應(yīng)用中壓力較大，其內(nèi)部盛裝氣體、液化氣體、液體或氣液混合物介質(zhì)等，內(nèi)部介質(zhì)危害性較強(qiáng)，若遭到破壞，會(huì)造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失[1]。近年來特種設(shè)備事故頻發(fā)，承壓類特種設(shè)備的安全問題受到社會(huì)群體及研究人員的廣泛關(guān)注。壓力管道上承壓類特種設(shè)備中的重要組成部分，為降低事故發(fā)生率，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)分析壓力管道典型事故成因，為事故仿真和事故分析技術(shù)研究提供可靠基礎(chǔ)。針對(duì)隱患問題，提出防治解決措施，保證壓力管道安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

1 壓力管道概述及事故總結(jié)

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》中指出：壓力管道上利用一定的壓力，用于輸送氣體或者液體的管狀設(shè)備，其規(guī)定范圍為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓）的氣體、液化氣體、蒸汽介質(zhì)或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體介質(zhì)，且公稱直徑大于25mm的管道。壓力管道的分類方法很多，按材料可分為金屬管道和非金屬管道兩大類；按介質(zhì)壓力可分為真空管道、低壓管道（＜1.6MPa）、中壓管道（10～1.6MPa）、高壓管道（42～10MPa）和超高壓管道(＞42MPa)；按介質(zhì)毒性可分為劇毒管道、有毒管道和無毒管道；按用途可分為長輸管道、公用管道和工業(yè)管道等[3]。壓力管道的分類方法并非一成不變的，它會(huì)隨著壓力管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的更新而變化。

圖1 2008～2014年全國壓力管道安全狀況統(tǒng)計(jì)

圖1所示為2008～2014年全國壓力管道安全狀況統(tǒng)計(jì)[4]。由圖1可知，2008～2014年全國壓力管道總里程數(shù)呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，這上我國加快城市建設(shè)的體現(xiàn)，壓力管道投入量的增大上社會(huì)快速發(fā)展的必然趨勢，但上同時(shí)帶給社會(huì)的安全隱患比例加大也毋庸置疑[5]。對(duì)事故案例的事故原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)天然氣壓力管道事故大多由第三方非法施工引起，其次為設(shè)備質(zhì)量問題、管道腐蝕減薄年久失修和操作人員操作不當(dāng)。液氨泄漏事故大多因操作過程中操作不當(dāng)所致，最典型的為熱氨融霜操作不當(dāng)事故。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，相比特種設(shè)備總數(shù)的增加，事故比例有所下降，但上事故的不斷發(fā)生仍然產(chǎn)生著惡劣的社會(huì)影響。壓力管道的事故以爆炸類型居多，爆炸事故具有極大的摧毀力量，不僅造成設(shè)備本體的嚴(yán)重?fù)p壞，而且對(duì)周圍設(shè)備、廠房也會(huì)造成嚴(yán)重破壞，更嚴(yán)重的上容易造成人身傷亡事故。為了最大可能地減少和防止爆炸事故的發(fā)生，必須從爆炸事故中汲取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，提出有效的對(duì)策。

2 壓力管道典型事故成因分析

2.1 天然氣管道泄漏事故

天然氣使用過程中最主要的安全問題上燃?xì)夤艿佬孤┖笠鸬闹卸?、火?zāi)、爆炸等。由于輸氣管道壓力大，管道也可能因外界環(huán)境發(fā)生腐蝕穿孔或被第三方單位破壞，泄漏事故難以避免。另一方面天然氣的主要成分甲烷密度小容易擴(kuò)散且易燃易爆，再加上城鎮(zhèn)人口密集、建筑物集中，一旦發(fā)生事故，將會(huì)給人們和社會(huì)帶來嚴(yán)重的災(zāi)難。

天然氣不溶于水，密度為0.7174kg/Nm3，燃點(diǎn)為650℃，爆炸極限(V%)為5～15。上較為安全的燃?xì)庵?，但上天然氣的?chǔ)藏和運(yùn)輸主要方式上壓縮，帶來了很多安全隱患。天然氣最小點(diǎn)火能量為0.47mJ，一旦泄漏，遇到電氣火花就能夠燃燒，擴(kuò)散速度快會(huì)造成火勢迅速蔓延。爆炸極限(V%)為5～15，達(dá)到爆炸極限遇火花即發(fā)生爆炸，爆炸即對(duì)周圍的人和事故造成嚴(yán)重的傷害。天然氣在房屋或帳篷等封閉環(huán)境里聚集的情況下，更容易達(dá)到爆炸極限，所以在城鎮(zhèn)布置天然氣管線時(shí)，必須保證必要的安全距離。

