临江成品油管道泄漏事故情景构建研究

姜春雨，杨 帅，马浩然，朱先俊，赵永华

(1.中国石化青岛安全工程研究院，山东青岛 2660712.应急管理部化学品登记中心，山东青岛 266071)

0 引言

随着我国经济的快速发展，对能源的需求日益增长，管道运输特别是成品油管道运输得到了快速发展，越来越多的埋地管道被铺设，其运输的成品油具有易燃易爆、挥发性强等特点，一旦发生泄漏，若处置不当，可能引发火灾、爆炸、中毒、环境污染等多种事故，对人民群众的生命财产安全以及环境都有十分严重的影响[1，2]。目前针对河流溢油的应急体系还存在预案覆盖面不全、企地预案脱节、应急保障未能落到实处等问题[3，4]。

为解决上述问题，本文基于情景构建理论，以某公司重庆—綦江段成品油管道为例，通过凝练历史上典型突发事件，设置重大突发事件情景，将企业的虚拟风险“实例化”，按照“情景—任务—能力”的基本框架[5，6]，在情景推演过程中逐步明晰各部门主要应急任务，为企业应急预案优化提供基础，提升应急准备能力[7]。同时，情景真实地反映了企业自身的生产工艺特点、风险规律和环境要素，在后期还可为应急演练和培训提供指导[8]。

1 情景构建基本理论

《石油化工行业重大突发事件情景构建指南》(以下简称《指南》)明确规定了生产安全类重大突发事件的情景构建的技术路线，如图1所示。

图1 情景构建技术路线

《指南》规定了筛选并设定巨灾情景后，接下来需要开发情景的具体工作内容。

1.1 重大突发事件情景开发

筛选近年来相关事故案例，分析其事故原因、应急处置过程、事故发展“时间窗”等共性规律和个性特点，从预防与应急准备、监测预警、应急响应与救援、事后恢复等应急管理的各环节对典型事故案例开展全面研究[9]。通过典型事故案例分析研究，对此类事故发生的原因、事故扩大演变为巨灾的方式和过程、对企业和周边社区的影响，以及事故应急处置需要采取的应急响应行动等做出科学的推演和描述。

1.2 应急任务与能力分析

针对所构建的重大突发事件情景，分析事件演化的不同阶段的关键应急任务，从中细化在事故责任单位现有应急体系下各应急处置组所应承担的主要责任及其责任部门，结合模拟计算和案例对比等科学手段分析应急资源的需求和现有配置水平，查找存在的差距[10]，同时为有针对性地提出应急能力建设提升策略打好基础。

1.3 基于情景构建的能力提升规划

情景构建工作有2个目的：一是以当前应急资源现状为基础，提出具体、可行、科学的应对措施，对现有应急预案体系进行评估，查找存在的问题和不足，补充、完善和改进应急预案，并开展必要的培训与演练；二是以不同的情景为衡量标尺，分析查找石油化工行业(领域)各种应急资源与能力在应对巨灾中的差距和脆弱性，填写情景应对资源与能力差距对策表，提出长期的对策措施，以提升应急准备能力[11]。

2 情景背景信息

2.1 事件主体信息

某公司綦江-重庆管道全长70 km，管道规格φ323.5 mm×6.4 mm，设计压力9.5 MPa，运行压力2.0～3.0 MPa，运行流量300 m3/h左右。该风险点位于管道桩号JC068-500，管道由纳溪沟定向钻穿越南山公园北路，从南山穿越点出后，直埋500 m后定向钻穿越长江800 m到达重庆站。风险点基本情况如图2所示。

2.2 风险识别

通过风险评估工作，可以判定此风险点为安全重大风险，风险级别为E6级，主要风险依据如下。

2.2.1输送介质

该段管道主要输送介质为汽油和柴油，江边中长燃鸡冠石加油站为水上加油站，储存介质为柴油。汽柴油具有易燃、易爆、易蒸发、易扩散、易流淌、易膨胀以及有毒等特点，在管道运行中存在泄漏、火灾、爆炸和环境污染等事故和次生灾害的诱发因素。

图2 娄家庄管段风险情况

汽油闪点-50 ℃，极易挥发，可形成爆炸性混合气体，其主要风险表现为遇明火后的火灾爆炸，火灾危险性为甲B类；该企业生产的柴油闪点为65 ℃，火灾危险性为丙A[12]，其主要风险表现为火灾和环境污染。

2.2.2周围人口密集

风险点附近住有村民，长江穿越管道入土点120 m处有南岸区鸡冠石学校，13个班548人；管道油流右侧80 m有中长燃重庆分公司鸡冠石加油站，共有人员35人，每班约20人；南山穿越出土点390 m为货运码头。

2.2.3交通不便

管道上方150 m为弹广公路，是南岸区交通主线。弹广路至长江穿越入土点进出口仅有1个，等级为村级公路，路面狭窄且限高限宽，救援车辆难到现场，增大了应急救援和疏散的难度。

