油气储运安全技术进展研究.pdf

第 4 4卷 第 8期 2 0 1 5 年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V O ] ． 4 4． N 0 ． 8 A u g u s t ，2 0 1 5 油气储运安全技术进展研究 周 雪 静 中国石油大学 北京 ， 北京 1 0 2 2 4 9 摘 要 石油与天然气属于易燃易爆化学品，储运难度大。油气储运安全事故频发 ，对安全技术的要求 也越来越高。近几年来 ，油气储运工作者不断探索研究，安全技术得到发展。在阅读文献的基础上 ，归纳油气 储运安全技术的进展。首先分析了油气储运安全现状，提出对安全技术的迫切需求，然后从管道和站场两个方 面进展详细介绍了近几年来安全技术的进展 ，最后提出未来几年的探索方向。 关键词油气储运；安全技术；管道；站场 中图分类号T E 8 8 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 50 8 1 8 6 5 0 3 Re s e a r c h Pr o g r e s s i n Se c ur i t y Te c hn o l o g i e s o f Oi l a nd Ga s S t o r a g e a nd Tr a ns po r t a t i o n Z HOUXu e - j i n g C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m Be i j i n g ， B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Oi l a n d g a s b e l o n g t o fla mma b l e a n d e x p l o s i v e c h e mi c a l s ． a n d 1 t l S d i f n c u l t t o s t o r e a n d t r an s p o r t t h e m． T h e fre qu e nt s af e t y a c c i de n t s l e a d t o t he h i g he r de ma n d f or s e c ur i t y t e c hno l o g y of oi l a n d ga s s t o r a g e an d t r a ns po r t a t i o n．I n r e c e n t y e a r s ， t h e s e c u r i t y t e c h n o l o g y h a s g o t f a s t d e v e l o p me n t t h r o u g h e x p e rt s ’ i n d e p t h s t u d y o n r e l e v a n t t e c h n o l o g i e s ． I n t h i s p a p e r ,r e s e a r c h p r o g r e s s i n s e c u r i t y t e c h n o l o g i e s o f t h e s t o r a g e an d t r a n s p o r t a t i o n o f o i l a n d g a s wa s s u mm a riz e d ． F i r s t l y , t h e p r e s e n t s e c u r i t y s i t u a t i o n o f t h e s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n o f o i l a n d g a s wa s an a l y z e d ， an d t h e u r g e n t d e ma n d for t h e s e c u r i t y t e c h n o l o g y wa s p u t f o r wa r d ．