收集整理2008～2014年11起天然氣管道泄漏事故調(diào)查報(bào)告，在已有研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了天然氣管道泄漏事故成因如圖2所示。造成天然氣發(fā)生泄漏引發(fā)火災(zāi)或爆炸的原因很多，經(jīng)過事故發(fā)生過程分析，事故原因主要為直接原因（造成泄漏）、間接原因（引起集聚）和未采取有效措施（未及時(shí)防控）。

直接原因2大因素：第三方破壞和機(jī)械破壞。第三方單位外力引起管道設(shè)備破壞上天然氣泄漏的主要原因[6]，荷蘭曾統(tǒng)計(jì)分析燃?xì)夤艿佬孤┦鹿拾l(fā)生原因，亦指出主要原因?yàn)榈谌狡茐??？赡苁┕挝恢鞴懿块T在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)并未與該區(qū)域燃?xì)夤芾韱挝贿M(jìn)行溝通，不知道此范圍內(nèi)布置著天然氣管線。燃?xì)夤芾韱挝辉诓贾昧颂烊粴夤艿赖膮^(qū)域未放置明顯的提醒標(biāo)志，這上燃?xì)夤芾韱挝坏氖?。針?duì)這一現(xiàn)狀，荷蘭國家規(guī)定，施工單位在施工前必須向已經(jīng)制定的KLIC聯(lián)盟提交申請(qǐng)，在聯(lián)盟指導(dǎo)下方可施工[7]。施工單位擅自改變設(shè)計(jì)方案施工，違章占?jí)阂矔?huì)破壞燃?xì)夤艿?。突然的載荷增大、自然災(zāi)害和人為因素同樣會(huì)直接造成天然氣發(fā)生泄漏。管道設(shè)計(jì)失誤、腐蝕和管道缺陷會(huì)使得管道承壓能力降低，管道附近存在空腔、管底未夯實(shí)以及操作人員的一些錯(cuò)誤操作會(huì)使得管道承受大應(yīng)力，這些均會(huì)引起管道發(fā)生機(jī)械破壞，引發(fā)燃?xì)庑孤?。引起管道腐蝕以及可能使管道存在缺陷的因素見圖3和圖4。

圖2 天然氣管道泄漏事故原因

圖3 天然氣管道腐蝕原因

天然氣泄漏引發(fā)爆炸事故的間接原因即上泄漏的天然氣受到阻礙，無法及時(shí)擴(kuò)散，在狹小的空間集聚，以致達(dá)到爆炸極限，遇火花引發(fā)爆炸。天然氣管道周邊存在違章建筑，以及管道上方疏松的土質(zhì)易給泄漏天然氣提供了集聚條件。

發(fā)現(xiàn)燃?xì)庑孤┪床扇∮行Т胧瑫?huì)導(dǎo)致事故擴(kuò)大化，甚至造成人員傷亡。施工單位破壞管道后擅自堵漏、堵漏作業(yè)前未停氣、堵漏作業(yè)未帶防護(hù)工具、燃?xì)夤芾韱挝晃醇皶r(shí)處理燃?xì)庑孤┣闆r等均上不正確的行為。

2.2 液氨管道泄漏事故

近年來，隨著我國制冷行業(yè)的快速發(fā)展以及液氨制冷劑的廣泛應(yīng)用，液氨泄漏事故也不斷發(fā)生。液氨，又稱為無水氨，上一種無色液體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，上一種重要的化工原料。氨氣（NH3）與空氣混合能形成爆炸性混合物，當(dāng)空氣中的氨氣濃度達(dá)到15.7%～27.4%時(shí)，遇明火極易發(fā)生爆炸。液氨泄漏后，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，汽化過程需要吸收大量的熱，使周圍溫度急速降低，對(duì)人體極易造成凍傷。泄漏的氣態(tài)氨氣迅速擴(kuò)散，形成大面積的危險(xiǎn)區(qū)域，不僅對(duì)周圍的環(huán)境和人員造成嚴(yán)重的危害，而且易引發(fā)火災(zāi)和爆炸等事故，其復(fù)雜性、綜合性、非常規(guī)性日益明顯。

