蔡麗麗，張 曉

（1．中海油能源發(fā)展股份有限公司健康安全環(huán)保部，北京100010；2．中海石油（中國）有限公司天津分公司工程建設(shè)部，天津300452）

穿越航道海底輸氣管線風(fēng)險(xiǎn)評估方法

蔡麗麗1，張 曉2

（1．中海油能源發(fā)展股份有限公司健康安全環(huán)保部，北京100010；2．中海石油（中國）有限公司天津分公司工程建設(shè)部，天津300452）

由于缺陷、腐蝕、外力損傷等原因造成海底油氣集輸管道運(yùn)行事故，經(jīng)濟(jì)損失巨大。結(jié)合工程實(shí)例，對穿跨越航道的海底輸氣管線在運(yùn)行期間風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析此類工程存在的危險(xiǎn)因素，并基于管線日常維護(hù)管理與實(shí)際安全生產(chǎn)作業(yè)要求，提出相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

海底管道；事故；風(fēng)險(xiǎn)分析；安全措施

為滿足不斷增長的能源需求，許多國家特別是一些發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)將油氣資源的開發(fā)重點(diǎn)投向海洋。我國近海石油勘探開發(fā)起步較晚，但發(fā)展迅速，目前在渤海、東海、南海已建成多個(gè)大型海上油田，已鋪設(shè)約5 000km海底管道。海底管道的平穩(wěn)運(yùn)行決定了油田能否保持平穩(wěn)生產(chǎn)，在環(huán)境保護(hù)呼聲日益提高的今天，海底管道安全運(yùn)行又有了更深層次的意義和要求。

近些年，很多地方相繼建設(shè)了大量的近海工程，例如碼頭、航道等。這些海洋工程建設(shè)與已建設(shè)的海底管道在某些區(qū)域發(fā)生了矛盾，需要實(shí)施穿跨越保護(hù)工程。

本文結(jié)合某海底管道穿跨越航道工程實(shí)例，對穿跨越航道的海底輸氣管線運(yùn)行期間風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析此類工程存在的危險(xiǎn)因素。在此基礎(chǔ)上，基于管線日常維護(hù)管理與實(shí)際安全生產(chǎn)作業(yè)要求，提出相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施。期望能對今后類似情況的海岸工程建設(shè)提供有益的經(jīng)驗(yàn)和借鑒，為保障海底管道完整性尋求主動(dòng)安全的方案。

1 管線運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)概述

1．1 管線事故統(tǒng)計(jì)

海底油氣輸送管道由于受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的制約，以及設(shè)計(jì)、施工水平、材料缺陷和多年運(yùn)行的損傷等原因，加上第三方破壞引發(fā)的泄漏事故呈上升趨勢，管道安全存在許多隱患。輸氣管道破裂均會(huì)著火，多數(shù)發(fā)生爆炸，若撲救不及時(shí)就會(huì)引發(fā)次生災(zāi)害，損失巨大。據(jù)美國天然氣協(xié)會(huì)（AGA）的統(tǒng)計(jì)，1986～2003年，各類油氣管道的事故約為373．2次／年，死亡人數(shù)20．9人，受傷人數(shù)97．1人，財(cái)產(chǎn)損失＄7776．4萬元。

1．2 管道事故原因

依據(jù)英國健康安全委員會(huì)PARLOC 96海洋管線事故數(shù)據(jù)庫和美國天然氣協(xié)會(huì)（AGA）的統(tǒng)計(jì)，以及中國油氣管道事故統(tǒng)計(jì)，造成油氣管道事故的原因有6個(gè)方面。

1） 材料缺陷 材料瑕疵和焊接瑕疵等都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障。主要有焊接口開裂、焊接材料及施工方法存在問題、材質(zhì)的脆性破壞（溫差）、溫度變化引起的漲縮、焊接的熱處理問題等。通過嚴(yán)控材料采購、焊接及檢驗(yàn)可以杜絕這類缺陷發(fā)生。

2） 結(jié)構(gòu)缺陷 輸油／氣管道設(shè)計(jì)所采用的型材以及連接設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范進(jìn)行，尤其對于管道鋼制閥門使用和選擇、法蘭使用、墊片使用、埋設(shè)設(shè)計(jì)、撓性設(shè)計(jì)補(bǔ)償、熱膨脹補(bǔ)償?shù)?，以保證管線設(shè)計(jì)本質(zhì)安全［1］。

