燃气管道事故致灾因素分析及处置技术初探

杨首阳高建广

燃气管道事故致灾因素分析及处置技术初探

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本文针对燃气管道事故的分类构成和当前使用的施工工艺存在的弊端进行阐述，分析了我国燃气管道爆炸事故现状、事故原因和事故类型，并针对主要的爆炸特点提出处置对策和测算方法。

燃气泄露 事故 处置 技术

随着经济和社会发展，城镇燃气以其费用低廉，使用方便的特性，已经走入大多数居民家庭。“十二五”期间，我国城镇燃气发展迅速，国内用气人群目前已达5.17亿，用气居民达1.61亿户。其中，天然气使用居民数超过2.73亿，天然气入户数量达到近1亿。燃气管道施工总长度达到51万千米，同比增长43.6%。但不可否认的是，作为甲类易燃易爆品的天然气、液化气、煤气，其自身特性是相对危险的，虽然近几年国务院主持出台了大量规范性文件并修订完善了相关技术规范、技术措施，但在实际运行中的各类问题仍然层出不穷。尤其是随着社会经济不断发展，燃气爆炸引发的各类泄漏、爆炸、火灾以及引发的大面积建构筑物和其他生产生活设施损毁等安全事故呈现上升趋势。据不完全统计，仅仅2014年7月1日-9月30日，全国发生燃气爆炸事故150余起，事故造成死亡56人，受伤480余人，损失财产约2500万以上。2000年至2015年的15年间，仅发生各类有影响的亡人燃气事故案例就达31起，分析原因，其中94%是由燃气管道泄漏引起的，剩余比例几乎全部是由燃气燃烧引爆燃气管道内爆炸性混合物导致灾害发生。

1 燃气管道致灾因素分析

据北京燃气公司及华北某地级市对2000～2005、2011-2016年分阶段燃气泄漏一般性事故的统计，得出管道燃气泄露事故具有代表性危险因素如表1、表2。

对北方两市分阶段统计的总计911次燃气泄漏事故分析可知，以下三种致灾因素占主要:

1.1 燃气泄漏导致事故

腐蚀老化导致的泄漏事故比例为33.7%，当前使用的埋地燃气管道大多为铸铁管，使用橡胶圈进行密封。由于地下环境差异，铸铁氧化锈蚀，橡胶圈随使用年限逐步失去密封效果，并且埋地燃气管道的维修保养尤其不便，因此燃气管道泄漏事故频发。

表1 2000～2005年北京市燃气泄漏事故危险因素统计表

表2 2011-2016年华北某地级市燃气泄漏事故危险因素统计表

1.2 管道内爆炸性混合物引发爆炸

燃气管线在城镇地下布设，受地形影响较大，铺设容量相对大、长度长，结构复杂。管线停气检修时，对管道无法完全使用惰性气体置换，置换过程的不彻底易使空气混入管道内形成爆炸性混合物；检修时在管道上未堵盲板，尤其是在检修高压管道时，致使空气与可燃气体混合，形成爆炸性混合物，遇引火源即发生爆炸。

1.3 地下管网逐年增多，缺乏统一调配导致隐患

城市地下管线包含供排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施，分别由自来水、城建、广电、电力等多个部门分别建设和管理。近年来，随着城市快速发展扩张，地下管线规划建设的布局不合理、沟通管理水平不高等问题逐渐凸显。由于地下管线众多，在粗放管理方式下，燃气施工单位自己都很难掌握地下燃气管线的精确位置、数量以及老旧程度。“底数”不清构成了管网安全运行的巨大隐患，这也是近几年燃气管道爆炸等事件时有发生的主要原因之一。

2 燃气泄漏爆炸导致事故概述

燃气事故发生后，主要有泄漏和引发火灾两种灾害类型，31起较大事故案例中，泄漏为18起，占58%；火灾事故为13起，占42%。因此燃气管道爆炸后事故类型主要有泄漏和火灾两种类型，其次往往伴随次生灾害的发生。

2.1 泄漏量大

燃气管道泄漏按泄漏尺寸的大小可分为管道模型和大孔模型、小孔模型。由于管道发生全面断裂或者泄漏孔径与管径相差不多或者相等时，采用管道模型；有些泄漏口往往大于小孔而小于管径，这种情况下，小孔模型和管道模型均不适用，而采用大孔模型。根据城镇燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟情况可知，燃气管道爆炸后管道模型为22起，占71%，燃气管道爆炸对管道的损坏非常严重，泄漏口很大，甚至断裂，所以管道中的带压气体就会完全泄漏出来，泄漏量往往相当于相同时间内燃气的供应量，因此燃气管道爆炸事故具有泄漏量大的特点。

