熊健 周亞薇 張振永

中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司

摘要：依據(jù)管道保護(hù)法及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，輸氣管道與建構(gòu)筑物的間距僅有不小于5 m的強(qiáng)制要求，此“間距”雖然滿足了管道的施工及運(yùn)行管理需求，但未考慮管道周邊人員風(fēng)險(xiǎn)、管道失效后果因素。總結(jié)分析了國(guó)內(nèi)外法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于輸氣管道與周邊建構(gòu)筑物的間距要求，探討了經(jīng)驗(yàn)取值法、基于失效后果的設(shè)計(jì)方法和基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)方法及各自優(yōu)缺點(diǎn)，提出了在基于管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)間距設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增加驗(yàn)算管道失效特定后果的間距設(shè)計(jì)新理念。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；間距；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；特定后果

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，城鄉(xiāng)擴(kuò)張與油氣管道建設(shè)運(yùn)營(yíng)之間的矛盾逐漸凸顯，管道與建構(gòu)筑物之間的間距問(wèn)題尤為突出。依據(jù)石油天然氣管道保護(hù)法和輸氣管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，輸氣管道與建構(gòu)筑物間距應(yīng)不小于5 m。5 m間距僅滿足管道施工和運(yùn)行管理要求，并未考慮管道一旦發(fā)生失效對(duì)周邊安全的影響。與我國(guó)國(guó)情類似的歐洲地區(qū)已經(jīng)采用基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與公眾安全設(shè)置管道與建構(gòu)筑物間距的方法。筆者在基于管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，提出了增加驗(yàn)算管道失效特定后果的間距設(shè)計(jì)理念，為管道建設(shè)和運(yùn)行管理中處理與周邊建構(gòu)物間距問(wèn)題提供了一個(gè)新角度。

1  間距標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比與剖析

1.1  主要國(guó)家間距要求

通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)不同國(guó)家在設(shè)計(jì)階段對(duì)管道與建構(gòu)筑物的間距要求、間距設(shè)置原則、考慮因素等均存在差異，國(guó)際上并沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比主要結(jié)果見(jiàn)表 1。

1.2  間距設(shè)計(jì)方法剖析

根據(jù)各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和主要考慮因素，結(jié)合各國(guó)管道路由選線原則，基本可以將其按照地域特點(diǎn)劃分為如下幾類。

1.2.1  經(jīng)驗(yàn)取值法

我國(guó)GB 50251―2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)管道與地上建構(gòu)筑物的間距規(guī)定為不小于5 m，與管道保護(hù)法的要求一致。管道保護(hù)法5 m數(shù)值的確定主要從“保護(hù)管道”的角度出發(fā)，即保護(hù)管道免受近距離施工作業(yè)影響和損傷、保證管道維搶修作業(yè)所需的單側(cè)通車能力、滿足管道開(kāi)挖放坡和堆土作業(yè)的空間需求，并本著節(jié)約使用土地的原則。

我國(guó)管道與建構(gòu)筑物間距要求可認(rèn)為是經(jīng)驗(yàn)取值法，該方法根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜遗袛啵�列出不同工業(yè)活動(dòng)或設(shè)施與其他場(chǎng)所或區(qū)域之間的安全距離，其大小取決于工業(yè)活動(dòng)的類型或現(xiàn)存危險(xiǎn)物質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量。

該方法的原理簡(jiǎn)單直觀，容易理解和便于操作，所以至今仍被廣泛應(yīng)用。但是，該方法僅建立在專家經(jīng)驗(yàn)或歷史案例基礎(chǔ)上，并沒(méi)有考慮管道及設(shè)施的安全管理水平和管道本質(zhì)安全等方面的差別。

GB 50028―2016《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定各種管徑、壓力、壁厚及地區(qū)等級(jí)下管道與建構(gòu)筑物的間距，基本等效采用了英國(guó)氣體工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IGE/TD/1《高壓燃?xì)廨斔弯摴堋芬�求。但由于城�?zhèn)燃?xì)夥笤O(shè)區(qū)域及失效后果與長(zhǎng)輸管道差異較大，其間距要求無(wú)法直接借鑒和采用。