2.2.4地理环境

南山山体陡峭，海拔超过400 m，地形整体向长江倾斜，结合坡度、坡面形态、土体类型等因素对其进行地质灾害危险性评价[13]得出，危险性较高；娄家庄风险点管道沿长江南岸平行等高方向在表层土壤里直埋近500 m，一旦发生滑坡，极有可能对管道造成冲击断裂。

2.3 气象水文信息

风险点属亚热带季风性湿润气候，夏季高温多雨，冬季凉爽，历年平均气温18.5 ℃，月平均气温28.8 ℃，月平均最低气温7.9 ℃(1月)，极端最低气温-1.8 ℃，极端最高气温44.0 ℃。历年平均风速8.9 m/s，最大风速14 m/s。长江水流正常流速1.32 m/s，洪水季节流速可达3.6 m/s。

2.4 情景假设条件

依据“最坏可信”的原则，设置情景条件：地质灾害的冲击可直接将管道拉断，形成全口径泄漏，事故后果最严重，故选为诱因[14]；汽油火灾危险性更高，则设置情景中管道输送汽油；江水流速越大，江面汽油扩散越快，设置江水流速为3.6 m/s；风速越小，越有利于汽油蒸气聚集，设置风速为1 m/s；设置事发时间在夏季，东南风向，气温27 ℃。

3 成品油泄漏数值模拟

运用CFD软件FLUENT模拟在情景假设条件下，临江直埋管段发生全尺寸破裂后，管内输送的汽油流出经过山体斜坡流入长江，随江水流动在江面向下游扩散，同时汽油向空气中挥发与空气混合。图3为卫星地图得到的娄家庄管段下游的长江水域图，其中圆圈位置为事故发生点，该段水域宽度约600 m，取长度3 800 m范围内的水域进行建模。

图3 娄家庄下游长江水域

3.1 泄漏量计算

a)根据现场对企业的调研，当发现泄漏事故后，大约需要10 min关闭管道上游的新玉阀室，在前10 min，泄漏速率可以认为是恒定值，由公式(1)[15]计算可得，为1 800 kg/s。

(1)

式中：Q——液体泄漏速率，kg/s；

Cd——液体泄漏系数，与液体的雷诺数有关，完全紊流流体的流量系数为0.6～0.64，对于不明流体情况直接取1，在该情景下取值0.6；

A——裂口面积，m2；

ρ——泄漏液体密度，kg/m3；

p——容器内介质压力，Pa；

p0——环境压力，Pa；

g——重力加速度，9.8 m/s2;

h——裂口之上液位高度，m。

b)管道上游最近的手动阀室关闭后，泄漏速率随着时间的推移逐渐减小，基于伯努利方程计算得到图4结果[16]。从阀门关断大约700 s泄漏结束，泄漏量大约为224 t，平均泄漏速率为332 kg/s。

图4 阀室关闭后泄漏速率随时间变化

3.2 汽油在水面扩散结果

如图5所示，在泄漏发生前10 min内，由于手动阀室没有关闭，泄漏速率很大，可以看到汽油在江面与水形成鲜明的相界面，汽油随水流沿泄漏侧河岸向长江下游流动。发生泄漏10 min后，手动阀室被关闭，泄漏速率随时间逐渐减小，汽油在江面上的面积变化较小，且汽油与水的相界面逐渐模糊，在长江下游处产生较长的拖尾。截至1 300 s，汽油沿长江扩散至泄漏口下游2 000 m左右。

图5 汽油液相扩散模拟结果

3.3 加油站附近油气扩散结果

汽油的爆炸极限为1.3%～6%[17]，图6为江面上汽油浓度随时间的变化，红色代表大于等于1.3%体积浓度，即红色区域存在汽油爆炸的风险。由图6可知，在泄漏的前10 min内，事故点下方的中长燃加油站附近汽油体积浓度一直高于爆炸下限，存在闪爆的风险；10 min后，油气浓度骤然下降至0.5%左右。

4 情景设计

由风险分析可知，该段临江管道位于地质灾害区，且外力破坏是造成管道泄漏的主要原因之一[18]，故设置事故原因为山体滑坡；由数值模拟结果可知，当泄漏发生20 min内，江面汽油会扩散到下游2 000 m以内的范围；在泄漏发生10 min以内，加油站附近汽油体积浓度超过了爆炸下限，存在遇点火源发生爆炸的风险，依此设置事故后果为火灾爆炸和水体污染。

图6 汽油气相扩散模拟结果

4.1 情景要点

基于风险分析和模拟计算进行情景设计，得到基本要点如表1。

4.2 情景描述

a)事故孕育阶段：某年6月25日起，重庆地区连降大雨。

b)事故发生阶段：6月30日上午9时，重庆—綦江管段娄家庄长江阀室上侧山体局部发生浅层滑坡，正在输送95#汽油的管道遭滑坡体挤压拉裂，汽油流入长江；9时08分，油气被一加油船只排气管产生的火花点燃，形成大面积火灾。

c)事故扩大阶段：10时30分，由于高温炙烤，加油站柴油罐着火导致罐体撕裂，燃烧的柴油流入长江，其不完全燃烧产物和消防废水对长江水体造成污染。

d)时间恢复阶段：13时岸上火灾被扑灭；15时30分，加油站火灾被扑灭；7月3日完成封堵；2个月后恢复供油。

表1 情景描述

5 应急任务

5.1 预防

加强管道运行监控，提高管道泄漏诊断能力；定期开展演练，针对管道泄漏封堵、油品回收等开展经常性演练，不断提高应急水平；对应急抢险物资和车辆进行保养，补充完善；加强与地方公安、消防、环保、水利等部门的联系。