2.2 火灾

爆炸后泄漏的燃气从破裂的开口喷射出后立即被点燃，从管道中泄漏的燃气不断燃烧，形成稳定的喷射火焰。由于天然气的发热值为31.4MJ/m3，液化石油气的发热值为46.5MJ/m3，煤气的发热值为27.1MJ/m3，三种燃气燃烧时发热值都很高，喷射火焰形成的热辐射很快将周围的可燃物引燃，引发更大的火灾。

2.3 易发生二次爆炸事故

天然气的爆炸极限为4%～15%，液化石油气的爆炸极限为1.5%～9.5%，煤气的爆炸极限为4.5%～40%，爆炸极限范围都很大，泄漏后便极易达到爆炸极限，遇到点火源便会爆炸。燃气管道爆炸事故主要原因是泄漏后的燃气达到爆炸极限遇到点火源引发的，所以燃气管道爆炸后泄漏特别容易再次达到爆炸极限，遇到点火源会再次发生爆炸。因此燃气管道爆炸事故具有易引发二次爆炸的特点。

2.4 易造成中毒和窒息

煤气中含有一氧化碳，容易造成中毒甚至死亡，吸入较高浓度的天然气和液化石油气则使人麻醉发晕，严重时会丧失意识甚至窒息死亡。中毒造成死亡的人数为死亡总人数的17%，窒息造成死亡的占死亡总人数的3%，因此中毒和窒息造成人员死亡占死亡人数的较大比例，成为亡人的主要原因之一。

2.5 损害严重

在统计的31起燃气管道爆炸事故中，埋地管道爆炸事故占到总数的61%，埋地的燃气管道发生事故的概率更高。泄漏的燃气爆炸相当于当量TNT爆炸的威力，对附近的路面和建筑物的损坏严重，引起沿线建构筑物及其他生产生活设施倒塌损毁，进而造成更大规模灾害影响。

3 燃气管道爆炸事故应急处置

燃气管道爆炸后事故一般有泄漏和火灾两种类型。燃气管道爆炸后泄漏事故具有现场比较混乱，泄漏量大，易再次发生爆炸，易发生中毒事故的特点；火灾事故具有热辐射强、火势蔓延快、火灾扑救难度大的特点。根据这些特点就可以采取相应的处置技术扑灭火灾，抢修管道。

燃气管道爆炸后泄漏事故现场混乱，易发生次生灾害，所以在处置的时候一定要科学划定警戒区域，禁止一切火源的进入，并将受困群众疏散至警戒线外，配合燃气管道公司技术人员实施关阀断气或者进行堵漏，切断危险源，将损失降到最低。

3.1 划定警戒范围

根据侦察掌握情况，以爆炸对人伤害的最小范围确定警戒范围。根据泄漏量，带入计算燃气爆炸TNT当量的计算公式中算出爆炸的TNT当量，然后根据表3分别计算出R4，R4为爆炸对人体造成伤害的最小范围，并以此作为警戒范围。

表3 爆炸对人体的伤害

警戒范围内熄灭一切火源，包括警戒区内的车辆熄火，切断电源，救援人员进行穿着防静电服装等，禁止无关人员和没有防护措施的人员进入警戒范围。

3.2 抢救、疏散被困群众

由于爆炸后伤亡人员较多，所以应立即将被困人员疏散出警戒区。由于泄漏气体对人体毒害性大，因此在疏散群众时消防员应佩戴空气呼吸器，并将伤员按伤情从重到轻的顺序迅速疏散出警戒范围，必要时也要给被困人员准备简易的防毒面具或者空气呼吸器，防止被困人员中毒或者窒息。在疏散被困人员的同时，用喷雾水枪和水驱动排烟机进行掩护 ，将疏散时二次爆炸的可能性降到最低。

3.3 稀释驱散空气中的燃气，防止爆炸

由燃气的性质可知，天然气的爆炸极限为4%～15%，煤气的爆炸极限为4.5%～40%，液化石油气的爆炸极限为1.5%～9.5%，爆炸极限范围大，且点火能量都比较低，很容易因明火或火花引发爆炸。因此一定要先对现场进行稀释和驱散，天然气泄漏时空气中的浓度应低于4%，煤气泄漏时应使空气中的浓度低于4.5%，液化石油气泄漏时空气中浓度应低于1.5%。利用水驱动排烟机主要对处在爆炸极限中的燃气进行不间断地驱散，喷雾水枪同时不间断对处在爆炸极限范围内的空气进行稀释，将空气中燃气的浓度降到其爆炸极限以下，防止二次爆炸。

