我國山區(qū)油氣管道安全風險現(xiàn)狀淺析

文/邵奇

近年來，我國油氣輸送管道發(fā)展十分迅速，在能源安全保供方面發(fā)揮了積極作用。尤其是國家管網(wǎng)集團的成立，加快了我國油氣管網(wǎng)的改革進程，隨著長輸管道建設規(guī)模的不斷擴大，管道的運行風險也受到更多學者的關注。山區(qū)油氣管道的建設與運行面臨著地理環(huán)境復雜、地質(zhì)條件變化劇烈等風險，給管道安全平穩(wěn)高效運行帶來了極大困難和挑戰(zhàn)。

0.引言

我國是一個多山國家，大部分長距離油氣管道途經(jīng)山區(qū)。相比于平原管道，山區(qū)管道的建設與運行面臨著地理環(huán)境復雜、地質(zhì)條件變化劇烈等風險，給長輸油氣管道從設計施工到管線試壓、投產(chǎn)運行等各階段都帶來了極大的困難和不便。保證地形起伏大、落差大的山區(qū)油氣管道工程設計建設質(zhì)量和安全高效平穩(wěn)運行，是當前長距離輸送管道領域需要解決的迫切問題。

1.山區(qū)管道難點

山區(qū)管道通常是指建設運行在山區(qū)、丘陵、崎嶇高原等復雜地形環(huán)境下的管道，特點為管道途經(jīng)高山深谷多，穿跨越河流多，連續(xù)落差大。由于山區(qū)地勢陡峭、水力參數(shù)變化很大、地質(zhì)災害風險較高。因此，在山區(qū)油氣管道勘察設計、施工過程、投產(chǎn)運行、應急響應等各環(huán)節(jié)中均存在較大難度，面臨著路由選址困難、鋼管運輸受阻、調(diào)度難度較高、搶修空間受限等諸多問題和挑戰(zhàn)。

1.1 勘察設計。我國長輸管道在進行管線路由選擇時往往不可避免地需要穿越多山地區(qū)，途經(jīng)起伏劇烈的地形，伴隨高差的變化，管道沿線經(jīng)過類型多樣且復雜的地質(zhì)地貌。特別是分布在我國西南省份的長輸油氣管道大多經(jīng)過V字形落差大的山區(qū)，山體滑坡、地面塌陷、泥石流、水土流失、崩塌水毀、地震活動等地質(zhì)災害多發(fā)頻發(fā)，且具有一定的隱蔽性。工程設計人員前期需要詳細了解地理氣象和水文地質(zhì)等信息，并且經(jīng)過反復勘察，多次對路由進行比選論證，形成勘察和設計報告，在此基礎上不斷修改完善，這無形中給油氣管道的勘察設計增加了難度和風險。

1.2 施工過程[1]。山區(qū)地形地貌復雜、氣候多變、環(huán)境惡劣，普通施工設備在使用過程中受地形限制較大，對環(huán)境要求相對較高；若外部條件不滿足，施工設備將無法高效運轉甚至發(fā)生損壞。此外，山區(qū)管道施工區(qū)域狹窄作業(yè)空間受限，不具備大規(guī)模使用機械化、自動化設備的條件，嚴重影響工作效率。鋪設在山區(qū)的管道對管材等級的要求高、管壁相對較厚，因而單根鋼管重量大，對施工技術要求高、輔助工程量大導致建設難度大、投資成本高。加之地形條件苛刻、縱向坡度大，給鋼管運輸、布管、下溝、焊接等施工環(huán)節(jié)都帶來很多不便。

1.3 投產(chǎn)運行[2-3]。管線在組對焊接完成后應進行無損探傷檢測，在投產(chǎn)運行前應進行耐壓試驗，須嚴格執(zhí)行國家相關標準。山區(qū)管道當以水作為介質(zhì)進行試壓時，因其地形起伏高差大，加之存在靜壓差，試壓分段相對瑣碎。對于長距離輸油管道，輸量的變化導致出現(xiàn)翻越點，高點后的管段可能不滿管，剩余的能量需要通過增大局部流速來消耗。地形起伏的大落差管道其運行控制的難點之一，是保證管道沿線的所有高點在各種運行工況下都處于滿管狀態(tài)，即使發(fā)生嚴重水擊事故后管道依然不被拉空，這對液體管道調(diào)度的控制水平的要求極高。對于長距離輸氣管道，大落差帶來的影響相對較小，主要風險存在于管道清管過程中。受管道積液量和地形落差的影響，沿縱坡敷設的山區(qū)天然氣管道在進行清管時，清管器的運行速度較快，在管道內(nèi)會發(fā)生較大的波動；在彎頭處清管器與管道碰撞時會形成沖擊載荷，對輸氣管道的安全構成嚴重威脅。

