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天然氣長輸管道火災爆炸危險性分析與應對措施

文檔作者：陳永主，鄭會林，李長煒文檔來源：中石化天然氣川氣東送管道分公司			點擊數(shù)：
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石油化工設計
Petrochemical Design
天然氣長輸管道火災爆炸危險性分析與應對措施
陳永主，鄭會林，李長煒
(中石化天然氣川氣東送管道分公司，湖北宜昌443000)
摘要：天然氣長輸管道高壓力、大口徑及其里程的大幅增加，進一步提高了天然氣管道發(fā)生火災爆炸
的風險及危險性(天然氣火災爆炸的事故也屢次發(fā)生)。根據(jù)川氣東送管道管理的現(xiàn)場經(jīng)驗，分析了長輸
管道發(fā)生火災爆炸的危險性及后果，提出了在長輸天然氣管道設計、施工及運行管理過程中預防、處置火
災爆炸事故的對策及建議。如前期預防、初期探測和后期撲救；撲救天然氣火災的方法有：細水霧法和水
槍交叉滅火法。還有爆炸滅火法、化學滅火劑滅火法、綜合滅火法等。最關鍵的步驟是切斷氣源，并以控
制火勢為主，不宜將火焰直接撲滅。
關鍵詞：天然氣火災爆炸危險性應對措施火災撲救
川氣東送管道西起四川普光，東至上海，途徑
8省市，設計總長2 270 km，管徑4,1 016 mm，設計
壓力10 MPa，設計年輸量(標準狀態(tài))120×10
m 。
， 是一條東西能源大動脈，承擔著一定的社會經(jīng)
濟責任，其防火防爆的消防安全極其重要?，F(xiàn)以
川氣東送管道為例，分析其火災爆炸的危險性，并
提出在設計、施工及運行管理過程中防火防爆的
對策。
1 天然氣長輸管道火災爆炸危險性
1．1 長輸管道天然氣的特性
川氣東送管道輸送的介質為天然氣，主要成
分為甲烷，其危險特性有：1)易燃易爆性。甲烷在
空氣中的爆炸極限為5％ ～15％(體積分數(shù))，根
據(jù)GB 13690-1992(常用危險化學品的分類及標
志》¨ 描述：甲烷屬于易燃氣體，與空氣混合能形
成爆炸性混合物，遇明火、高熱會引起燃燒爆炸。
根據(jù)GB 50183-2004(石油天然氣工程設計防火
規(guī)范》 中石油天然氣火災危險性分類，天然氣火
災危險等級為甲 類，爆炸危險組別為T1、級別為
ⅡA。2)熱膨脹性。天然氣具有一定的熱膨脹性，
含有天然氣的壓力容器(管道)遇高熱有容器(管
道)開裂和爆炸的危險；3)易擴散性。天然氣的密
度比空氣小，有良好的擴散性。研究表明，高壓天
然氣管道發(fā)生泄漏，空氣中天然氣5％濃度邊界距
泄漏點最遠可達數(shù)十米，1％濃度邊界最遠可達上
百米_3~5]。因此，良好的擴散性增大了泄漏后發(fā)
生火災或爆炸的危險空間范圍，顯然危險性隨之
增大。
1．2 天然氣火災爆炸形式
1．2．1 擴散燃燒(射流火)
高壓管道內的天然氣發(fā)生泄漏，泄漏的天然
氣噴射到空氣中，在泄漏點上方形成一個天然氣
濃度向外逐漸降低的高斯煙羽模型狀區(qū)域 I4 。
泄漏點天然氣的流速可達亞音速甚至超音速，并
在遠離泄漏點方向上其流速迅速降低。泄漏的天
然氣擴散到空氣中，遇火源發(fā)生燃燒，此種燃燒為
典型的擴散燃燒。但由于火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h低于泄
漏點天然氣流速 ]，燃燒成噴射狀，在管道泄漏點
上方一定距離處形成射流火焰，近似成平截頭圓
錐體狀_4]。例如天然氣站場放空火炬燃燒，這種
