燃气管网泄漏对危化企业的风险研究

侯龙飞 李润婉 朱丽榕 朱明星

(1、安徽泽众城市智能科技有限公司,安徽 合肥230601 2、清华大学合肥公共安全研究院,安徽 合肥230601 3、合肥市城市生命线工程安全运行监测中心,安徽 合肥230601)

燃气管网是城市重要的基础设施,承载着城市安全运行与快速发展的重要使命。随着我国经济的飞速发展,油改气步伐的不断加速,燃气管网规模也在不断发展壮大[1]。与此同时,燃气管网泄漏导致的安全隐患也愈发凸显,并逐渐成为焦点问题被社会关注。目前我国危化品企业门类齐全,产品类型丰富,不断朝着大型化和高连续性发展。但是因为危化企业从原料到生产到经营其固有的危险属性,安全生产是保证危化企业良好经营的最必要条件之一。因此,快速准确的将危化企业周边的危险因素辨识出来并进行合理处置对危化企业的健康发展尤为重要。当燃气管网周边存在危化企业时,燃气管网一旦失效发生泄漏,不仅可能会引发燃烧爆炸等事故[2],还可能引起危化企业的次生灾害,造成更加严重的后果。

本文通过研究燃气管网泄漏对危化企业的风险,提出了一种可以辨识出可能对危化企业构成隐患的燃气管线,并对风险进行分级的方法,为危化企业危险因素辨识和安全管理提供了参考依据。

1 燃气管网泄漏对危化企业风险研究思路

首先进行燃气泄漏对危化企业的风险辨识,通过明确企业所在位置是否在燃气大气扩散半径和地下空间扩散半径内进行判断,如果危化企业不在燃气管网泄漏的影响半径内,则燃气管网对危化企业的没有造成风险,当危化企业位于燃气管网泄漏的影响半径内,则可进一步进行燃气管网泄漏对危化企业的风险评估。风险评估通过燃气管网泄漏概率和燃气管网泄漏后果严重性进行判断,将燃气管网泄漏概率评估值与燃气管网泄漏后果严重性评估值相乘得到总的燃气泄漏对危化企业的风险值。燃气管网泄漏概率考虑了腐蚀、第三方施工和自然力破坏三个因素,燃气管网泄漏后果严重性包括职工人数、固定资产和应急管理三个方面。最后本文对燃气管网泄漏对危化企业的风险评估值进行了分级,以便于应急管理人员对风险进行直观的判断并做出对应的响应。

本文在进行风险评估值计算时,各因素的重要度取值主要来源于历年燃气管网泄漏事故和危化企业事故的统计分析所得。

2 燃气管网泄漏对危化企业风险评估方法构建

2.1 燃气管网泄漏对危化企业的风险辨识

燃气泄漏对危化企业的风险辨识S 主要从大气扩散影响S1和地下空间扩散影响S2确定。首先确定燃气泄漏各影响因素的影响半径,当危化企业位于影响半径内,说明燃气泄漏对危化企业有影响,则影响指标Si(i=1、2)输出为1,否则输出0.1。当S1和S2输出均为0.1 时,说明燃气泄漏基本不构成危化企业的风险因素,则燃气泄漏对危化企业风险辨识S=0.1,当S1和S2只要有一项输出值为1 时,说明燃气泄漏对危化企业已经形成了安全威胁,S=1。

2.1.1 大气扩散影响

当泄漏的燃气在大气中扩散时,为了防止发生火灾或爆炸事故,应该尽快通知危险区域内人员停止可能产生点火源的行为,并组织危险区域内居民疏散,因此首先要了解泄漏的燃气在大气中能够扩散的最大范围。

燃气泄漏后在大气中的扩散过程十分复杂, 扩散中的一些现象和规律还没有被人们完全理解。燃气扩散与泄漏的类型、方向、气象条件等诸多因素有关。本文推荐目前比较成熟的高斯模型用来模拟燃气泄漏的扩散行为。当发生小孔泄漏时,具有泄漏量较小、泄漏时间长的特点,可以看作连续泄漏源,采用高斯烟羽模型计算燃气在大气中的扩散面积[3]；当燃气管道发生破裂或大孔泄漏时,泄漏量巨大,一般会引起管道上截断阀的作用,进而阻止管道内气体的继续泄漏,这种情况下可以将泄漏扩散过程视为瞬时泄漏扩散,采用用高斯烟团模型确定燃气扩散面积[4]。根据实际泄漏孔径大小采用不同的模型计算燃气扩散面积,再将面积根据圆形面积计算公式折算成大气扩散的影响半径。

2.1.2 地下空间扩散影响

影响燃气在地下空间扩散范围的最主要因素是燃气上方覆盖层的的孔隙度,孔隙度越大,燃气就越容易通过覆盖层扩散到大气中,在地下空间扩散的范围就越小。覆盖层的种类较多,依据孔隙度主要归纳为草地、道板砖和水泥混凝土三类。草地是指比较松散的土壤,泄漏的燃气以漏斗状向覆盖层与大气交界处扩散,还可以直接穿过覆盖层进入大气中,此时认为燃气在地下空间扩散半径最大能到取2.5 m。道板砖指的是具有一定孔隙,但是不像草地空隙那么大的土壤覆盖层,研究表明燃气扩散半径一般取5 m。当燃气管道埋在行车道下时,即覆盖层主要成分为水泥混凝土时,覆盖层的孔隙率低且孔隙小,气体穿透性差,则燃气也就很难扩散到覆盖层之外,扩散范围也会相应增加,扩散半径取12.5 m。

2.2 燃气管网泄漏对危化企业影响风险评估

2.2.1 燃气管网泄漏概率

评估燃气管网泄漏概率最关键的就是获取到大量可靠的历史燃气管网失效数据,在不具备当地实际的燃气管网事故历史数据时,可以根据国外的PHMSA、EGIG 等油气管道数据库管网事故历史数据进行估算[3]。