5.2 监测与预警

对连续降雨等可能导致地质灾害的恶劣天气提前进行预警；可燃气体探测器发出报警信号或外管道压力陡然下降可判断为泄漏；对可能发生事故的严重程度初步判断，分级启动预警。

5.3 信息报告

事故发现人第一时间报火警，并向输油站报告；输油站向调控中心、油库、管理处和区应急办报告；管理处公司值班室和市应急办汇报，并通知各应急小组组长；公司值班室向公司分管HSSE、生产和抢险的领导汇报，并将事故信息上报集团公司应急指挥中心。

5.4 应急响应

启动输油站级应急预案，站长任现场总指挥，指定消防和疏散方案，并在管理处领导到达后移交指挥权；启动管理处级预案，各科室进行响应，成立现场指挥部，联系抢修队，并在公司领导到达现场后移交指挥权；调控中心指令对工艺进行应急处理，关闭上游阀室。

5.5 疏散与救护

疏散鸡冠石小学和娄家庄的人员；对事故点附近进行交通管制和车辆疏导，引导消防车和救护车进入现场；派出船只对伤亡人员进行搜救；划定警戒区，对进入现场人员做好防火防毒；事故段长江禁止船只通行。

5.6 应急抢险

第一时间关闭上下游阀室；在下游2 km处设置围油设施、喷洒消油剂，阻挡漏油进一步扩散；在下游做好江中污染物收集打捞工作；组织水上和路上的消防力量对火灾进行扑救控制；做好抢险过程中的安全检查、监护、作业安全条件确认工作。

5.7 后期处置

待火灾被扑灭后，对泄漏管段进行抢修；检测大气和水中的污染物浓度，制定环境恢复方案；组织油罐车对下游泄漏的柴油进行回收；对收集的污染物进行无害化处理；做好受灾群众安抚工作。

5.8 应急终止

现场指挥部确认满足公司相应专项应急预案终止条件时，向公司应急指挥中心分管副总指挥报告。由应急指挥中心下达应急终止指令。

5.9 善后处置

完成封堵，对断裂管道进行修复；召开新闻发布会，做好信息通报工作；设立警戒线，做好事故现场保护工作；在上风向对进入危险区域的人员和装备进行洗消；对受灾人员进行集中妥善安置；对滑坡区域进行加固施工；经评估消除地质灾害隐患以后，恢复供油；针对受灾群众和企业损失进行赔偿。

6 能力分析与提升规划

a)在所设计的情景中，当成品油泄漏演化成火灾爆炸事故时，周围居民的疏散以及消防力量和医疗救护力量的支援必然会在第一时间同时进行，而事故点周围多为村级公路，路面较窄且部分路段还设有限高限宽，一旦缺乏有序组织，会造成混乱拥堵，建议：对疏散支援路线进行计算优化，可参考matlab蚁群算法[19]，使应急救援工作科学有序展开；撤销关键路段的限高限宽设施。

b)事故发生点紧邻江边，距离最近的弹广路150 m，且存在约40°的坡度，中间为覆盖植被的原生态环境，严重影响消防力量从陆上进行救援，且一旦火灾蔓延为森林大火，抢险和人员搜救的难度会进一步提升，建议：从水陆两个方向对火灾进行控制，目前该企业水上力量主要以溢油回收为主，应增加消防物资配备，力求第一时间对脆弱点——加油站的柴油储罐进行控制，防止事故进一步扩大。

c)本文情景中，汽油的闪爆火灾和柴油的流淌火会严重影响江上船只和船员的安全，一旦发生泄漏事故，应第一时间对事故段江面进行禁航，防止船只引爆油气造成人员伤亡，具体要求企业要与政府海事局加强联系，保证能够第一时间对航行船只进行事故信息的传达，远离危险区。

d)该段长距离临江浅层直埋的管道存在严重的本质安全问题，附近地理环境存在地质滑坡危险，可能在多处对管道造成冲击形成大口径泄漏，事故后果严重，针对这一问题应考虑将这一段直埋改为定向钻，平均深度在10 m以下，可以有效减少外力对管道的冲击。

e)由模拟计算可知，在汛期，江水流速较快，在泄漏发生20 min后就会扩散到下游约2 km。目前该企业预案中只规划了周边各抢修队到事故点的路线，针对可能发生的最坏场景，预案中应考虑加入分区域处置的内容，即对事故点和下游分别展开漏油回收，同时，当地政府还应按区域建立溢油应急设备库[20]，提升溢油回收能力，从而更有效地减少油品对环境的污染。