1、西气东输工程环境影响报告书 10-110 环境风险评价西气东输管道输送的天然气是易燃易爆物品，而且输送压力高(10MPa)输送距离长(4000km)，沿线地形地貌复杂，气候环境多样，输气管线和工艺站场在运行过程中，存在着因管道腐蚀、材料和施工缺陷、误操作(包括第三者人为破坏)、各类自然灾害因素等引发事故的可能，可能发生的最为严重的事故是管线和容器破裂，有可能造成大量天然气泄漏，遇明火发生燃烧和爆炸，造成人员、财产及环境损失。本章在统计分析国内外同类输气管道事故次数和事故原因的基础上，结合工程自身特点，对其可能存在的自然风险因素、社会风险因素进行了分析和识别，运用管道风险评价法对全线管道进行了风
2、险评价，使用道氏七版火灾爆炸指数评价法对典型工艺站场和管线发生火灾爆炸的后果进行了预测，并计算了发生火灾热辐射和爆炸冲击波时的最大危害距离，在此基础上分析了管道事故对环境的危害，最后提出了相应的事故防范措施、应急组织结构和应急预案，以期对西气东输工程建设提供参考和依据。10.1 国内外输气管道事故统计与分析10.1.1 国外输气管道事故统计与分析1) 国外输气管道概况管道运输因其输送能力大、安全系数高、经济性强，已成为石油和天然气最主要的运输方式之一。大规模的输气管道建设已成为各国经济发展必不可少的重要因素之一，目前世界上已建成的输气管道有 140104km，美国和前苏联的管道建设一直处在领先
3、地位，美国已建成输气管道42104km，前苏联有 13104km。在美国、前苏联、加拿大和欧洲，天然气管道已连接成国际性、全国性或地区性管网，形成了庞大的供气系统，不仅保障了本地区、本国的天然气供应，而且解决了国际间的天然气贸易，提高了整个管道系统的效率。2) 美国输气管道事故和原因分析美国是世界上建设输气管道最早、最多也是距离最长的国家，目前天然气输送管道大约有 42104km。美国能源部曾对 1970 年1984 年间运行的天然气管道事故进行统计分析，结果见表 10.1-1。西气东输工程环境影响报告书 10-2表 10.1-1 美国天然气运营事故统计(1970 年1984 年)事故原因 事
4、故次数 百分比(%)外力 3144 53.5材料损坏 990 16.9腐蚀 972 16.6结构缺陷 284 4.8其它 482 8.2合 计 5872 100从上表结果看出，在 1970 年1984 年的 14 年里，美国天然气管道(长输管道和集输管道)共发生了 5872 次事故，年平均事故率约为 419 次。外力是造成美国天然气管道事故的首要原因，共发生了 3144 次，占事故总数的 53.5%；其次是材料损坏，共发生了 990 次，占 16.9%；腐蚀是第三位的因素，共导致了 972 次事故，事故率是 16.6%。3) 欧洲输气管道事故和原因分析欧洲是天然气工业发展较早、也是十分发达的地
5、区，经过几十年的发展和建设，该地区的跨国管道已将许多欧洲国家相连，形成了密集复杂的天然气网络系统。1982 年开始，众多欧洲气体输送公司联合开展了收集所属公司管道事故的调查工作，并据此成立了一个专门组织即欧洲输气管道事故数据组织(EGIG)。表 10.1-2 是该组织对 1970 年1992 年间该组织范围内所辖输气管道事故调查和统计的结果。表 10.1-2 欧洲输气管道事故统计(1970 年1992 年)事故原因 事故次数 百分比(%)外部影响 441 53.1施工缺陷及材料失效 162 19.5腐蚀 117 14.1地基位移 44 5.3现场开口 29 3.5其它 37 4.5合 计 83
6、0 100西气东输工程环境影响报告书 10-3从表 10.1-2 结果可知，欧洲输气管道事故主要原因是由第三方引起的外部干扰，约占事故总数的 53%；其次是施工和材料缺陷，所占比例为19.5%，其事故率约为外部干扰造成事故频率的 1/3；第三是腐蚀，占总数的 14%，地基移动、误操作和其它原因分居第 46 位，所占比例约在 5%左右。前三项事故原因不仅是造成欧洲输气管道事故的主要因素(85%以上)，而且也是整个世界管道工业中事故率最高的三大因素。另外，据 EGIG 的报告，管道事故按泄漏尺寸可分为三类：针孔/裂纹：损坏处的直径20mm；穿孔：损坏处的直径20mm，但小于管道的半径；断裂：损坏处