T h e n t h e p r o g r e s s i n t h e s e c u r i ty t e c h n o l o g y wa s i n t r o d u c e d fro m t wo a s p e c t s o f p i p e l i n e and s t a t i o n ． F i n a l l y , r e s e a r c h d i r e c t i o n o f t h e s e c u r i ty t e c h n o l o g y i n f u tur e wa s di s c us s e d． Ke y wo r d s S t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n o f o i l a n d g a s ； S e c u r i ty t e c hn o l o gy ； Pi p e l i n e ； S t a t i o n 随着国民经济的快速发展 ，国家对于石油和天 然气的需求量逐渐升高。 我国在 1 9 9 6 年 由石油 出口 国变成 了石油进 口国， 截至 2 0 1 3年 6月 ， 我国已建 成天然气管道将近 6万 k m，原油管道 2 ． 6万 k m， 成品油管道 2万 k m， 形成 了横跨东西、 纵贯南北的 油气管网。但是油气储运的迅速发展却带来了频发 的油气安全事故 ，据统计 ，我 国的油气储运管道事 故率平均为 3 次／ 1 0 0 0 k m a ，而美国仅为 0 ． 5 次／ 1 0 0 0 k m a ，欧洲甚至为 0 ． 2 6次／ 1 0 0 0 k m a ⋯ 。 安全问题受到越来越多人的关注。而近几年发生的 “ 1 1 2 2 ” 青 岛管道爆炸事故再一次将人们的 目光聚 焦到油气储运的安全问题上。 石油与天然气属于易燃易爆的化学 品，挥发性 很强 ，储运难度大 。一旦出现事故 ，小则破坏财产 安全 ，大则危害生命安全 】 。 目前石 油天然气在储 存和运输的过程中还存在很多 的安全问题 ，包括管 道爆炸 ，管道泄漏 ，油气管线被违章 占压 ，安全设 施不完善 ，安全监测不到位 ，自然灾害的破坏等p 。 面对这些问题，我们要依靠先进的科学技术，不断 探索研究，保证油气管道运行安全的同时，也是保 护我们 自己的安全 。近几年来 ，油气储运工作者也 在不断摸索，安全技术也得到了很好的发展， 并应 用于生产 。本文将从管道和站场两个方面来谈谈近 几年来油气储运安全技术的新进展。 1 管道安全技术 管道设计首先要符合 输油管道工程设计规范 输气管道工程设计规范等国家规范的要求。 1 ． 1 基于应变设计方法的应用 近几年我国 的油气管道技术应用 了先进 的设 计技术 ，引入基于应变 的设计方法 。传统的基 于 应力 的管道强度设计方法是一种弹性设计 ，适用于 在内压、温差等以力为控制参量的载荷作用下的情 形 ，这种设计方法是建立在限制管壁环向应力的 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 6 0 6 作者简介 周雪静 1 9 9 0 一 ，女，河北保定人，在读硕士生，2 0 1 3年毕业于 中国石油大学 北京 油气储运工程专业，研究方向油气管道工 艺技术研究。E -m a i l z h o u x u e j 1 n g 2 0 O 9 1 6 3 ． c o rn 。 1 8 6 6 当 代 化 工 2 0 1 5年 8月 基础上 ，并且广泛应用于管道的设计 。但是随着极 限状态设计观念的引进，明确了管线的失效方式。 新材料的发展使得材料脆性行为和相关的失效模式 几乎可以避免 ，但是变形失效模式 ，如地震和地质 灾害引发的管道失效引起了人们的重视。于是研发 出了基于应变的管道设计方法。 我国在 2 0 0 4年引入 了基于应变 的管道设计 方法 ，它是一种塑性设计 ， 这种设计方法一般适用于发生重大地质灾害时，作 用于管道上的载荷以位移为控制参量的情况 。基 于应变的设计方法应满足 e ≤ s ，其 中 s 表示设计应变 ； 表示设计系数 ；￡ 表示许用应变。 我 国的管道建设面临着各种各样的地质环境 ， 比如松散黏土地区，不能集结成岩石；黄土层，在 湿透之后会崩塌。同时还面临着地震、滑坡、泥石 流等地质灾害的威胁和越来越多海底管道敷设 的任 务。这些情形都适合使用基于应变的设计方法，它 利用了管材的塑性变形能力 ，并且也能保证结构的 稳定。 目前这种方法已经应用在某些管道项 目上 ， 随着技术的成熟， 基于应力的设计方法和基于应变 的设计方法相结合， 更能保障我国管道建设的安全。 