长输天然气管道在沉管穿越施工中的安全管控分析

易明慧

广西天然气管道有限责任公司, 广西 北海 536000

0 前言

在长输天然气管道建设过程中,存在长度长、地区跨越大、地貌特征复杂等特点,使得长输天然气管道的建设存在各种困难,其中河流穿越工程是长输天然气管道建设中的难点问题。红水河沉管穿越是广西天然气管道工程建设过程中典型的河流穿越工程,该沉管穿越处于典型喀斯特地貌环境中,自然条件严苛,两岸陡峭、水流湍急、溶洞密布,地质情况极为复杂[1-2],管道接点间水平长度312.69 m,管道实长347.74 m,最大穿越深度51 m,具有跨距长且坡度大的特点,对于施工过程安全性极具考验。

结合沉管穿越施工工序、各项安全隐患,对产生结果的严重性、可能性进行分析,本文从焊接质量、漂管、沉管、起重作业、设备人员五个方面进一步阐述长输天然气管道在大型河流沉管穿越施工中的安全管控要点。

1 沉管穿越施工中的安全风险危害识别

根据红水河沉管穿越总体施工工艺流程,在焊接、爆破、起重、漂管、横管、管线翻转及沉管、水上水下作业、连头施工、水工保护(岸坡防护)等各个工序中,都可能发生质量问题,一切质量事故都可能衍变为安全事故,因此安全管控的重点工作就是工序施工过程中的质量控制。红水河沉管穿越总体施工工艺流程见图1。

图1 红水河沉管穿越总体施工工艺流程图Fig.1 Flowchart of the overall construction process of Hongshui River immersed pipeline crossing

红水河沉管穿越施工具有穿越长度长、纵向深度大、两侧坡度陡、水流速度高的特点,结合施工作业过程分析,其安全风险危害识别主要有:火灾、用电安全、高空坠落物体、潜水作业、起重作业、船机故障、危险气体的使用、汛期船舶设备及人员安全、缺氧、自然灾害(如暴雨、大风、龙卷风、突风、地震等)、化学物及炸药使用等。

2 沉管穿越施工中的安全管控

长输天然气管道施工是较成熟的建设工作,但对于沉管穿越大型河流还需谨慎严谨,红水河沉管穿越段是典型的喀斯特地貌、地形复杂,加大了全过程的安全管控难度。焊接质量、漂管、沉管、起重作业、设备人员,是施工过程中较重要的五个方面,抓好突出的管控要点,就能够把风险降到最低[3-6]。

2.1 焊接质量安全管控

影响管道对口焊接质量的因素贯穿焊接的整个过程,因此必须对焊前、焊中、焊后进行全过程监控。

管道对口焊接时,应以焊接工艺评定报告为依据编制焊接工艺规程,焊工施焊必须严格遵守焊接工艺规程。施焊前做好各项准备工作,将坡口及两侧各10 cm区域内钢管表面上的污物、杂物以及坡口内侧加工毛刺清除干净,保证坡口及两侧各10 cm范围内的内外表面露出金属光泽。红水河沉管穿越施工于2017年1月开始，冬季施工时应对建设管道预热。预热时需遵守焊接工艺规程，注意把控预热温度和层间温度。当风速超过GB 50369-2014《油气长输天然气管道工程施工及验收规范》第10.1.5条规定或现场为雨雪天气时，应采用防风棚，确保棚内施工条件满足焊接工艺规程。

施焊过程应遵照焊接工艺规程,提高焊接质量。严禁在坡口以外的管材表面上引弧和试验电流。一旦出现电弧烧伤部位,应立即用砂轮进行打磨。红水河沉管穿越采用Φ 813×17.5管道,打磨后管壁厚度不得低于原壁厚95%,即16.625 mm,否则该管段的质量风险将迅速上升,需要采取有效手段将该管段切除来降低管道质量风险。同时,在管道施焊过程中,焊条更换时应保证迅速快捷,在熔池冷却前将焊条更换好再进行引弧。下向焊接应遵循“薄层多遍焊道”原则来提高焊接质量。

焊口施焊完毕后,应整体进行外观质量检查,检查前应清除焊缝表面熔渣、飞溅等杂物。外观质量检查合格后再进行焊缝的无损检测,最大程度保障焊缝的施焊质量。

2.2 漂管安全管控

红水河沉管穿越施工具有施工条件差、施工环节多的工程建设特点[7-8],因此在施工过程中不仅要考虑管道建设质量影响因素,还应对相关安全因素进行管控。

2.2.1 确保航道封航

为避免航道出现其他交叉作业影响,管道下潜前20 d,必须通过当地海事部门发出禁航公告,保证作业水面处于封航状态。在横摆前,需再次确认封航情况,确保管道横摆期间,无船舶过往、其他施工等意外情况发生[9-11]。