燃燒火焰高，強度大，不易撲滅。
1．2。2 動力燃燒(爆炸或者爆轟)
天然氣管道或裝置一旦失效，發(fā)生泄漏，短時
間內泄漏的天然氣并未遇火源燃燒，而是很快彌
漫在管道或工藝裝置周圍，與空氣混合形成爆炸
收稿日期：2014—12—15。
作者簡介：陳永主，男，2011年畢業(yè)于中國石油大學
(華東)油氣儲運工程專業(yè)，全國注冊安全工程師，現(xiàn)
從事天然氣管道安全生產運行管理工作。聯(lián)系電話：
0717 —6262634：E —mail：chenyz．trqi@ sinopec．con
石油化工設計 2015年第4期(第32卷)
性混合氣(處在爆炸極限范圍內)，一遇到點火源，
即發(fā)生動力燃燒，表現(xiàn)為爆炸或者爆轟。天然氣
爆炸(轟)波的傳播速度可達1 000—4 000 m／
s"J
， 形成的初始沖擊波面壓力可達100—200
MPa，能對爆炸點周圍的建(構)筑物產生強烈的
機械破壞作用，當人員接觸峰值壓力超過0．075
MPa的沖擊波時，就會當場死亡_8 J。
1．3 熱傷害效應大
天然氣的熱值很高，平均達33 MJ／m ，燃燒溫
度可達2 000 oC以上。大量天然氣發(fā)生燃燒或者
爆炸，短時間內釋放大量熱量，迅速向外傳遞，會
對燃燒或爆炸點周圍一定半徑內產生巨大熱破
壞，造成人員、牲畜、建筑物的傷害。若發(fā)生火災
周圍存在其他可燃氣體、液體管道，可能引發(fā)相鄰
管道的失效破壞 ]。
1．4 容易引發(fā)管網(wǎng)連鎖爆炸
當管道內因負壓、空氣置換不徹底等原因，致
使空氣混入管道內，與天然氣形成了爆炸性混合
物，一旦引燃，即可能發(fā)生全管段的超壓物理性爆
炸。在天然氣站場內，由于管道連接著各種設備，
管道發(fā)生火災，會造成整個系統(tǒng)發(fā)生連鎖反應，事
故迅速蔓延和擴大。
2 天然氣管道火災爆炸危險點分布
天然氣長輸管道由線路(包括穿跨越、隧道
等)和站場閥室組成。川氣東送管道站場和重要
閥室基本實現(xiàn)了有人值守，而線路由于無人值守、
穿越的地區(qū)地貌多樣、氣候多變等原因，存在較大
消防安全風險，易出現(xiàn)管道破壞而天然氣泄漏，發(fā)
生火災爆炸事故。
2．1 站場閥室火災危險點分布
引發(fā)站場閥室火災事故的主要因素為站內管
道破裂、站場設備故障和設備泄漏等。
1)站內管道。站內管道彎頭較多，焊縫較多，
且部分埋于地下，通過川氣東送管道2013年站內
管道開挖驗證工程的情況來看，雖采用犧牲陽極
的陰極保護防腐措施，但腐蝕現(xiàn)象仍然存在。若
不能及時發(fā)現(xiàn)并處理腐蝕的管道，有可能導致其
腐蝕穿孑L或應力開裂，導致天然氣泄漏，引發(fā)火災
爆炸。
2)站內設備。站內設備主要有閥門、壓力容
器、壓縮機等，存在著大量的密封點。由于工藝操
作壓力較高，且有一定波動，再加上設備本身選型
或者制造缺陷，可能造成設備密封點處泄漏或者
設備本體失效，發(fā)生天然氣大量泄漏，從而引發(fā)火
災。
3)儀表?，F(xiàn)場儀表是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制
(SCADA)系統(tǒng)和緊急切斷(ESD)系統(tǒng)控制的關
鍵。當儀表故障或測量誤差過大，會造成設備誤
動作或損壞設備；而儀表本身也是密封、強度的薄
弱環(huán)節(jié)，自身易出現(xiàn)泄漏等現(xiàn)象。
4)廢氣排放。站內設備運行(如壓縮機干氣
密封系統(tǒng)就地放空)、壓力容器超壓、閥門排污或
者進行清管等作業(yè)時會排放一定量的天然氣到空