1 - 2 阴极保 护技术的应用 近几年来 ， 输油气管道都在使用阴极保护措施。 阴极保护是一种利用电化学腐蚀原理对管道进行保 护的技术。阴极保护的原理是给金属补充大量的 电子 ，使管道整体处于电子过剩的状态 ，从而使管 道表面各点达到同一负电位 。阴阳极之间有电流通 过 ，会加速 阳极的腐蚀 ，并且抑制阴极 的腐蚀 。 文献f 8 ] 通过实验和数值研究论证了阴极保护对于 管道防腐的有效性，作者开发了一个有限元数值模 型来模拟管道在电流密度上的潜在缺陷 ，然后确定 了阴极保护下缺陷内的电位分布 ，得到了阴极保护 对于管道缺陷的有效性保护 的结论 ，而且导出了计 算腐蚀缺陷的经验方程，为准确评估管道的腐蚀余 量和剩余寿命提供了依据。笔者认为阴极保护的作 用 已经得到了理论与实践的验证 ，广泛应用于管道 的运行可 以保障安全。 1 ． 3 管道安全监测技术的应用 由于油气管道距离长 ，分布广 ，不可能任何一 处都有人看守，但石油和天然气需要一个 2 4 h工作 的监控系统。油气储运安全监测主要利用的是网络 化数字技术 ，对油气输送管道进行安全 自动监测 ， 这样就解决了管道出现问题却不能得到及时解决的 问题。 安全监测方法一般分为两种 直接监测和间接 监测 。直接监测是指通过监测管道表面泄漏痕迹和 扩散气味等来发现问题 。间接监测则是通过监测流 量 、压力等运输条件的变化来发现问题 。安全监测 系统一般具有视频实时监控功能、报警联动功能、 流量分析功能和压力分析功能 ，可 以对管道参数进 行多点实时动态监测 ，同时进行外部视频监测 ，内 部流量监测 ，而且该监测系统有较强的数字抗干扰 能力 ，一旦出现流量 、压力等的异常 ，工作人员则 能立刻发现并采取有效措施 。 目前 国际上发展了包括非光纤型和基于光纤的 多种监测技术 ，包括视频监控 、光纤传感 、基于电 的声学传感等类型，多是根据传感技术进行精密的 检测。 文献 [ 9 ] 设计和研究了一种新颖的光纤光栅 传感器 ，通过测量 圆周应变来得到结果。这种技术 的应用可以用来评估管道是否变薄和监测管道是否 泄漏 。另外 ，这种传感器的灵敏度还可 以根据T程 的实 际情况来调整。安全监测的一个重要方面就是 监测管道的泄漏隋况，Y u Z h a n g 等 。 嗵过设计动态 压力变送器进行长输管道的泄漏监测 。控制室及时 获得动态压力信号，管道泄漏的微小压力变化也很 容易捕捉到 ，普通 的静态压力变送器定位精度和灵 敏度都有限，通过初步的仿真结果可知动态变送器 可以获取更多 的压力波动。 对于油气管道进行实时安全监测 ，是确保储运 安全 的一项重要措施 ，目前 国际上发展的多种监测 手段并用，同时保障管道的安全。 2 站场安全技术 油气站场的特点是设备多且复杂，占地面积集 中。它的安全技术设计首先要遵守 石油库设计规 范等国家规范的规定。为了保障安全，站址多选 在地势平缓 、开阔的地方 ，并且尽量避开人工填土 等地势较差的地带。 2 ． 1 站场消防安全技术的应用 油气站场最主要 的安全 问题就是 消防设计 是 否合格。我国站场消防系统一般采用冷却水泵 、泡 沫供水泵 ，管网单独设置 。设计按照 “ 预防为主 ． 防消结合 ”的消防方针 ，主要是通过储罐固定式冷 却水喷淋装置和固定低倍数泡沫灭火装置为站场提 供消防保护。一旦出现火情，可及时扑灭，并且该 消防系统设置了火灾 自动报警系统 ，消防管网的控 制阀均可以采用远程进行控制 。国内消防系统的优 点是安全性高，投资设备省，而且操作方便。 而 国外 的消 防系统采用 冷却水 泵 、泡沫供水 第 4 4卷第 8期 周雪静油气储运安全技术进展研究 l 8 6 7 泵 ，管 网合并设置 。此种方法需要 的消防泵台数 比 较少 ，管网设置简单 ，而且泡沫管线较短 ，试运行 之后 ， 清理管线很方便。 但是它 的缺点是安全性低 ， 灭火反应时间无保证。笔者认为 ，消防过程安全最 重要 ，我国的方法更适合我国的生产活动。 不管是 国内还是 国外都需要用 到泡沫灭火装 置。文献 [ 1 2 ] 详细介绍了压缩空气泡沫系统，这 种系统与低倍数泡沫灭火系统在宏观参数和微观参 数上均有不同，根据规范可以确定该泡沫罐的壳体 厚度 、罐底 的厚度 、水 和泡沫 的供应强度等信息。 然后其通过小规模 的模 型试验检验压缩空气泡沫系 统的灭火效果 。