2.2.2 管材安全保护

拖管下水时,要进行拖管沙袋(气囊)铺设:从管道下水点起算到管道尾段,铺上1组宽10 m的沙袋(气囊),每组间隔5 m,共25组,使管道拖管时不对管身造成损伤,确保管材安全。

拖管作业时水面上由1艘拖船引导拖管,岸上管道每10 m设置1个吊点,即由岸上20台挖掘机同时发送入水。现场选择同一回旋半径的挖掘机,在拖管时挖掘机不动,通过挖掘机臂来进行拖管送管,当到达挖掘机最大回旋半径后停下,解开吊带,移至下一吊点,再通过挖掘机臂进行拖管送管,如此循环直至管道全部下水。该拖管作业方式不仅确保挖掘机和操作人员的作业安全，而且最大程度地保护了预制管段的焊缝。

整段管道入水后,进行漂管。通过3艘牵引船和4艘布管船紧密配合,落实7艘船点线面规划,在漂管过程中注意控制以防河水湍急造成的弯头变形、管道横移、不平稳等问题的出现。

2.2.3 对抗较大流冲量的安全措施

红水河沉管穿越点深度51 m、水流湍急速度2.86 m/s,增加了漂管作业和安全管控的难度。在管道下潜时考虑到流冲量,对作业平板船进行一定程度改造,布管船在船尾加装固定装置、滑轮、绞车和角度牵引缆,船头加装人字扒杆;牵引船在船头加装固定装置、滑轮、绞车和角度牵引缆,船尾加装人字扒杆,为保证强度要求,焊接部位增加补强板。现场根据吊力核算计算,使用800 t的平板船改造,符合施工安全要求，保证了船只工作稳定性、增加了作业安全系数。

2.3 沉管安全管控

2.3.1 选用合适角度的牵引缆

红水河水流湍急,在沉管穿越施工中使用可调整角度的牵引缆。在管道下潜过程中,需要适当调整牵引缆角度，保证管道下潜时位置始终在管道水下沟槽中心线的正上方。在选用角度时要考虑牵引缆的最大载荷,防止角度牵引缆发生断裂。角度牵引缆使用白棕绳,白棕绳以剑麻为原料捻制而成,其抗拉力和抗扭力较强[12],耐磨损、耐摩擦、弹性好,突然受到冲击载荷时不会发生断裂。

2.3.2 沉管穿越施工过程安全管控

为确保整管在下沉就位过程中的安全,首先检查各设备吊点和辅助吊点的吊钩与吊耳之间，吊钩与吊绳之间的连接是否牢固;其次在管道下潜时必须考虑流冲量,各项工作准备就绪,现场必须统一指挥下达沉管指令[13]。此外,各吊点应统一协调、同步作业,做到逐步松缆,每次下沉不得大于0.5 m,确保管道在下沉过程中受力、各吊点受力均在可控范围内。

2.4 起重作业安全管控

2.4.1 编制起重方案

项目部在起吊作业前,必须编制合格的起重方案,并获审批;对于吊件重量大于40 t的起吊任务,必须编制详细的起重方案,并附上全部可接受的支持性计算,尤其是起吊索具必须通过计算确定,获得批准后方可实施。

2.4.2 配备专业起重队伍

项目部配备1名专业起重工程师,具体负责起重计划和监控起重操作,监督操作员的选择,检查与维护、审核起重设备是否符合要求规范,并将起重物件的重量通知吊车司机。起重工程师还应注意施工过程中的物料堆放,确定堆放场所和堆放高度,防止物料滑落。

吊车司机必须通过专业培训并了解职责,取得上岗证书,确保吊车在设计限制内操作;吊车司机对所有起重过程详细记录,拒绝任何不符合安全规定的起重作业。

施工队伍必须配备专职安全员,辅助起重工程师各项工作,专职负责起重作业时的安全管理。每次作业前,安全员应当确认索具保持良好状态。起重过程中,安全员应当对旋转半径范围加以妥善防护,以防人员接近或误撞。

2.5 设备人员安全管控

红水河沉管穿越施工时,应认真遵守内河避碰规则，落实施工航行通告和施工信号悬挂要求；务必在规定区域内施工[14]，注重人员设备安全管控力度的提高和现场全体人员素质的提升。

2.5.1 劳保用品的保障

项目部应制定严格的劳保用品穿戴管理办法，安排专人监管，违规人员一律不得进入施工区域，并按规定处罚。施工人员穿戴齐全劳保用品后方可进入施工区域，包括：安全帽、劳保工装、安全靴或安全鞋。特殊作业人员需穿戴全套劳保防护用品，包括：防噪耳机、护目镜、面部保护装置、救生衣、防护手套、绝缘靴、绝缘工装、触电个人保护、安全带等[15]。