3.4 清理现场

燃气管道爆炸事故使得现场十分混乱，不便于事故的处置和作业人员的撤退，所以必须对泄漏管道周围进行清理，便于事故的处置和作业人员的撤退。在清理现场时一定要用无火花工具进行清理，同时用水驱动排烟机和喷雾水枪不间断地驱散和稀释燃气中的浓度，以防止清理现场时产生的火花将泄漏的燃气再次引爆。

3.5 切断危险源

事故建模分析可知，燃气管道爆炸后管道模型为22起，占71%，燃气管道爆炸对管道的损坏非常严重，泄漏口很大，甚至断裂。对于这种泄漏，一般的堵漏措施无法堵漏，所以必须采用换管法，其实质就是用一段新的管道代替泄漏的管道。

换管法的操作步骤如下：首先通过管线的调压站关闭泄漏区段的阀门，对泄漏区段的燃气进行惰性气体置换，然后清理泄漏管段两侧的防腐层，再切割泄漏管道，将切割后的管道拿出，打磨管道两端坡口，将预制的待更换管道两端管道对口焊接，焊接好后进行检测，涂上防腐层，最后恢复供气。

换管法补漏的效果好，并且是永久的，并适用于管道断裂和大口径的泄漏，但换管法需要对泄漏管道进行惰性气体置换，而且对焊接技术要求高，所以消防队可以调集燃气管道公司的技术人员实施换管操作。在实施操作时，消防员负责用喷雾水枪和水驱动排烟机对空气中的燃气进行稀释，防止在操作中产生的火花引起爆炸。

4 燃气管道爆炸后火灾的处置

燃气管道爆炸后火灾具有热辐射强、火势蔓延迅速、火灾扑救难度大的特点。所以在处置过程中消防员一定要使用有效个人防护，防止自身人员伤亡的同时，准确快速地控制住火势，然后待关闭阀门或者堵漏准备完成后再扑灭喷射火焰。

4.1 加强对消防员的防护

由于燃气管道爆炸造成管道的泄漏口较大，喷射火焰的辐射热值高，辐射面积大，很容易灼伤靠前作业的施救人员，所以一定要加强人员自身防护。现场作业的消防员应穿带防辐射的避火服，如果是煤气管道爆炸，消防员要佩戴空气呼吸器，严格落实个人防护装备。除了严格落实个人防护外，还要进行交叉掩护、轮班作业的模式进行灭火作业，尽量降低热辐射对灭火作业人员的伤害。

4.2 疏散易燃易爆物品

火灾现场如果还有易燃易爆的物品时，应立即组织现场的公安民警和社会救援力量将易燃易爆的物品疏散出警戒范围，防止喷射火焰将其引燃或者引爆。

4.3 阻止火势蔓延，扑灭管道周围的火灾

在喷射火焰的强辐射作用下，周围的可燃物很容易被引燃，加快火势的蔓延，所以要尽快扑灭周围的火灾，阻止火势的蔓延。在扑灭周围火灾的时候一定要注意不能扑灭喷射火焰，要控制其稳定燃烧。扑灭周围的火势后，继续对管道周围的可燃物冷却，防止可燃物在喷射火焰的辐射下复燃。

4.4 扑灭喷射火焰

分析得知，燃气管道爆炸后管道模型为22起，占71%，燃气管道爆炸对管道的损坏非常严重，泄漏口很大，甚至断裂，一般的堵漏方法无法快速有效封堵，就必须通过关闭管道阀门，然后用喷雾水或者干粉扑灭喷射火焰。阀门受火势威胁无法关闭时，应首先冷却阀门，在保证阀门完好的情况下进行扑灭喷射火焰。喷射火焰被扑灭后，应继续冷却管道至常温，防止温度较高的管道将残留的燃气再次引燃或者引发爆炸。然后配合技术人员实施换管，恢复供气。

对于爆炸后管道破坏较小的火灾或者无法实施关闭阀门时，首先做好堵漏的准备，然后用湿棉被、湿毛毯、或者喷雾水等扑灭喷射火焰。同时在喷雾水枪稀释和水驱动排烟机的驱散下将空气中的燃气浓度低于其爆炸极限，然后快速实施堵漏。堵漏完成后必须对堵漏的管道进行气密性检测，最后恢复供气。

作者单位：1.河北省公安消防总队司令部
2.河北省沧州市海兴县公安消防大队

[1] 牛伟伟《城市燃气管道事故应急救援系统研究》学位论文 首都经济贸易大学 2012

[2]黄郑华 李建华 周杰《管道系统火灾爆炸事故类型与火灾扑救措施研究》学术期刊《消防技术与产品信息》2010年2期

[3]吕淼《中国燃气行业发展现状及政策建议》学术期刊《国际石油经济》2015年6期