7、的直径管道的半径。表 10.1-3 给出了管道事故中各种事故原因发生的频率。表 10.1-3 按事故原因分类(事故频率 10-3/kma)事故原因 针孔/裂纹 穿孔 断裂外部影响 0.073 0.168 0.095施工缺陷和材料缺陷 0.073 0.044 0.01腐蚀 0.088 0.01 /地层位移 0.01 0.02 0.02现场开口 0.02 0.02 /其它 0.044 0.01 0.01由表 10.1-3 可以看出，首位事故原因外部干扰事故主要导致穿孔泄漏，第二位事故原因施工和材料缺陷的泄漏类型以断裂居多，而第三位事故原因腐蚀通常导致穿孔和针孔/裂纹，很少引起断裂；由于地层位移而造
8、成的故障通常是由于受到非常大的力而形成的穿孔或断裂；在有隐患的管道上进行带压开孔造成的事故类型是穿孔和针孔/裂纹，没有造成过断裂；由其它原因造成的事故主要是针孔、裂纹类事故。4) 前苏联输气管道事故统计和分析前苏联的石油天然气工业在 80 年代得到了迅猛发展，这一时期建设的输气管道包括著名的乌连戈依-中央输气管道系统，将西伯利亚天然气输送到了西欧。该管道在前苏联境内总长 4450km，管径 1420mm，工作压西气东输工程环境影响报告书 10-4力 7.5MPa，全线设 41 座压气站，总功率 300104kW，天然气输送能力320108m3/a。总计这段管道经永久冻土段 150km，沼泽地带
9、 959km，森林地带 200 多公里，山区 545 公里，线路共穿越河流 700 多公里，公路和铁路穿越 417 处，全线共计开挖土石方 1.29108m3，耗用钢材 270104t,总投资 76 亿卢布。这样巨大的工程，从建设到投产仅用了 14 个月，充分显示了前苏联在管道设计和建设方面的实力。前苏联输气管道在几十年的运营中，出现过各种类型的事故，表10.1-4 列出的是 1981 年到 1990 年期间发生事故的统计结果。表 10.1-4 前苏联输气管道事故原因分析(1981 年1990 年)事故原因 事故次数 占总事故的比例(%)腐蚀 300 39.9其中：外部腐蚀 (248) (33
10、.0)内部腐蚀 (52) (6.9)外部干扰 127 16.9材料缺陷 100 13.3焊接缺陷 81 10.8施工和设备缺陷 82 10.9其中：施工缺陷 (65) (8.6)设备缺陷 (17) (2.3)违反操作规程 22 2.9其它原因 40 5.3合计 752 100从上表的统计结果可以看出，从 1981 年到 1990 年十年间，前苏联由于各种事故原因造成输气管道事故共 752 次，各种事故原因依其在事故总次数中所占的比例排序为：腐蚀 39.9%(其中外腐蚀 33.0%，内腐蚀 6.9%)，外部干扰 16.9%，材料缺陷 13.3%，焊接缺陷 10.8%，施工缺陷 8.6%，违反操作
11、规程、设备缺陷和其它原因所占比例较低，分别为 2.9%、2.3%和5.3%。西气东输工程环境影响报告书 10-55) 其它统计数据(1) 损坏类型与点燃概率的统计管道发生事故之后，形成的危害主要有因泄漏的天然气中含有 H2S 而形成的有毒云团、管线内喷出的天然气有可能被点燃形成的燃烧而形成的火焰产生的热辐射、因爆炸而产生的冲击波等。表 10.1-5 给出了世界范围内发生管道事故时，天然气泄漏后被点燃的统计数据。表 10.1-5 天然气被点燃的概率损坏类型 天然气被点燃的概率(10-2)针孔 1.6穿孔 2.7断裂(管径100事故率(10-3次/kma) 0.35 1.125 0.29 0.25
12、分析上面三个表的结果可以知道，事故发生的频率与管道的壁厚和直径大小有着直接的关系，较小管径的管道，其事故发生频率高于较大管径管道的事故发生频率，因为管径小，管壁相应较薄，容易出针孔或孔洞，所以薄壁管的事故率明显高于厚壁管；此外，管道埋深也与事故率有着密切的关系，随着管道埋深的增加，管道事故发生率明显下降，这是因为埋深增加可以减少管道遭受外力影响和破坏的可能性。表 10.1-9 是事故频率与不同施工年代的关系。表 10.1-9 事故频率与施工年代的关系(事故频率 10 -3/kma)施工年代 施工缺陷 材料缺陷1954 年以前 0.11 0.021954 年1963 年 0.18 0.06196