2.5.2 潜水员安全施工措施

潜水员必须遵守潜水规定，经HSSE经理、项目经理、技术负责人开展班前安全技术交底后方可作业，交底过程中务必明确本次作业要求、科学减压程序。同时,潜水员应遵守以下工作要求:

1)身体不适或体检不合格严禁下潜。

2)下潜前检查下潜设备、下潜人员着装,不符合要求,严禁下潜。

3)务必沿入水绳上升出水，上升期间禁止屏气。

4)作业期间突发呼吸困难等情况时，必须立即停止作业并加强通风，若未有效缓解应及时减压出水。

5)确保有充足的通风量时方可采用通风式潜水装备。供气中断或不足时，要善于借助头盔内余气及时排除隐患。

6)电源开关应设置在电话员身旁，如遇需切断电源或其他紧急情况，便于潜水员联络电话员进行紧急操作。

7)作业现场务必据实配备应急气瓶和应急潜水员。

2.5.3 施工船舶安全管理措施

施工船舶务必在规定区域内施工。根据现行《交通部沿海港口信号规定》，施工船舶应合理布置施工信号，锚链上应安装浮标，必要时安设灯光[16]。施工船舶若抛锚作业，必须布置警戒锚标，明确锚缆和锚的方位，并选取醒目的号灯明确封航水域和可航水域。施工船舶应根据拟定航线航行[17]。安装相关信号设备在施工区域，如：标准水路信号、危险标志信号、报警信号、安全及指示信号等。航行过程中辅助船舶应密切关注附近船舶，加强瞭望，为避免紧迫情况，及时调整至安全航速，尽早避让[18-19]。

3 沉管穿越施工中的安全风险预防

安全风险预防应从提高安全意识、完善安全管理制度、建立应急救援机制、排查安全隐患等方面着手[20]。

3.1 提高安全意识

为减少或杜绝安全事故的发生，需要持续强化员工的安全意识，提升其专业技能和操作水平。

1)持续开展正面教育。让员工清晰了解并处理好自身与安全、企业效益与安全的关系，有效激发安全意识能动性的作用。

2)不断增强“三种意识”。一是制度的强制性意识，二是以人为本的意识，三是可持续发展意识。

3)重视典范宣传作用。通过选先树优，在员工身边产生榜样效应。

3.2 完善安全管理制度

要实现各部门各岗位权责分明、员工各司其职、减少管理漏洞，就需要建立健全安全管理制度，避免出现争功夺劳、相互推诿的情况。

1)项目部应汲取实践经验，通过建立、完善、修订等方式稳步形成科学有效、稳定成熟、规范可行的作业体系和安全管理制度。

2)对于不同项目的技术要求和施工环境，在原有安全管理制度的基础上，做出针对性的调整、删减、补充，有效保证制度的“立、改、废”。

3.3 建立有效的应急救援机制

对于安全管控，即便投入足够的财力、物力、人力，贯彻权威的安全管理制度，也无法保证零事故。应急救援机制能够在安全事故发生时，有效减少损失。

1)以人为本，安全第一。救援首要任务是在确保应急救援人员做好安全防护的基础上，全力保障员工的人身安全，尽可能减少人员伤亡，降低财产损失，缩小危害范围。

2)预防为主，应急结合。基于作业现场应急基础的逐步提高，应大力结合预防工作与应急工作，不断提升防范能力、安全风险辨识和评估水平，进一步将队伍建设、物资储备、应急演练等工作常态化。

3)分级应急响应。分级应急响应要根据事故的可控性、严重程度和波及范围判断，分级应急响应能够高效准确传递信息和指令，确保应急救援机制得到有效执行。

3.4 加强安全隐患排查

人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全因素多为事故发生的诱因，施工现场的安全管控效果可通过加强安全隐患排查得到进一步提升。不仅可以推动管理人员和专业技术队伍各尽其责，还可以将先进的装备和技术结合，运用到安全隐患排除作业中。

4 结论

广西天然气管道工程红水河沉管穿越施工一次性沉管穿越成功,攻克了穿越深度51 m、两岸坡度65°、水流速度2.86 m/s、穿越复杂喀斯特地貌等高难度技术问题,沉管穿越成功离不开施工中科学的技术作业,更离不开严格的安全管控。为确保施工安全和质量,本文着重总结了焊接质量、漂管、沉管、起重作业、设备人员五个方面的安全管控要点,阐述了具体的控制措施和注意事项,在该沉管穿越施工实践应用中获得了较好的安全管理成果,相关安全管理经验可为其他类似项目提供借鉴，同时其他方面的安全管理经验仍值得进一步探索。