氣中，當這些廢氣與空氣混合也可能存在爆炸危
險。
5)固體廢物。由于天然氣中含有少量硫化氫
和水蒸氣，會造成管道和設備內壁腐蝕，產生硫化
亞鐵。而硫化亞鐵具有自燃性，在空氣中能迅速
氧化燃燒。清管收球作業(yè)時若不采用濕式作業(yè)，
則很有可能引燃天然氣和空氣混合物，造成火災
爆炸。
2．2 線路火災爆炸危險點分布
1)自然災害。山區(qū)、丘陵、水網(wǎng)、平原地段，地
貌多樣，氣候多變，地質水文條件復雜。管道沿線
極易發(fā)生洪汛、地面沉降、滑坡、崩塌、泥石流、雷
擊、冰凍、地震、臺風、森林火災等自然災害。
2)第三方施工破壞。管道線路長、分布廣，平
原區(qū)域人類活動頻繁，山區(qū)巡護難度大，人類活動
具有隱蔽性。
3)腐蝕。管道存在防腐缺陷，埋地管道受溫
度、化學物質、雜散電流等影響，腐蝕穿孔引發(fā)天
然氣泄漏。
3 管道天然氣火災爆炸預防及應對措施
火災預防應堅持“預防為主，防消結合”的方
針，堅持消防安全工程要與管道主體工程同時設
計、同時建設和同時投入使用的“三同時”原則。
天然氣管道防火防爆可分為前期預防、初期探測
及后期撲救等3個階段，并滲透到設計、施工建設
2015年第4期(第32卷) 陳永主等．天然氣長輸管道火災爆炸危險性分析與應對措施 ·29·
和運行管理各環(huán)節(jié)中。
3．1 前期預防
前期預防即指采用密閉輸送方式，并采用本
質安全設計消除管道內天然氣發(fā)生泄漏或者管道
內混入空氣，生產廠區(qū)使用防爆電氣設備等措施
消除火種，使得天然氣的燃燒或爆炸不具備基本
條件，從而達到防火防爆的目的。
3．1．1 設計階段
嚴格按照GB 50251-2003《輸氣管道工程設
計規(guī)范》¨。。及GB50183-2004《石油天然氣工程
設計防火規(guī)范》_2 等國家標準及行業(yè)標準進行管
道的強度設計、路由選擇、防腐處理、總平面布置
及防火防爆和防雷防靜電設計等，以達到管道本
質安全設計的要求，從設計上避免管道及設備發(fā)
生破裂失效造成天然氣泄漏。
3．1．2 施工建設階段
施工建設過程極易造成管道本體損傷等現(xiàn)
象，給投產運行期間留下隱患，所以施工建設階段
應該嚴格按照GB 50369-2006(油氣長輸管道工
程施工及驗收規(guī)范》¨ 進行施工和驗收，保證施
工質量。
3．1．3 運行管理階段
不言而喻，天然氣長輸管道自投產運行起，其
火災爆炸危險性便隨之產生，所以在管道設計和
施工的基礎上，運行管理階段在天然氣火災爆炸
預防上顯得尤為重要。以川氣東送管道為例，主
要從7個方面進行預防：
1)用火作業(yè)管理。所謂“用火作業(yè)”系指在在
具有火災爆炸危險場所內進行的施工過程，如焊
接、烘烤、切割、使用非防爆電器等。川I氣東送管
道對用火作業(yè)實行嚴格的管理，采用票證管理、分
級審批、氣體環(huán)境分析、雙崗監(jiān)護及領導帶班作業(yè)
等措施，實行“三不用火”規(guī)定(指沒有經(jīng)批準的
“用火作業(yè)許可證”不用火，防火措施不落實不用
火，用火監(jiān)護人不在現(xiàn)場不用火)，嚴格控制用火
作業(yè)的風險，從而將天然氣火災爆炸的危險性降
到最低。
2)消防管理。川氣東送管道所有站場均安裝
設置了火災報警系統(tǒng)，按標準配備了滅火器材等
消防設施，在大型站場(如壓氣站)設置消防水系
統(tǒng)，實現(xiàn)工藝裝置區(qū)、生活區(qū)消防水、滅火器全覆
蓋。同時，建立防火檔案，設置防火標志，確定火
災危險源(點)，實行嚴格的管理；結合崗位職責，