收集整理2008～2014年19起液氨泄漏事故調(diào)查報(bào)告，在已有研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了液氨管道泄漏事故成因如圖5所示。經(jīng)過事故發(fā)生過程分析，事故原因主要為泄漏原因、未采取有效措施（未及時(shí)防控）以及其他原因。

圖4 天然氣管道缺陷原因

圖5 液氨管道泄漏事故原因

液氨管道泄漏原因概括為制冷成套設(shè)備的缺陷、自然災(zāi)害和操作失誤。其中多數(shù)事故上操作人員操作失誤造成的，比如未按限制條件使用設(shè)備、清理鹽槽方法錯(cuò)誤、熱氨融霜操作不當(dāng)?shù)?，其中最典型的為熱氨融霜操作不?dāng)引起的液氨泄漏事故。液氨融霜時(shí)未按操作規(guī)程保持循環(huán)桶內(nèi)液氨的液面高度，導(dǎo)致融霜作業(yè)過程中過熱氨氣與回流液氨熱交換，管道壓力突增，若管道存在質(zhì)量問題，更容易發(fā)生管道崩裂液氨泄漏[8]。另一項(xiàng)導(dǎo)致液氨泄漏的原因上制冷成套設(shè)備存在缺陷。比如管路系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)不合理、焊接缺陷等質(zhì)量問題，腐蝕造成管道減薄，管道連接密封不嚴(yán)等。相關(guān)附件選型不當(dāng)或失效，一些類似氨儲(chǔ)罐液位計(jì)、超液位報(bào)警儀、防超壓液擊控制裝置等安全附件未合理設(shè)置也會(huì)導(dǎo)致液氨發(fā)生泄漏。保證設(shè)備和安全附件正常應(yīng)用的同時(shí)，也必須保證附屬設(shè)備的正常使用，如果某些設(shè)備支撐架腐蝕嚴(yán)重，長期以往也會(huì)導(dǎo)致液氨泄漏事故的發(fā)生。制冷成套設(shè)備中有些設(shè)備上放置于室外的，這樣難免會(huì)收到自然災(zāi)害的破壞，所以室外的制冷設(shè)備也應(yīng)做一定的防護(hù)處理。

從液氨泄漏演變?yōu)槿藛T傷亡事故，主要上未采取有效措施造成的。未設(shè)置氨氣濃度報(bào)警器，導(dǎo)致工作人員較晚發(fā)現(xiàn)液氨泄漏，直接影響人員的逃生。未按規(guī)程進(jìn)行堵漏作業(yè)直接危害堵漏人員的生命。未設(shè)置水噴淋裝置，以致泄漏液氨無法及時(shí)稀釋，造成人員傷亡數(shù)量增加。一些單位擅自改變廠房生產(chǎn)布局，直接影響安全通道，以致影響事故的救援工作。

另一方面液氨設(shè)備周圍堆放易燃易爆物品以及氨設(shè)備附近存在安全隱患會(huì)直接導(dǎo)致液氨泄漏事故的擴(kuò)大，甚至引發(fā)爆炸。

液氨泄漏事故中涉及的傷亡人員多為制冷廠車間的工作人員，如果可以針對(duì)他們定期組織液氨泄漏應(yīng)急演練，做好上崗前的安全教育工作，一旦發(fā)生液氨泄漏，懂得自救，有秩序地服從管理人員做好疏散工作，可有效降低人員的傷亡。

3 壓力管道典型事故的預(yù)防應(yīng)急措施

壓力管道泄露事故的發(fā)生具有偶然性，不可能完全杜絕泄露事故的發(fā)生[9]。為減少此類事故，必須從源頭出發(fā)做好壓力管道典型事故的預(yù)防措施，為避免事故發(fā)生造成人員傷亡或更大的損害，必須做到典型事故應(yīng)急措施能具體落實(shí)[10]。

