场景模拟评价法在石油管道风险后果评估中的应用研究

邓汉猛(中海油安全技术服务有限公司，天津 300456)

0 引言

在管道现场的安全管理当中，往往由于管道所处环境复杂、管道使用年限过长、管道周边施工活动等原因导致的管道泄露事故频发。针对原油泄漏事故可能的后果，本文从预防和控制的角度出发，以国外某油田为例，采用场景模拟法，针对管道泄露可能进一步产生的灾害后果进行评估，拟为管道现场安全管理和安全设计提供理论参考。

1 原油管道泄露后果分析

本文采用事故树法对管道失效后果进行分析。如图1 所示，管道发生油品泄漏后，由于油品性质，周边环境等不确定因素，可能发生的失效后果分别为池火灾、蒸气云爆炸、闪火和环境污染。

图1 管道失效后果事件树

2 案例分析

本文以国外某油田的老旧管道为例，该油田所处环境为热带沙漠气候，土壤盐碱性强，并且分布广泛。由于原油本身物性，在空旷环境中不会出现蒸气云。因此本此评估重点考虑泄露之后的池火灾情况，暂不考虑蒸气云爆炸和闪火情况。

2.1 泄漏量计算

本文在研究过程中采用API 581 中相关标准，将泄露孔径划分为小孔、中孔、大孔和断裂四种类型，如表1 所示。

表1 泄漏孔径标准

由于现场处于人烟稀少地段，且无大型施工，查阅以往事故，泄露孔径多为100mm 以内的小孔，因此针对此次模拟，采用最大孔径为100mm 为例进行计算，不考虑断裂情况，针对原油管道泄漏量的计算，采用挪威ScandPower 公司的OLGA 软件进行管道泄漏量模拟计算。根据软件特性，必须要对管道基本参数进行设定，如表2 所示。

表2 管道参数

设定场景：第0s 发生泄漏失效，事故时间为15min。选择泄漏点主要考虑事故发生概率、事故后果等因素，因此选择泄漏位置为进入脱气站之前的部分，背压设定500kPa。将数值带入OLGA 软件中进行计算，得到结果如表3 所示。

表3 管道不同泄漏孔径下的泄漏量

2.2 泄露影响区域分析

首先计算泄露面积，依据公式(1)可计算泄漏最大液池面积：

式中：S为最大液池面积(m2)；M为泄露油品的质量(kg)；Lmin为最小液面厚度，取0.025m；ρ为油品密度，取797.5kg/m3。

关于Lmin的取值与地面性质有关，见表4。

表4 不同性质地面对应液层厚度表

本文将液池面积等效为圆形，经计算，可得不同孔径下的液池面积及池直径，如表5 所示。

表5 液池面积及池直径

本次泄露后果的评估选用PHAST 软件进行场景模拟，选取“独立模型”用于管道泄露的模拟，在后果选择池火灾模块，以地面为基面，同时选取4kW/m2，12.5kW/m2，25kW/m2，37.5kW/m2四种热辐射强度进行计算，在PHAST 中选取风速为4m/s，稳定度为C 等级。

2.3 模拟结果

当泄露孔径为100mm 时，池火热辐射强度与顺风距离的关系如图2、图3 所示。辐射影响参数如表6 所示。

图2 池火热辐射强度与顺风距离关系(泄露孔径100mm)

图3 池火热辐射影响区域(泄露孔径100mm)

表6 热辐射影响参数(100mm孔径)

据此，依据不同孔径的管道泄漏池火灾模拟结果，可以对事故应急疏散距离进行设定，管道完全破裂引发晚期池火灾事故应急疏散建议距离为338.70m，以保证人员安全。

3 结语

本文通过针对管道泄露事故的吃火灾后果进行分析，以“选择泄露孔径-计算泄漏量-计算液池面积-计算影响区域”的流程进行场景模拟方法的应用，在国外油田的现场已得到实践，为现场灾害后果评估提供了一种计算方法，并为现场应急预案的制定提供参考，弥补法律标准针对灾害后果管理的缺失。