實行防火巡檢；定期對職工進行消防安全培訓；制
定滅火和應急疏散預案，定期組織消防演練等。
此外，定期對火災自動報警系統(tǒng)、消防滅火系統(tǒng)進
行日常檢查、維護保養(yǎng)和定期檢測，以確保消防系
統(tǒng)完好。
3)超限保護。超壓、超限運行有可能造成管
道、設備等失效，導致天然氣泄漏。川氣東送的壓
力管道、壓力容器上均安裝壓力安全泄放閥，一旦
超壓便自動泄放；同時通過SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)對壓
力、溫度等參數(shù)的實時監(jiān)測，具備自動聯(lián)鎖保護功
能，一旦出現(xiàn)壓力、溫度異?？刹扇〗財?、停機、放
空等動作，消除壓力、溫度超限帶來的破壞作用。
4)設備檢維修。天然氣站場所用的工業(yè)閥
門、儀表、壓力容器等設備較多，而設備本體及連
接處的動、靜密封點數(shù)量眾多，以川氣東送管道利
川壓氣站為例，其動、靜密封點達6 700之多，而所
有密封點均有存在天然氣泄漏的風險，故加強日
常巡檢的檢漏及定期對設備進行檢維修尤為重
要。川氣東送管道站場實行2 h／次的巡檢頻次，
巡檢人員隨身攜帶可燃氣體報警儀及裝有肥皂水
的噴壺，對主要設備密封點進行檢漏；每年春季及
秋季兩次對所有設備進行集中檢維修和保養(yǎng)，如
對所有閥門進行排污、注脂等，有效防止設備外
漏。
5)防雷防靜電。按照GB 50183-2004(石油
天然氣工程設計防火規(guī)范》 等標準要求，川氣東
送管道在站場、閥室等裝置區(qū)加強防雷防靜電的
防護，主要采用埋設接地網(wǎng)、安裝接地線等措施，
同時按要求每半年進行接地電阻的測試，及時整
改不合格點，保證接地保護有效。
6)防腐及檢測。管道防腐主要是采取外防腐
層保護和陰極保護相結合的措施。川氣東送加強
恒電位儀等陰保設備的運行管理和管道陰保測
試，延緩管道腐蝕速度；通過對全線管道的外防腐
層檢測及時發(fā)現(xiàn)并修補防腐層缺陷點；通過發(fā)送
漏磁和幾何內檢測器掌握管道焊接缺陷點、金屬
損傷缺陷點分布情況，及時采取措施修補，消除了
· 30· 石油化工設計 2015年第4期(第32卷)
管道缺陷帶來的天然氣泄漏的火災爆炸的隱患。
以上措施可有效延長管道使用壽命，即可降低管
道因腐蝕失效造成的天然氣泄漏及火災爆炸的危
險性。
7)線路巡護。由于長輸管道線路較長，且存
在較多危險因素，如地質災害、第三方施工、恐怖
破壞等，均有可能造成管道破壞而發(fā)生天然氣火
災爆炸事故，且從行業(yè)內事故統(tǒng)計來看，長輸天然
氣管道的火災爆炸事故多發(fā)生在線路上，所以加
強管道巡護力度，及時發(fā)現(xiàn)并制止威脅管道安全
的行為，是管道運行管理的一項必要內容。川氣
東送管道建立了管理處、巡線隊和屬地巡線員三
級管道巡護機制，執(zhí)行分段承包制度，并利用GPS
巡檢機等設備來不斷提高管道巡護到位率，以保
證及時發(fā)現(xiàn)和制止威脅管道安全的第三方施工、
地質災害等，以降低管道火災爆炸的危險性。
3．2 初期探測
天然氣燃燒或爆炸的形成必須具備3個條
件，即泄漏的天然氣、與空氣混合形成爆炸混合
氣、點火源。雖然人們無法左右空氣，但點火源可
在前期預防中控制并消除，所以此階段控制的重
點就在于泄漏天然氣的探測。有時微小的泄漏可
能引發(fā)較小的火焰，而第一時間探測到小火，并及
時撲滅，是抑制火災擴大甚至爆炸的重要環(huán)節(jié)。
因此，要求天然氣的站場、閥室在設計和建設階段
