成品油管道泄漏的环境风险评价(精)

成品油管道泄漏的环境风险评价马红娜李彦娥武征西安地质矿产研究所，陕西，710054【摘要】成品油管道一旦发生泄漏事故，将会对沿线河流、居民密集区以及并行管道等产生严重影响。

以长庆石化成品油外输管道为例，采用溢油覆盖水面的面积和油膜厚度作为评价指标，对成品油管道泄漏事故对地表水的影响进行定量预测，结果表明：成品油管道大规模泄漏入河时，油膜厚度中度污染，油膜面积较大，将对河流造成较严重的污染。

采用事件树法分析了成品油管道事故对与其并行的管道可能造成的影响，事故量化计算结果表明：成品油管道事故导致其并行管道出现泄漏事故的概率为1. 1×10－5，出现火灾事故的概率为3. 8×10－6。

同时提出管道泄漏的风险防范和应急措施，对该类项目环境风险评价有一定的指导作用。

【关键词】成品油管道泄漏事故风险评价一、引言管道泄漏是成品油管道最主要的事故类型之一，一旦发生泄漏事故，可能对沿线河流、居民密集区、伴行管道等产生严重影响。

以长庆石化成品油外输管道为例，对管道泄漏事故造成的环境危害进行定量风险评价，提出风险防范和应急处置措施，可为其它管道的风险评价与控制提供参考。

二、工程概况长庆石化成品油外输管道全长22km，设计输量735×104m 3/a，三管同沟敷设，分别输送0#柴油、90#汽油和93#汽油。

其中，汽油管道管径355.6mm，设计压力2MPa；柴油管道管径406.4mm，设计压力4MPa。

管道无河流穿越，采用顶混凝土套管（箱涵）和开挖等方式穿越公路11次、铁路3次，顶管穿越高填方干渠1次，沟渠小型穿越5次。

管道与庆咸原油管道伴行，沿线地貌划分为渭河一级阶地（6.8km）和一级黄土台塬（15.2km），距渭河最近距离200m，距村庄最近距离15m。

三、风险识别长庆石化成品油外输管道输送的油品具有易燃、易爆、易蒸发、易扩散、易流淌、易膨胀以及有毒等特点，管道运行过程中存在泄漏、火灾、爆炸危险等事故诱发因素。

汽油闪点－50℃，极易挥发，可形成爆炸性混合气体，泄漏后若遇明火即会引起着火或爆炸，火灾危险性为甲B类；柴油闪点65℃，在正常环境条件下，周围一般不会形成爆炸性混合气体，火灾危险性为丙A类[1]。

因此，长庆石化成品油外输管道的主要危险- 45 -物质为汽油，事故风险类型为泄漏、火灾和爆炸。

四、源项分析1. 管道典型泄漏事故及其概率分析管道常见泄漏分为两种：一是中、小孔泄漏，较小孔洞长时间持续泄漏，主要由腐蚀穿孔、管道连接处焊缝破损等引起；二是大面积泄漏，较大孔洞或完全破裂在短时间内泄漏出大量的油品，主要由外力破坏等引起。

国外一般将常见的典型泄漏孔径分为5种：针孔（孔径1mm-3mm）、微小孔（孔径3mm- 10mm）、小孔（孔径10mm-50mm）、中孔（孔径50mm-150mm）、大孔或破裂（孔径＞150mm）[2]。

管径＞150mm的管道，泄漏孔径为1mm时的泄漏概率为1.1×10－5/（m·a），全管径泄漏概率为8.8×10－8/ （m·a）[2]。

2. 油品溢油量估算依据文献[3]推荐的柏努利方程计算液体泄漏速度：水小，粘度较大，因此，溢油首先会因浮力浮于水面上；同时由于重力和表面张力的作用而在水面上形成油膜，并向四周散开，因粘结力而形成一定厚度的成片油膜，并借助风、浪、流的作用力在水面漂移扩散。