最终得 到的结论是泡沫罐可以承受 火焰辐射 ，压缩空气泡沫灭火系统可以应用于储罐 灭火 ，可以用 中间层效果理论解释燃料液面高时出 现火舌 ，燃料液面低时出现球形火焰的现象。笔者 认为 ，这是对消防设计 中泡沫灭火装置的一个升级 探索， 虽然没有大规模应用， 但是模拟了灭火效果， 有利于更好 的改进 。 2 ． 2 软质储罐的应用 近几年来，随着科技的发展，软质装备成为了 油气储运的新方式 ，软质储罐则是油库区的新型装 备” 。它是一种可以折叠的软体容器 ，其材料强度 高 ，耐刺穿 ，抗撕裂 ，具有罐体密封性能好 ，力学 性能好 ，装卸运输方便等优点 ，它的重量仅为同容 量钢质油罐的 1 0 ％。由于它的安全系数大 ，成为了 储存油气的新途径 。 2 ． 3 地下水封油库技术的应用 地下储油库被认为是相对于储罐来说更安全的 储存技术 。地下水封油库安全且储存量大 ，很多国 家都建了规模约为 3 0 0万 I n 以上的地下水封原油 库 。世界上库容最大的为韩国丽水的地下油库 ， 总 库容达到 7 9 0万 m 。 地下水封油库就是在地下水位以下的人工凿岩 洞 内，利用水封作用进行油品的储存 。由于静水压 力大于储油的静压力 ，油品被密封 。若想很好的 利用水封油库 ，必须了解地下水位的动态变化 。文 献[ 1 5 l 1黄岛地下水封油库的地质条件为依据 ，采 用非饱和非恒定流数值分析方法 ，对地下水封油库 在施工期和运行期的地下水位工况进行了数值仿真 模拟 ，得到的结果表明地下水位受岩体渗透系数 、 洞穴开挖方式和运行方式的影响。笔者认为 ，地下 水封油库最大的优势就是它的安全性高，据研究， 建地下储油库可以使地震减低 1 。 左右。目前还没有 关于地下储油库的事故报道 。在我国已经实施的国 家二期石油战略储备计划中，地下水封洞库已经列 入其 中，可见其在我国具有很好的发展前景。 3 结束语 在可预期的未来几十年的中国发展中，对于油 气资源的需求仍会增长，油气储运的发展也必然向 着运用高新技术 ，实现安全生产的方向发展。目前 油气储运安全技术需要研究的方面还有很多 ，比如 油气管线及站场的风险评价技术，含缺陷管道的适 用性评价技术 ， 油气管线及场站的完整性管理技术 ， 管道地质灾害 的防控技术 ，大型油库或者油罐的安 全问题等。 我们要充分利用和提高已有的安全技术， 并充分开发新 的技术解决新的挑战。 参考文献 [ 1 ] 王效东，黄坤， 朱小华，等．油气管道泄漏检测技术发展现状【 J 】 l 管道技术与设备， 2 0 0 8 1 2 4 2 6 ． [ 2] 钟青刚． 论油气储运管道建设存在的问题及对策研究f J 1 ．化‘ 苷 理 ， 2 0 1 32 0 6 1 6 1 ． [ 3 ] 单世辉，王贺明， 韩建军．石油储运的安全技术研究『 J 1 ．中国石油 和化工标准与质量， 2 0 1 1 ， 3 1 1 2 0 9 0 ． [ 4] 王卫国． 论油气战略通道建设与储运安全保障技术[ J 1 l 石油规划 设计， 2 0 1 3 ， 2 4 4 1 - 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3 8 9． [ 1 1 ]陶贤文，王丽荣．国内外石油天然气站场消防管网设置方式探讨 阴．工业用水与废水， 2 0 1 2 ， 4 3 3 8 1 8 4 ． [ 1 2] F u X ， B a o Z ， C h e n T ， e t a 1 ． A p p l i c a t i o n o f c o m p r e s s e d a i r f o a m s y s t e m i n e x t i n g u i s h in g o i l t a n k fi r e a n d m i d d l e l a y e r e f f e c t [ J ] ．P r o c e d i a En g i n e e rin g ， 2 01 2 ， 4 5 6 6 9 6 7 3 ． [ 1 3] 刘敏， 时微微．技术创新推动油气储运发展l J 1．民营科技，2 0 1 2 1 1 6 - 1 6 ． [ 1 4] 王梦恕，杨会军．地下水封岩洞油库设计， 施工的基本原则Ⅲ．中 国工程科学， 2 0 0 8 ， 1 O 4 1 1 - 1 6 ． [ 1 5] 蒋中明， 冯树荣，曾铃，等．水封油库地下水位动态变化特性数值 研究册． 岩土工程学报， 2 0 1 1 ， 3 3 1 1 1 7 8 0 1 7 8 5 ．