13、4 年1973 年 0.05 0.041974 年1983 年 0.04 0.03由表 10.1-9 可以看出，1954 年至 1963 年期间建设的管道，由于施工缺陷和材料缺陷导致的事故具有较高的频率。由于采用经过改进的施工标准和严格的检测方法，最近几年这 一类事故的频率有所下降。西气东输工程环境影响报告书 10-76) 国外输气管道事故比较(1) 事故率的比较由于不同的国家对事故率的统计标准有一定的差异，而且在同一个国家也并不是所有的事故都能得到准确和及时的上报。美国能源部资料披露，在美国每报道一次事故，至少有三次其它天然气泄漏事故没有向管道部门报告。下表是将这些因素作了纠正后得出的统计数
14、据。表 10.1-10 欧洲、美国、前苏联输气管道事故率对比地区或国家 纠正的事故数(10-3次/(kma)欧洲 0.38美国 0.60前苏联 0.46平均 0.48由表中的数据可见，美国每年每千公里输气管道事故率在三者中稍高。但值得注意的是欧洲管道相对运行时效较短(约 20 年)，而美国有 50%的管道运行已超过 40 年，前苏联的输气管道也进入了老龄期，有 5%的管道已超过 30 年的设计寿命，20%的管道已使用了 20 年30 年，38%的管道已使用了 10 年20 年，只有 27%的管道少于 10 年，预计今后前苏联输气管道事故可能会有上升趋势。以上几个输气国家和地区的平均事故率是0.
15、4810-3次/(kma)。(2) 事故原因比较比较上述国家、地区输气管道的事故原因，发现尽管事故原因在不同国家所占比例不同，即引起事故的原因排序不同，但结果基本相同，即主要为外力影响、腐蚀、材料及施工缺陷三大原因。在欧洲和美国，外部影响是造成管道事故的首要原因；在欧洲较小直径管道受外部影响的程度一直高于大直径管道，这主要与管壁厚度与管道埋深有密切关系，随着大直径管道建设数量的增多，外部影响造成的管道事故在欧洲已有所下降；在美国，外部影响造成的管道事故占到全部事故的 50%以上。前苏联外部影响造成的事故占总数的 16.9%，排在腐蚀原因西气东输工程环境影响报告书 10-8之后，是第二位事故原因
16、。根据统计资料，外力事故的人为因素较高，比如由外部人员和管道操作者导致的事故占 80%以上，由自然因素如地震、洪水滑坡等造成的事故只占 20%以下。从以上结果可以看出，外部影响是造成世界输气管道事故的主要原因。比较结果也同时显示，在每年的管道事故中，腐蚀造成的事故比例也比较大。前苏联 1981 年到 1990 年期间因腐蚀造成的事故有 300 次，占全部事故的 39.9%，居该国输气管道事故原因的首位；在美国，1970 年到1984 年的统计数据中，腐蚀发生了 972 次，占总数的 16.6%，是造成事故的第三位原因，美国运输部统计的 972 起腐蚀事故中，40%为外部腐蚀，27%为内部腐蚀，
17、17%为应力腐蚀；在欧洲，1970 年到 1992 年腐蚀事故率为 14.1%，事故原因排序与美国相同，排在外部影响和材料及施工缺陷之后，位居第三。材料失效和施工缺陷在美国和欧洲是事故原因的第二位因素。在美国，材料损坏和结构缺陷两者引发的事故有 1274 次，占全部事故的 21.7%；欧洲同类事故占总事故的 19.13%。在前苏联，因材料缺陷、焊接缺陷和施工缺陷导致的事故次数分别是 100 次(13.3%)、81 次(10.8%)和 82 次(10.9%)，合计事故率为 35%，超过了外部影响的比率(16.9%)。由此可见，材料失效和施工缺陷对管道安全运行的危害比较大。10.1.2 国内事故统