1.2.2  基于失效后果的設(shè)計(jì)方法

俄羅斯設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)不同管徑管道與地上不同建構(gòu)筑物的間距均有明確要求，間距范圍從25 m～350 m不等，通過(guò)失效影響范圍（與管徑相關(guān)）來(lái)確定管道與建構(gòu)筑物的間距，從而避免管道失效導(dǎo)致較為嚴(yán)重的后果。

意大利的相關(guān)法規(guī)針對(duì)建構(gòu)筑物和特定場(chǎng)所等人員密集場(chǎng)所提出了間距要求。意大利SNAM公司針對(duì)城鎮(zhèn)和人員密度高的建筑物的實(shí)際做法（100 m）為基于后果的間距控制方法，主要防控措施為套管保護(hù)。該方法的核心是基于各種“最壞假想事故情景”模型，并計(jì)算“最壞事故情景”的物理量達(dá)到一定閾值的距離；再根據(jù)這個(gè)距離進(jìn)行分區(qū)：在這個(gè)區(qū)域內(nèi)會(huì)造成死亡或某種傷害，區(qū)域之外則不會(huì)造成相應(yīng)后果。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算過(guò)程與計(jì)算結(jié)果都是系統(tǒng)確定的，可信度高，可以給出不同條件下最嚴(yán)重事故的傷害半徑，并用于土地利用規(guī)劃及決策，可操作性強(qiáng)。但由于沒(méi)有考慮事故發(fā)生的概率，不利于土地的合理使用和規(guī)劃。

1.2.3  基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)方法

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)方法主要以英國(guó)、荷蘭等歐洲標(biāo)準(zhǔn)為代表。該方法以定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（QRA）為基礎(chǔ)，依據(jù)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)能否滿足風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則來(lái)評(píng)估管道與建構(gòu)筑物的間距。基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法科學(xué)、靈活、全面，能夠反映管道實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)狀況。

該方法首先計(jì)算危險(xiǎn)源的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)（IR）和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)（SR），然后依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)間距分區(qū)，通常以個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)為主，以社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)為輔。基于定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法同時(shí)考慮事故后果嚴(yán)重程度和事故發(fā)生概率，因此更加全面。

2  基于定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的間距設(shè)計(jì)

2.1  風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則

2.1.1  依據(jù)

GB 36894―2018《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》在《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局2014年 第13號(hào)公告）基礎(chǔ)上，對(duì)防護(hù)目標(biāo)按照使用性質(zhì)，考慮防護(hù)能力和疏散場(chǎng)景，進(jìn)行了細(xì)化分類，提出了個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)（概率值），見(jiàn)表 2。其中高敏感防護(hù)目標(biāo)、重要防護(hù)目標(biāo)與管道高后果區(qū)定義的特定場(chǎng)所較為吻合。

SY/T 7380―2017《輸氣管道高后果區(qū)完整性管理規(guī)范》提出定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則按照13號(hào)公告執(zhí)行。

GB/T 34346―2017《基于風(fēng)險(xiǎn)的油氣管道安全隱患分級(jí)導(dǎo)則》與SY/T 6859―2012《油氣輸送管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》提出的個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)并未對(duì)防護(hù)目標(biāo)分類，風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)低于13號(hào)公告。

考慮到輸氣管道輸送介質(zhì)為天然氣，屬危險(xiǎn)化學(xué)品，風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則推薦采用GB 36894―2018《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》。

2.1.2  個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)表示由于事故而導(dǎo)致特定防護(hù)目標(biāo)的個(gè)人死亡概率，詳見(jiàn)表 2。

2.1.3  社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)

社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)表示特定防護(hù)目標(biāo)多人死亡的事故累計(jì)頻率，也就是群體死亡的頻發(fā)程度。通過(guò)兩條風(fēng)險(xiǎn)分界線將社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)劃分為三個(gè)區(qū)域，即：不可接受區(qū)、盡可能降低區(qū)和可接受區(qū)，詳見(jiàn)圖 1。

圖 1 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)圖

2.2  間距初步判定

采用定量評(píng)價(jià)方法對(duì)管道沿線風(fēng)險(xiǎn)分別進(jìn)行個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)的模擬計(jì)算，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特定防護(hù)目標(biāo)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受值，初步判定管道與特定防護(hù)目標(biāo)（特定位置）的設(shè)計(jì)間距；同時(shí)輔以社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果做參考。如國(guó)內(nèi)某管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖 2、圖 3和表 3。

圖 2 國(guó)內(nèi)某管道特定位置個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)橫切圖