与此同时，溢油会发生一系列溶解、乳化等迁移转化反应，一旦遇到生物体、无机悬浮物或漂移至岸边，还会发生附着、吸附和沉降等变化[4] 。

（1）事故情景设定长庆石化成品油外输管道距离渭河最近为200m，沿渭河一级阶地段长度6.8km。

在该段发生破裂等大规模泄漏事故时，如不及时处理，成品油可能沿地表面扩散或遇雨水径流进入水体，造成渭河水体污染。

根据国内外溢油事故的统计分析数据，近岸固定风险源多发生小于10t的溢油事故，大规模事故泄漏比较少见。

由于长庆石化成品油外输管道无河流穿越，距地表水体有一定的距离，因此，按泄漏量的1%、5%、10%入河3个等级评价中等、重大和特别重大规模的溢油事故影响。

（2）溢油事故影响预测模型①溢油扩散模型根据Fay[5]的研究成果，在无干扰的条件下，油在水面的分散呈圆形，溢油的最大面积为：2(P -P +2rghQ L C d A 0r式中：QL 为液体泄漏速度，kg/s；Cd 为液体泄漏系数，一般取0.6-0.64；A为裂口面积，m2；ρ为泄漏液体密度，kg/m3；p为管道内压，Pa；P0为环境压力，Pa；g为重力加速度，m/s；h为裂口之上液位高度，m。

长庆石化成品油外输管道采用先进的泄漏监测系统，从发现泄漏到采取措施只需要10min的时间。

管道溢油量按最不利情况即管道断裂考虑（表1）[2]。

表1 管道风险事故溢油量泄漏孔径/mm335初始泄漏速率/（kg·s-1）3264平均泄漏速率/（kg·s-1）749.0溢油量/t449.02A max =p(R max 2=105V 0. 75式中：A max 为溢油的最大面积，m 2；V为溢油量，m3。

溢油达到最大面积之后，油膜的平均厚度为：h =V /A max式中：h为油膜平均厚度，m。

②溢油漂移模型油入水后很快扩展成油膜，然后在水流、风流作用下产生漂移，同时溢油本身扩散的等效圆油膜继续五、管道泄漏事故后果分析1. 对地表水环境的影响油品进入水体后，由于石油难溶于水，且密度比- 46 -扩散，因此，溢油污染范围就是这个不断扩大的等效圆油膜所经过的水域面积。

漂移与扩展不同，它与油量无关，漂移大小通常以油膜等效圆中心位移来判断。

油膜中心漂移速度为：v 0=v 1+v f Q式中：v0为油膜运移速度，m/s；vl 为水面流速，m/s；vf 为水面10m高处的风速，m/s；Q为风速对水流的贡献率，取经验值3%。

（3）溢油事故影响评价采用溢油覆盖水面的面积和油膜厚度作为环境污染范围和程度的评价指标（表2）。

以长庆石化成品油外输管道泄漏4.5t、22.5t和45.0t油品为例，分别计算得到3种溢油量对应的油膜面积和厚度（表3），以及油膜的漂移距离与时间的关系（表4）。

结果表明：各种溢油事故在24h内油膜最大漂移距离21.3km，4.5t溢油事故可造成油膜覆盖河流长度1.3km-3.9km，油膜厚度中度污染，油膜面积较小，影响范围不大，总体上影响较轻；22.5t溢油事故可造成油膜覆盖河流长度4.3km-12.9km，油膜厚度中度污染，油膜面积较大，影响显著；45t溢油事故可造成油膜覆盖河流长度7.2km-21.7km，油膜厚度中度污染，油膜面积很大，将造成较严重的污染。

综上所述，一旦发生较大规模的溢油事故，会对河流水质和水生生物产生较严重的污染损害，其影响将是显著和较长期的。

为了降低成品油泄漏事故对渭河的影响，建议在管道沿渭河一级阶地段末端设置快速截断阀。

表2 溢油水体污染影响程度评价指标污染程度水面油膜厚度/μm水面油膜面积/km2极重污染≥50≥100严重污染25-5050-100中度污染10-2510-50轻度污染5-105-10一般影响1-51-5轻度影响＜1＜1表3 不同泄漏量油品溢入河流事故预测结果溢油规模油膜油膜油膜油膜油膜面积厚度厚度油膜厚度/km2/μm面积/km2/μm面积/km2/μm预测数据评价轻度中度一般中度一般严重结果影响污染影响污染影响污染表4 膜漂移距离与油品溢出时间的关系溢出时间/h油膜漂移距离/km平均泄漏速度/(kg·s-1溢油量/t10.91311.521.81412.4注：河床宽度按100m -300m计。