18、计与分析1) 国内输气管道概况我国天然气工业从 60 年代起步，天然气开发和输送主要集中在川渝地区。经过几十年的的建设和发展，盆地内相继建成了威成线、泸威线、卧渝线、合两线等输气管道以及渠县至成都的北半环输气干线，已形成了全川环形天然气管网，使川东、川南、川西南、川西北、川中矿区几十个气田连接起来，增加了供气的灵活性和可靠性。进入 90 年代后，随着我国其它气田的勘探开发，在西部地区先后建成了几条有代表性的输气管道，如陕甘宁气田至北京(陕京线)、靖边至银川、靖边至西安的输气管道，鄯善到乌鲁木齐石化总厂的输气管道及正建的涩北-西宁-兰州输气管道。1995 年我国在海上建成了从崖 13-1 气田到
19、香港的海底输气管道。据不完全统计，到 1997 年，我国已建成了近西气东输工程环境影响报告书 10-91104km 的输气管道。随着总长 4000km 的西气东输工程的建设，我国天然气管道建设已进入了一个高速发展时期。2) 四川输气管道事故统计和原因分析川渝地区经过四十余年的天然气勘探开发，目前已成为我国重要的天然气工业基地，从 60 年代开始相继建成了川渝地区南半环供气系统并与1989 年建成的北半环供气系统相连接，形成了环形输气干线，盆地内至今已建成输气管道约有 5890km，承担着向川、渝、滇、黔三省一市的供气任务，是西南三省一市经济发展的命脉。表 10.1-11 列出了 1969 年1
20、990 年四川天然气管道事故统计结果。表 10.1-11 1969 年1990 年四川天然气管道事故统计事故原因 事故次数 事故率(%)腐蚀 67 43.22其中：内腐蚀 (46) (29.67)外腐蚀 (21) (13.55)施工和材料缺陷 60 38.71其中：施工质量 (41) (26.45)制管质量 (19) (12.26)不良环境影响 22 14.20人为破坏及其它原因 6 3.87合计 155 100从表中可以看出，在 1969 年1990 年的 21 年间，四川输气管道共发生 155 次事故，其中腐蚀引发的有 67 次，占事故总数的 43.22%，是导致事故的首要原因；施工和材料
21、缺陷事故共有 60 次，占总数的 38.71%，仅次于腐蚀因素而列于事故原因的第二位；由不良环境影响而导致的事故有22 次，占到事故总数的 14.20%，位居第三。从表中统计结果可以看出，在统计期间造成输气管道事故的主要原因分别是腐蚀、施工和材料缺陷及不良环境影响。这一统计结果与国外统计结果有相类似的地方，同样表明腐蚀及施工和材料缺陷是影响管道安全运行的主要因素。西气东输工程环境影响报告书 10-10表 10.1-12 给出了川渝南北干线净化气管道事故类型的统计数据。纳入统计的天然气事故是指由于各种原因导致管道破损、造成天然气泄漏并影响正常输气的意外事件。统计的输气管道为川渝南北干线净化气输送
22、管道及其支线。其管径为 325mm720mm，壁厚 6 mm12mm，运行压力0.5MPa6.4MPa，管线总长 1621km。表 10.1-12 川渝南北干线净化气输送管道事故统计(1971 年1998 年)事 故 次 数事 故 原 因 7180(年)8190(年)9198(年) 合计百分比(%)局部腐蚀 12 37 16 65 44.8管材及施工缺陷 32 19 12 63 43.5外部影响 1 2 7 10 6.9不良环境影响 1 3 1 5 3.4其它 0 2 0 2 1.4合计 46 63 36 145 100表 10.1-12 统计结果显示，在 1971 年1998 年间，川渝南北
23、干线净化气输送管道中,因腐蚀引起的管道事故均居各类事故之首,共发生了 65起，占全部事故的 44.8%；其次是材料失效及施工缺陷，次数与腐蚀事故相当，这两项占输气管道事故的 80%左右；由外部影响和不良环境影响而导致的事故各有 10 次和 5 次，分占事故总数的 6.9%和 3.4%，位居第三、四位。从上两个表中统计结果可以看出，在统计期间造成输气管道事故的主要原因分别是腐蚀、施工和材料缺陷、外力及不良环境影响。这一统计结果与国外统计结果有相类似的地方，同样表明腐蚀及施工和材料缺陷是影响管道安全运行的主要因素。外力影响虽然比例不高，但有逐年上升的趋势，这一点需要引起人们的高度重视，在下面将作重点论述。3) 国内 90 年代输气管道事故分析进入 90 年代，随着陕甘宁气田的勘探开发，我国在西部地区建设了以陕京线、靖西线和靖银线为代表的标志着我国 90 年代输气管道建设技