圖 3 國(guó)內(nèi)某管道特定位置社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線圖

3  基于失效后果的間距設(shè)計(jì)

3.1  失效后果分析

3.1.1  基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)間距設(shè)計(jì)的不確定性

相較于經(jīng)驗(yàn)取值法和基于失效后果的設(shè)計(jì)方法，基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)方法既可充分利用管道周邊土地資源，又能保證管道周邊風(fēng)險(xiǎn)可控，是目前復(fù)雜地區(qū)管道設(shè)計(jì)的常用方法。由于管道失效風(fēng)險(xiǎn)=管道失效概率×管道失效后果，而管道失效概率主要有基于歷史失效數(shù)據(jù)庫(kù)（或修正）的計(jì)算方法及基于可靠性的計(jì)算方法。考慮到管道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)所涉及的鋼管規(guī)格、制管工藝、建設(shè)年代、焊接工藝、施工隊(duì)伍、檢測(cè)水平、外部環(huán)境、防護(hù)措施等差異較大，可用的管道歷史數(shù)據(jù)、管體及焊縫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、荷載信息等獲取難度大，導(dǎo)致用這兩種方法計(jì)算的失效概率都有一定誤差，不能完全真實(shí)反映管道特定位置的失效概率。因此，目前技術(shù)水平及現(xiàn)存數(shù)據(jù)條件下，基于風(fēng)險(xiǎn)的間距設(shè)計(jì)還存在一定的不確定性。

3.1.2  法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)要求

國(guó)務(wù)院令第493號(hào)《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》規(guī)定，10人及10人以上人員死亡的重大事故、特別重大事故逐級(jí)上報(bào)至國(guó)務(wù)院安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門和負(fù)有安全生產(chǎn)監(jiān)督管理職責(zé)的有關(guān)部門。

根據(jù)GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》附錄E管道風(fēng)險(xiǎn)矩陣法失效后果等級(jí)規(guī)定，當(dāng)人員死亡≥10人，失效后果為E類。而當(dāng)失效后果為E類時(shí)，在任何失效可能性的情況下（即使最低失效概率），風(fēng)險(xiǎn)均為較高（Ⅲ）和高（Ⅳ），風(fēng)險(xiǎn)水平不可接受。

所以，從絕對(duì)后果角度看，10人及10人以上死亡事故，都屬于不可接受特定后果。

3.2  驗(yàn)算特定后果的間距設(shè)計(jì)

中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司（管道設(shè)計(jì)院）為彌補(bǔ)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中失效概率計(jì)算的不確定性，滿足法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)基本要求，提出在基于定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的間距設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增加驗(yàn)算管道失效特定后果的間距設(shè)計(jì)方法。

首先模擬計(jì)算管道周邊的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)及社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特定防護(hù)目標(biāo)可接受風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行對(duì)比，初步判定基于風(fēng)險(xiǎn)的“設(shè)計(jì)間距”；再驗(yàn)算管道發(fā)生失效事故后最多傷亡人數(shù)是否滿足“10人”特定后果準(zhǔn)則。

如果個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)或“10人”準(zhǔn)則任何一項(xiàng)結(jié)果未滿足法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)要求，則管道與建構(gòu)筑物間距不可接受，需要調(diào)整管道輸送參數(shù)或周邊建筑物分布；反之，三項(xiàng)結(jié)果均滿足才能判定油氣管道與建構(gòu)筑物間距可以接受。

同時(shí)，該方法在進(jìn)行輸氣管道失效后果分析時(shí)，主要考慮噴射火的熱輻射影響和危害后果作為度量參考。

4  結(jié)語(yǔ)

在基于管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的間距設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，提出了增加驗(yàn)算特定后果的間距設(shè)計(jì)理念，彌補(bǔ)了定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中失效概率計(jì)算的不確定性缺陷，提高了管道與建構(gòu)筑物間距設(shè)計(jì)的合理性。

作者簡(jiǎn)介：熊健，1981年生，高級(jí)工程師，中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司（管道設(shè)計(jì)院）管道完整性管理所所長(zhǎng)，現(xiàn)主要從事油氣長(zhǎng)輸管道完整性技術(shù)與管理工作。聯(lián)系方式：0316-2077470、13930630437，xiongjian1314@cnpc.com.cn，xiongjian0203@foxmail.com。