3） 施工缺陷 海上管道工程施工方法相比于陸上管道成熟的建造和鋪設(shè)工藝方法有所不同，水流會(huì)影響管道施工時(shí)的安全和管道投產(chǎn)后的穩(wěn)定性。當(dāng)海底管道需要懸空時(shí)，其懸空跨度超過允許范圍就可能導(dǎo)致管線損壞。適當(dāng)?shù)难诼裼兄诜乐构艿老路侥嗌车牧魇Ш蛻铱?，全面定期的檢查、處理和保養(yǎng)可杜絕這類故障的發(fā)生。

4） 腐蝕 管道腐蝕有外腐蝕和內(nèi)腐蝕2種情況，是管道失效的主要事故模式之一。管道外腐蝕是在外防腐層破損或剝離、陰極保護(hù)不完整或被屏蔽情況下發(fā)生的。防腐層失效主要是由土壤環(huán)境對涂層的化學(xué)或物理破壞、運(yùn)行條件造成涂層老化、陰極保護(hù)副作用造成涂層剝離、施工質(zhì)量差和補(bǔ)口不合格、外力破壞防腐層等因素造成。誘發(fā)內(nèi)腐蝕的原因主要是原油中含有H2S、CO2、水、細(xì)菌等腐蝕性物質(zhì)，可以采用在管道內(nèi)涂敷防腐層、添加緩蝕劑等方法防止或減緩內(nèi)腐蝕。

5） 外力損傷

①拋錨 拋錨是海底管道事故的重要原因，對海管的危害主要決定于錨的尺寸、海床狀況、管線掩埋或保護(hù)狀況。此類危害分為：水泥保護(hù)層的破壞、凹痕、刺破和撕裂等幾種情況。

②拖錨 拖錨就是在船舶拋錨之后，錨在水底還要拖動(dòng)一段距離。對于拖錨路徑上的海底管道，外壁可能會(huì)受到破壞，局部會(huì)被扣住并且凹進(jìn)或者由于彎曲而內(nèi)部超壓（當(dāng)錨的力量足夠使管線發(fā)生側(cè)向移動(dòng)時(shí)）。被拖的錨也可能先勾在管道上，當(dāng)收錨時(shí)造成管線破壞。

③錨鏈磨損 錨鏈對海底管道的磨損主要是錨鏈或者電纜對管線的刮擦或鋸切運(yùn)動(dòng)。錨鏈的磨損主要來自管線附近海域的守護(hù)船或維修船。

④沉船 沉船的原因主要是惡劣的天氣、外部撞擊、由于失去動(dòng)力或迷失方向而擱淺、結(jié)構(gòu)缺陷和意外的火災(zāi)爆炸。沉船對海底管道造成影響的可能性取決于海管附近過往船只的密度。

⑤落物 從過往船只或者附近作業(yè)船只掉下的落物也會(huì)造成海底管道的破損。例如，對海底電纜的維護(hù)、建設(shè)新的海底管道、修建新的海港的有關(guān)船只都會(huì)有落物的可能，而且落物的種類主要是建筑管材、各種容器以及建設(shè)／維護(hù)設(shè)備［2］。

6） 其他因素 電纜／管線交叉。規(guī)劃的管道路線如果與已有的通訊電纜有交叉點(diǎn)，必須對此管線進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。海底管道與管線的交叉點(diǎn)也需要相似的處理。此外，施工人員和海事交通風(fēng)險(xiǎn)、人為破壞、管道輔助設(shè)施本身故障（如海管立管卡子失效）等也能夠?qū)е掠蜌夤芫€失效。

2 風(fēng)險(xiǎn)評估原則和方法

根據(jù)海底管道的路由和工藝特點(diǎn)，對輸氣海底管道的危險(xiǎn)、有害因素分析可分為5個(gè)方面：管線運(yùn)輸物料危險(xiǎn)有害因素；工藝危險(xiǎn)有害因素；航道、船舶危險(xiǎn)因素；自然環(huán)境災(zāi)害因素；人為及社會(huì)環(huán)境影響因素［3－4］。

風(fēng)險(xiǎn)評估程序如圖1。

圖1 海底管道風(fēng)險(xiǎn)評估程序步驟

1） 收集相關(guān)評估資料并進(jìn)行研究。

2） 針對確定的管線路由進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研。

3） 劃分評估單元，選擇評估方法，開展危險(xiǎn)識(shí)別工作。

4） 對各單元風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性、定量評估。

5） 對海底管道管理現(xiàn)狀進(jìn)行有效性分析。

6） 得出最終安全評估結(jié)論，并提出相關(guān)措施與建議。

3 案例

某氣田登陸海底管道于1991年完工投運(yùn)，該管線與周邊某港口航道交叉，交叉位置水深11．3m。2006年，該港口計(jì)劃擴(kuò)容升級，擬建25萬t級進(jìn)港航道，設(shè)計(jì)長度為51．4km，底寬260m，平均水深20．8m。為適應(yīng)新建航道及擴(kuò)容后疏浚的要求，需要對交叉處管道重新鋪設(shè)，埋深滿足航道通航及疏浚要求。2006－09，該段管線完成了1．6km的重新鋪管。由于該段管線施工改造完之后，與原始設(shè)計(jì)存在一定的差異，為了充分辨識(shí)該段管線潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，支持管線安全生產(chǎn)運(yùn)行管理，開展了安全評估工作。