1.4 應急響應。受地形地貌限制山區(qū)地質(zhì)災害多發(fā)，地面塌陷、雨水沖刷等因素造成管道覆土流失管道本體裸露懸空，特別是汛期來臨時極易引發(fā)山體滑坡、崩塌、泥石流、水毀等使管道受到外力作用而發(fā)生防腐層破壞、管體變形甚至被拉斷。此外，山區(qū)管道由于長年運行管道本體可能因內(nèi)外腐蝕發(fā)生減薄失效、周圍突發(fā)第三方施工或不法分子打孔盜油破壞、調(diào)控人員對山區(qū)管道運行控制經(jīng)驗不足工藝操作不當使得輸油管道發(fā)生嚴重水擊而壓力未及時得到有效泄放則可能導致爆管。管道一旦斷裂管內(nèi)油品發(fā)生泄漏極易引發(fā)火災爆炸等事故，將嚴重污染周圍土壤和地下水體，對管道沿線群眾生命財產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境等都構成了極大的隱患。加之搶險機具通常較多較重，而山區(qū)道路狹窄崎嶇，這無形中也增加了車輛運輸設備的難度，延長了應急響應時間。因此，提升長輸油氣管道重大突發(fā)事件的應急處置水平和搶險人員的應急處置經(jīng)驗變得十分重要[4]。

通過以上對山區(qū)管道建設運行存在難點的總結，可以看出與平原管道相比，在管道順利投產(chǎn)后影響山區(qū)管道運行管理最大的風險是地質(zhì)災害，所以要加大對地災風險的管控。

2.山區(qū)管道地質(zhì)災害風險防治技術

在管道地質(zhì)災害風險評價方面，學者們[5-7]基于地理信息系統(tǒng)技術構建了管道地災風險評價模型，對地災風險進行分級評價；引入了云理論，建立了油氣管道滑坡風險的綜合評價模型；采用數(shù)值模擬方法在管道發(fā)生滑坡時其力學響應進行研究；嘗試構建空天地一體的地災監(jiān)測預警體系，并實地驗證該套體系的應用效果，其重要意義在于指導管道的日常管理和風險防控。目前，國家管網(wǎng)集團在管道沿線地質(zhì)災害調(diào)查識別、監(jiān)測預警等技術應用方面仍處于不斷的探索階段，依據(jù)《油氣管道地質(zhì)災害防護技術規(guī)范》（GB/T 40702-2021）對管道全線進行全面勘察，將識別出的風險進行科學分級分類，對于不同級別的風險點利用先進的技術手段進行全天候監(jiān)測，對于高風險點進行永久性的工程治理。

3.結束語

我國長距離輸送油氣管網(wǎng)規(guī)模較大、分布甚廣、沿線自然環(huán)境復雜、社會環(huán)境多變，造成諸多環(huán)境敏感點。特別是以壓力高、落差大為主要特點的山區(qū)油氣管道，管道內(nèi)為易燃易爆且具有一定的污染性的介質(zhì)，若發(fā)生管道斷裂導致油氣泄漏，遇到明火后果極為嚴重，甚至可能對生態(tài)環(huán)境和沿線居民造成難以挽回的損失。建議今后加大對山區(qū)油氣管道內(nèi)在規(guī)律的研究力度，包括山區(qū)管道的特征機理、全生命周期內(nèi)面臨的風險以及對現(xiàn)行油氣管道設計、建設、運行標準的補充完善。同時，將前沿科學技術應用到山區(qū)油氣管道的運行與管理是大勢所趨，如大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、人工智能等技術手段，應用知識圖譜重構山區(qū)管道知識體系，特別是數(shù)字孿生體的建設，加快推進油氣管道可視化、數(shù)字化、智能化、智慧化，不斷探索適合山區(qū)油氣管道建設新模式，為智慧管網(wǎng)的建設運行提供可靠的決策依據(jù)。