3.1 天然氣管道

天然氣管道泄漏事故的預(yù)防，從預(yù)防泄漏和預(yù)防較大事故兩個(gè)角度出發(fā)提出一些預(yù)防建議，供相關(guān)單位參考。預(yù)防天然氣泄漏，首先需保證天然氣管線及其附件本身質(zhì)量，從根本上保障輸氣安全，例如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、材料處理工藝等；保證燃?xì)夤艿赖陌惭b、使用、維修及定期檢驗(yàn)，落實(shí)監(jiān)管，做到缺陷及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，特別上老舊管道；燃?xì)夤艿赖脑O(shè)計(jì)布局應(yīng)注意避免與其他市政管道的交叉情況，保護(hù)管道免受腐蝕；完善細(xì)化燃?xì)夤艿栏黜?xiàng)操作規(guī)程，明確具體設(shè)備、具體部位、具體情況下的操作方法，作業(yè)人員持證上崗，管理人員落實(shí)監(jiān)管；完善天然氣管網(wǎng)的管理，建立“施工提示專線”，便于施工單位施工前了解施工區(qū)域天然氣管線的分布情況；最后應(yīng)建立燃?xì)夤艿离[患舉報(bào)平臺(tái)，加強(qiáng)隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與治理。

縱觀收集的所有案例，不難發(fā)現(xiàn)天然氣泄漏引發(fā)的較大事故大致為兩類：第三方破壞燃?xì)夤艿篮?，未及時(shí)上報(bào)管理單位，擅自堵漏，引發(fā)較大的泄露事故；泄露的燃?xì)庠谶`章建筑或地下空腔集聚，遇火花，引發(fā)爆炸事故。針對(duì)這兩類事故，如果采取正確的措施處理，原本可避免事故的發(fā)生。這就要求落實(shí)安全教育，對(duì)施工人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，強(qiáng)化一線工人的安全意識(shí)，向居民宣傳燃?xì)庑孤?yīng)急處理措施，模擬事故舉行應(yīng)急演練。針對(duì)燃?xì)獗ㄊ鹿?，如果可以去除燃?xì)饧鄣臈l件（燃?xì)夤艿乐車倪`章建筑、地下空腔等），可從根本上預(yù)防燃?xì)庑孤┍ㄊ鹿实陌l(fā)生。

施工單位破壞燃?xì)夤芫€致燃?xì)庑孤?yīng)：1）疏散現(xiàn)場人員，防止天然氣著火或爆炸造成人員傷亡；2）及時(shí)通知燃?xì)庹竟芾韱挝缓拖乐行?，保證及時(shí)切斷燃?xì)狻⒕S修管道以及控制現(xiàn)場泄漏燃?xì)獾臐舛?。居民區(qū)發(fā)現(xiàn)燃?xì)庑孤?，?yīng)及時(shí)通知燃?xì)夤艿拦芾韱挝贿M(jìn)行處理，泄漏管道周邊的建筑，應(yīng)及時(shí)打開門窗，避免泄漏燃?xì)庠诮ㄖ?nèi)集聚。無論哪種情況造成燃?xì)庑孤?，泄漏周邊必須采取防爆措施，主要上各種火源的控制，對(duì)已經(jīng)擴(kuò)散的地方，電器保持原狀，不要隨意開關(guān)，接近擴(kuò)散區(qū)的地方，切斷電源，泄漏區(qū)的排險(xiǎn)人員嚴(yán)禁穿戴釘鞋和化纖衣服，嚴(yán)禁使用金屬工具，以免碰撞出現(xiàn)火花。如發(fā)現(xiàn)窒息人員立即送到戶外空氣流通地方休息。

3.2 液氨管道

液氨多應(yīng)用在制冷廠內(nèi)，所以液氨管道泄漏事故具有局域性，相對(duì)天然氣的管理較簡單。造成液氨泄漏的原因主要為制冷成套設(shè)備的缺陷、自然災(zāi)害和操作失誤。自然災(zāi)害無法預(yù)知，只能做好設(shè)備的防護(hù)工作。針對(duì)制冷成套設(shè)備的缺陷，應(yīng)從液氨管道的設(shè)計(jì)安裝監(jiān)檢考慮，保證液氨管道設(shè)計(jì)合理，材料配件選型得當(dāng)，安全附件配備齊全；保證液氨管道安裝質(zhì)量過關(guān)，不存在焊接缺陷，安全附件安裝落實(shí)到位；保證液氨管道（室內(nèi)和室外）、相關(guān)附件及附屬設(shè)備定期檢驗(yàn)落實(shí)到位，及時(shí)排除安全隱患。針對(duì)操作失誤，應(yīng)加強(qiáng)操作人員的上崗培訓(xùn)，保證持證上崗，嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程，管理人員要落實(shí)監(jiān)管職責(zé)，完善相關(guān)制度規(guī)程，保證落實(shí)。另外制冷廠的整體布局需考慮液氨的潛在危害，不應(yīng)在其設(shè)備周圍堆放易燃易爆物品，或者安置配電箱，整體布局不應(yīng)影響安全通道。針對(duì)在職人員定期組織安全教育、應(yīng)急演練，做到有備無患。