根据对国内往年燃气泄漏事故原因分析,主要将燃气管网泄漏原因归纳为腐蚀W1、第三方施工W2和自然力破坏W3三方面,三种因素对应的重要性赋值为0.36、0.52 和0.12,则燃气管网泄漏可能性由下式计算：

2.2.1.1 腐蚀

燃气管道主要埋在地下,环境复杂。根据往年燃气泄漏原因分析统计得知,燃气泄漏中70%的原因都和腐蚀有关,因此本文主要从燃气管道防腐层保护W11和土壤腐蚀性W12两个角度分析燃气管道腐蚀的风险并进行评估值的确定,燃气管网W1腐蚀风险计算如下：

当燃气管道的防腐层分别是三层PE 复合涂料、煤焦油瓷漆或环氧煤沥青、沥青加玻璃布、防锈油漆或高密度聚乙烯和无防腐层时,对应的防腐层保护W11风险评估值分别为1、3、5、7和10。土壤的腐蚀性强弱采用土壤的电阻率fc(Ω·m)来判断[5],电阻率越小说明腐蚀性越强,土壤电阻率fc 在不同区间对应的风险评估值如表1 所示。

表1 土壤腐蚀性W12 评估值表

2.2.1.2 第三方施工

第三方施工具有建设活动逐年增加、施工活动隐蔽灵活和相关监管的缺失等特性,因此第三方施工成为了目前造成燃气管道发生破坏最大的原因之一。运维人员的巡检可以及时注意到第三方施工中对燃气管网的破坏行为并进行制止,完善的第三方施工管理可以从根本上降低第三方施工对燃气管道的破坏率。因此本文从日巡线频次W21和第三方施工管理W22两个角度评估第三方施工W2对燃气泄漏的风险：

日巡线频次W21对应的风险评估值取值标准为：每日巡线频次不小于5 次、4 次、2 次、不大于1 次对应的风险评估值分别为1、3、5、7 和10。完善的第三方施工管理包括：进行了管线分布交底；制定了燃气设施保护方案；采取相应的安全保护措施[6]；燃气公司进行了监护工作。第三方施工管理W22风险值通过满足上述指标的数目确定,全部满足、满足三项、满足两项、满足一项和全部不满足对应的第三方施工管理风险值为1、3、5、7 和10。

2.2.1.3 自然力破坏

自然力破坏W3对燃气管网的影响属于不可抗因素,主要从恶劣天气W31和地质灾害的易发性W32进行评估：

恶劣天气主要是指发生暴雨、洪水、地震和台风等灾害天气发生的可能性,地质灾害的易发性是从该地区的地质状况稳定性和是否发生过滑坡崩塌等地质灾害判断,考虑到恶劣天气发生的频率高低和地质灾害的易发性目前没有统一的判断标准,可以从该地区历史极端天气的统计数据分析后进行定性判断,再根据本文的自然力破坏风险评估取值表进行取值,表2。

2.2.2 燃气管网泄漏事故的后果严重性

燃气泄漏导致的危化企业事故后果严重性C 主要从危化企业的职工人数C1、固定资产C2和应急管理C3进行评估：

2.2.2.1 职工人数

危化企业的人员规模越大,在发生事故的时候,面临的人员伤亡风险就越大,所要进行的疏散、救援、事故后续处理工作量也会相应增加,事故后果也会更加严重,对社会的恶劣影响就越大。危化企业属于工业,不同职工人数C1对应的风险评估值主要依据工业企业的规模划分,表3。

表2 自然力破坏风险评估取值

表3 职工人数C1 风险评估值表

2.2.2.2 固定资产

不同危化企业因其工艺和产品的不同,其拥有的固定资产不能完全通过职工人数来反应,因此通过对企业固定资产C2的评估可以直观的反应安全事故对危化企业在经济上可能造成的损失,其风险取值参考了国家安全事故的等级划分,表4。

表4 固定资产C2 风险评估值表

2.2.2.3 应急管理

危化企业拥有完善的应急管理体制,是可以在事故发生的时候极大的缩短响应时间并开展有序的救援行动,这对减少危化企业突发事故造成的人员伤亡和财产损失具有不可忽视的作用。

危化企业应急管理C3可以通过以下4 个指标进行判断：制定了完善的应预案,每年至少进行了1 次事故演练和1 次人员应急培训,应急通道保持通畅并进行定期维护管理,应急标志清晰完整且应急照明可用。应急管理C3的风险评估取值也通过满足指标数来确定：全部满足、满足四项、满足三项、满足两项和全部不满足对应的应急管理风险值为1、3、5、7 和10。

2.3 燃气管网泄漏对危化企业的风险分级(表5)

燃气管网泄漏对危化企业风险R 通过燃气管网泄漏对危化企业的风险辨识S、燃气管网泄漏概率P 和燃气管网泄漏后果严重性C 相乘得到。

当燃气管网泄漏对危化企业风险R 的评估值越高表明风险越大,为了将各风险值的严重程度更直观的表示出来,在对往年燃气事故和危化企业事故统计分析的基础上,得到以下风险分级标准和预警颜色。

表5 燃气泄漏对危化企业风险分级表

结束语

本文基于目前燃气管网泄漏隐患逐年提高、危化企业安全运行愈发受到关注的情况下,提供了一种燃气管网泄漏对危化企业风险评估的方法,该方法基于燃气管网泄漏对危化企业的风险辨识、燃气管网泄漏概率和燃气管网泄漏后果严重性三个维度来判断风险大小,并给出了风险值的分级标准和颜色表征,可以为实现燃气管网泄漏风险评估和危化企业风险辨识提供新的思路。