應配備火災報警系統(tǒng)，安裝可燃氣體探測報警儀
及火焰探測儀，并實現(xiàn)遠傳和聯(lián)動；在運行管理階
段，加強對火災報警系統(tǒng)的維護，定期進行測試，
確保其運行良好。
3．3 后期撲救
泄漏的天然氣一旦燃燒或爆炸引發(fā)火災，第
一時間控制火勢并設法撲滅，將大大減少其造成
的損失。因此，火災撲救的方法是否得當至關重
要。由于長輸管道天然氣的火災爆炸具有上述特
點，決定了管道天然氣火災撲救難度大，且研究起
來困難。國內外學者對天然氣射流火、井噴火災
及滅火方法進行了大量研究，提出了撲救天然氣
火災的方法，主要有：
1)細水霧法¨ ：通過一些學者的研究發(fā)
現(xiàn)，細水霧法滅火的機理主要是冷卻火焰，應用該
原理研制的滅火器材有便攜式細水霧滅火器和細
水霧滅火車等，并在實際天然氣火災撲救中得到
了應用，在控制火勢和撲滅火災上都有一定效果。
2)水槍交叉滅火法¨ ：通過多支水槍對準火
焰根部噴射，利用隔絕可燃物與火源的原理達到
滅火的目的，此種方法被利用到了氣田井噴火災
撲救上，對以射流火形式為主的管道天然氣火災
具有指導意義。
此外，還有學者提出了爆炸滅火法¨ 、化學滅
火劑滅火法¨ 、綜合滅火法等，通過研究分析和實
際應用，都取得了一定的滅火效果，對天然氣站場
的消防設計和優(yōu)化具有指導意義。但需要指出的
是，天然氣火災撲救最關鍵的步驟是切斷氣源，并
以控制火勢為主，不宜將火焰直接撲滅，因為泄漏
的天然氣不溶于水，與空氣混合，有再次燃燒爆炸
的危險，可能造成更嚴重的后果。
參考文獻：
[1] GB 13690-1992常用危險化學品的分類及標志[s]
[2] GB 50183-2004石油天然氣工程設計防火規(guī)范[s]
[3] 田靚．天然氣管道火災爆炸后果危害評價研究[D]．東營：中
國石油大學(華東)，2011．
[4] 劉富君，凌張偉，孔帥，等．天然氣管道泄漏擴散實時計算與
燃爆危害預測研究[J]．壓力容器，2010，27(10)：2l一29．
[5] 秦政先．天然氣管道泄漏擴散及爆炸數(shù)值模擬研究[D]．成
都：西南石油大學，2007．
[6] 詹姆士c．昆棣瑞．火災學基礎[M]．杜建科，王平，高亞萍，
譯．北京：化學工業(yè)出版社，2010．
[7] 周校平，張曉男．燃燒理論基礎[M]．上海：上海交通大學出
版社，2001．
[8] 郭俊，周暉．天然氣集輸管道工程的消防研究方向[J]．天然
氣與石油，2008，26(6)：65—69．
[9] 趙鑫晨．天然氣管道失效著火對相鄰管道影響研究[D]．哈
爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2013．
[10] GB 50251-2003輸氣管道工程設計規(guī)范[s]．
[11] GB 50369-2006油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范[s]．
[12] 陸嘉，廖光煊，黃成家，等．細水霧作用下氣體射流火焰熄
滅的臨界條件[J]．燃燒科學與技術，2011，17(5)：414—
418．
[13] 趙俠．應用細水霧滅火技術撲救天然氣泄漏火災方法研究
[J]．消防技術與產品信息，2013，12：37—41．
[14] 樊恒，孫承保，楊永欽，油田井噴火災及撲救措施[J]．河南
消防，199，(9)：30—31．
[15] 牟驅．天然氣井噴火災撲救法[N]．中國石油報，2002—
11—26(第4版)．

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