3．1 評估過程

1） 根據(jù)該段海底管道更換設(shè)計(jì)資料、施工方案、作業(yè)記錄等資料，充分辨識(shí)了該段管線存在的危險(xiǎn)因素。

2） 對管線凹處積液、管線沖擊疲勞、段塞流潛在風(fēng)險(xiǎn)、施工質(zhì)量缺陷影響、管線熱膨冷縮屈曲影響等重大問題進(jìn)行專項(xiàng)安全分析。

3） 結(jié)合該工程的其他研究成果對管材的壽命及管線犧牲陽極的壽命進(jìn)行了分析。

4） 在以上風(fēng)險(xiǎn)評估工作的基礎(chǔ)上，基于管線日常維護(hù)管理與實(shí)際安全生產(chǎn)作業(yè)要求和公司HSE管理體系，提出相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施與建議。

3．2 評估單元?jiǎng)澐旨霸瓌t

結(jié)合該油田登陸海底管道的實(shí)際特點(diǎn)，在危險(xiǎn)、有害因素分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地劃分評估單元，對本段海底管道潛在的重大危險(xiǎn)性進(jìn)行評估，以分析管道設(shè)計(jì)是否能夠?qū)⑦@些危險(xiǎn)性控制在合理范圍之內(nèi)。評估單元的劃分遵循以下原則：

1） 根據(jù)海底管道的主要危險(xiǎn)源和誘因劃分評估單元。

2） 按照不同評估單元評估的特點(diǎn)選擇相應(yīng)的安全評估方法。

3） 重點(diǎn)圍繞海底管道改線工程部分。

根據(jù)上面的單元?jiǎng)澐衷瓌t，該油田登陸海底管道目前最大的危險(xiǎn)源是管線發(fā)生天然氣泄漏，在海面形成可燃性氣體聚集，遇到足夠大的能量釋放而發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，從而造成人員傷亡。圍繞這一主要危險(xiǎn)源，基于事故發(fā)生誘因和后果2個(gè)方面劃分評估單元。

1） 對事故發(fā)生誘因進(jìn)行全面的分析和評估，圍繞該油田登陸海底管道可能導(dǎo)致泄漏的各種誘因，利用預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHA）確定不同誘因?qū)е滦孤┌l(fā)生的可能性分級和事故后果的嚴(yán)重性分級。

2） 對于可能的海底管道泄漏進(jìn)行火災(zāi)、爆炸事故后果影響模擬，確定海底管道泄漏的火災(zāi)、爆炸的影響范圍。評估海底管道事故對于航道來往船只上人員的傷害程度。

3） 對該油田登陸海底管道的相關(guān)管理制度以及日常作業(yè)情況進(jìn)行評估，判斷能否適應(yīng)改造后的海底管道生產(chǎn)要求。

4） 搜集國外同類設(shè)施的事故案例，對于導(dǎo)致事故的原因進(jìn)行分析，對該油田登陸海底管道的管理提供參考。

3．3 評估結(jié)論

1） 管線積液 通過對該管線原設(shè)計(jì)與改造后工藝進(jìn)行差異研究，評估海底管道積液、管線沖擊、段塞流以及熱脹冷縮屈曲產(chǎn)生的本質(zhì)改變性影響。評估后認(rèn)為：當(dāng)輸氣壓力下降后，管線內(nèi)部可能出現(xiàn)積液，建議生產(chǎn)方預(yù)先制定處理管線積液的方案，以便及時(shí)應(yīng)對。

2） 管線生產(chǎn)運(yùn)行危險(xiǎn) 認(rèn)為該管線改造之后存在的固有危險(xiǎn)因素及與原設(shè)計(jì)的差異：主要是改造施工質(zhì)量隱患以及船舶通行影響。雖然港口通航原則為高潮位通航，原則上不會(huì)對海底管道產(chǎn)生嚴(yán)重影響，但建議生產(chǎn)方與港口及各類承包商船舶建立海管聯(lián)合保護(hù)機(jī)制，建立持續(xù)、通暢的溝通機(jī)制，在航道、通行船級發(fā)生變更前，確保雙方能夠及時(shí)地評估航道變更對海管安全的影響，并采取相應(yīng)的防范措施。