2. 对土壤、农田的影响一般情况下，管道发生泄漏事故而成品油泄漏于地表的数量有限，如果处理及时得当，则可有效地控制对周围环境的影响。

但是，事故性成品油的大规模泄漏可影响区域生态环境，减少农作物产量或降低有机物的生物量。

最显著的危害表现为：油品粘附于枝叶，阻止植物进行光合作用，可使植物枯萎死亡；在土壤中粘附于植物根系，可阻止植物吸收水分和矿物质而死亡。

因此，成品油泄漏可能引起原生植被生态系统退化，次生植被生态系统演替，从而相应改变生态系统中各组成对应生态位的变动。

长庆石化成品油外输管道沿线地层主要为砂性土与粘性土互层，自上而下土层为：杂填土（以碎石、砖块为主，层底埋深0.30m-1.50m）、黄土状土（黄褐色，稍湿，层底埋深2.2m-7.80m）、中细砂（灰黄色，稍湿，层底埋深4.60m-14.80m）。

该管道工程采用密闭敷设方式，开挖深度1.7m，管顶覆土1.2m，若发生泄漏，主要对土壤黄土状土产生影响。

成品油在土壤内部由于重力作用沿垂直方向向地下渗透，柴油粘度较大，渗透深度有限，泄漏后覆盖表土或渗入土壤后，将堵塞土壤孔隙，使土壤板结，通透性变差，从而造成土壤长期处于缺氧还原状态，土壤养分释放慢，不能满足农作物生长发育的需要而致其死亡。

汽油可能向土壤深层迁移，甚至影响- 47 -到地下潜水。

3. 并行管道相互影响正常情况下，并行敷设的两条管道之间，只要满足相应的设计和施工规范，相互间不会产生影响。

但一旦其中一条管道发生事故，出现泄漏或火灾爆炸，则可能对其并行管道产生影响，甚至引发新的事故。

长庆石化成品油外输管道与已建庆咸原油管道并行，设前者为A管，后者为B管，采用事件树分析法，得出在A管出现事故情况下对B管可能造成的影响（图1）。

输送介质中汽油危险性大于原油，如果A管出现事故，无论是泄漏还是火灾、爆炸事故，B管均将存在泄漏、火灾两种事故风险（图1）。

初因事件系统A系统 BB管未燃烧B管燃烧A 管泄漏事故B管未燃烧B管燃烧B管泄露B管泄露事件序列50253－2003）的要求。

该管道在路由选择中基本避开了人口密集区，但在部分路段仍然距离居民区较近，一旦发生泄漏，即存在潜在的火灾爆炸危害。

在环境风险重点防范路段，一旦发生泄漏，应对附近居民或公路实行明火管制，并将影响范围内的有关人员迅速撤离。

六、风险防范与泄漏应急措施1. 风险防范措施（1）设立管道标志，在公路、铁路、沟道等穿越点设置的标志应清楚、明确。

加强管道巡检，防止人为破坏。

严禁在管道上方及近旁动土开挖和修建建筑物，除农业种植外，不得在管道上方或近旁从事其它生产活动。

管道建成营运后，要提高操作人员的素质和管理水平，防止或减少事故风险的发生，确保管道的正常运行。

（2）定期测量管道壁厚，及时更换管壁严重减薄管段，避免发生爆管事故。

（3）对并行管道和人口密集区加大巡线频率，B管未断裂A管泄漏未燃烧A管火灾事故A管爆炸事故B管断裂B管泄露B管燃烧提高巡线的有效性，及时制止对管道安全有影响的行为，采取相应措施并向上级报告。