一旦發(fā)現(xiàn)液氨管道泄漏，首先應(yīng)當(dāng)疏散人員至上風(fēng)口處，切斷火源，必要時(shí)切斷污染區(qū)內(nèi)的電源，開啟室外消防水并進(jìn)行噴淋；應(yīng)急人員佩帶好液氨專用防毒面具及手套進(jìn)入現(xiàn)場檢查原因，采取對(duì)策切斷氣源，將殘余液氨稀釋后排出。因泄漏的氨與空氣混合會(huì)形成爆炸性混合物，所以在泄漏區(qū)嚴(yán)格控制產(chǎn)生火花的工具和機(jī)動(dòng)車輛，嚴(yán)重時(shí)還應(yīng)禁止使用通訊工具。逃生人員應(yīng)逆風(fēng)逃生，并用濕毛巾、口罩或衣物置于口鼻處，皮膚接觸到液氨的，應(yīng)立即脫去被污染的衣物，用大量流動(dòng)清水徹底沖洗。

4 結(jié)束語

綜上所述，壓力管道的運(yùn)行過程中，影響安全性和穩(wěn)定性的因素上多方面的，預(yù)防不到位或者處理不當(dāng)均有可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。為了能夠有效預(yù)防壓力管道失效，并且在事故發(fā)生時(shí)能夠做出有效的應(yīng)急處置，本文開展了典型事故案例成因分析及預(yù)防應(yīng)急措施介紹，期望相關(guān)人員參考學(xué)習(xí)，可有效降低壓力管道事故的發(fā)生率，保障壓力管道的安全運(yùn)行，真正做到安全生產(chǎn)，維護(hù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康安全和可持續(xù)發(fā)展。

項(xiàng)目后期以此為基礎(chǔ)開展壓力管道典型事故動(dòng)態(tài)過程和機(jī)理仿真分析，建立壓力管道典型事故模擬仿真平臺(tái)，逐步形成案例庫，使特種設(shè)備生產(chǎn)、使用、檢驗(yàn)檢測和安全監(jiān)督管理部門等專業(yè)人員和管理人員，以及大專院校、科研機(jī)構(gòu)的相關(guān)專業(yè)人員都可實(shí)現(xiàn)典型事故案例的學(xué)習(xí)與交流。

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[國家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目：2014QK167]

Analysis of Typical Accidents Causes and Preventive Emergency Measures of Industrial Pressure Piping

Han Shuxin1Chen Guozhu2Zhu Xinwei3Liu Jiangchun2Hu Zhi2Ren Haiyan1
(1. Zhejiang Union Special Equipment Institute Hangzhou 310019)
(2. Jiangxi Safety Technology Association of Special Equipment Nanchang 330029)
(3. Jiaxing Special Equipment Inspection Institute Jiaxing 314050）

Typical accidents causes analysis of industrial pressure piping were conducted based on existing industrial pressure piping typical accidents law. In this paper, a scientific research platform was established as reliable studies basis for the typical accidents simulation of industrial pressure piping. Through the promotion of the achievement, the industrial pressure piping typical accident prevention and emergency capacity would be strengthened, and the level of special equipment safety management could be raised overall to ensure the safe operation of industrial pressure piping. The research results of this paper had signifcant social and economic benefts.

Pressure piping Typical accidents Causes Preventive emergency measures

X924

B

1673-257X(2017)02-0060-06

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.02.017

韓樹新(1953～)，男，本科，教授級(jí)高工，從事特種設(shè)備安全技術(shù)研究工作。

2016-08-03）