3） 海底管道泄漏 認(rèn)為海底管道的最大危險(xiǎn)事件就是管線泄漏事件，模擬計(jì)算軟件分析結(jié)果也表明海底管道泄漏產(chǎn)生的天然氣與空氣混合后，極容易在海面形成大片爆炸蒸汽云，尤其對航道過往船只威脅很大。建議依據(jù)法規(guī)要求對海底管道尤其是改造部分的膨脹段進(jìn)行定期局部海底探摸，觀察是否出現(xiàn)移位或屈曲現(xiàn)象。

4） 管線泄漏管理措施 海底管道泄漏的持續(xù)時(shí)間決定了其對海面船只的威脅程度。通過計(jì)算分析后認(rèn)為：發(fā)生泄漏后采取關(guān)閉兩端關(guān)斷閥的應(yīng)急措施，要比通過兩端火炬迅速排放海底管道物料所導(dǎo)致的泄漏時(shí)間長數(shù)倍。在發(fā)生泄漏的應(yīng)急狀態(tài)下，應(yīng)利用上下游火炬進(jìn)行海管天然氣泄放，減少管道泄漏時(shí)間。

5） 管線日常管理 通過研究后認(rèn)為，在管理體系中需要建立相關(guān)海底管道公告以及檢查等工作的記錄文件，并結(jié)合管道具體情況（航道跨越、陽極保護(hù)等）修改對海底管道監(jiān)測作業(yè)的具體規(guī)定。

4 結(jié)語

通過對該海底管道的風(fēng)險(xiǎn)評估，使得運(yùn)營方認(rèn)識(shí)到改造作業(yè)后工藝差異應(yīng)在合理的范圍之內(nèi)，整體風(fēng)險(xiǎn)程度滿足安全可行原則，同時(shí)采納了上述風(fēng)險(xiǎn)評估建議，進(jìn)一步完善了HSE管理體系、安全應(yīng)急計(jì)劃預(yù)案及相關(guān)管理制度。該海底管道改造后至今已安全運(yùn)行6a，目前管線各項(xiàng)檢查指標(biāo)和運(yùn)行指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和生產(chǎn)安全運(yùn)行要求。

隨著國家經(jīng)濟(jì)開發(fā)的深入，在各沿海城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，相繼面臨土地資源緊張、土地整理成本巨大的困境，城市發(fā)展方向陸續(xù)轉(zhuǎn)向海洋，紛紛出臺(tái)新的海洋功能區(qū)劃，相繼建設(shè)大量的碼頭航道和人工島等近海工程，原有的功能規(guī)劃隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷調(diào)整，由此產(chǎn)生大量的用海矛盾。本文通過對某穿跨越航道海底輸氣管線進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，并提出相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施與建議，希望能對今后類似海岸工程建設(shè)解決此類問題提供借鑒。

［1］ 韓 宇，栗國浩，袁李峰．Taper－Lok法蘭在海底管線上的應(yīng)用［J］．石油礦場機(jī)械，2008，37（6）：88－90．

［2］ 田 政，陳長風(fēng)，杜文燕，等．海底管道完整性評估及修復(fù)技術(shù)［J］．石油工程建設(shè)，2005，31（3）：40－43．

［3］ 趙冬巖，余建星，王 琮，等．基于風(fēng)險(xiǎn)的海底管道安全評估方法研究［J］．海洋技術(shù)，2010，29（1）：56－59．

［4］ 張秀林，謝麗婉，陳國明．海底管道完整性管理技術(shù)［J］．石油礦場機(jī)械，2011，40（12）：10－15．

Risk Analysis of Submarine Pipeline Traversing Sea－route

CAI Li－li1，ZHANG Xiao2
（1．Operation Management Department，CNOOC Energy Technology ＆Services Limited，Beijing100010，China；2．Engineering Construction Department，China National Offshore Oil（China）Co．，Ltd．–Tianjin，Tianjin300452，China）

submarine pipeline；accident；risk analysis；safety measures

book=23,ebook=23

TE952

：A

1001－3482（2012）06－0054－04

2012－03－10

蔡麗麗（1958－），女，遼寧沈陽人，高級工程師，主要從事海洋石油工程設(shè)計(jì)、建造和工程項(xiàng)目管理，E－mail：caill＠cnooc．com．cn。

Abstract：Submarine pipeline is the lifeline of offshore gas ＆oil field．The pipeline’s safe operation is vital to gas ＆oil fields．The risk factors and its effect were analyzed，and some risk control measure and some suggestions were put forward．