从安全角度对城市燃气工程设计、施工、制造及运行维护的几点建议

作者：吴立斌徐文兵　来源：四川石油天然气建设工程有限责任公司　评论：　更新日期：2013年09月03日

摘要：通过多年来对燃气工程安全事故的总结，结合一些典型案例，分析了事故原因，从安全角度对今后城市燃气的设计、制造、施工及运行维护等方面提出几点建议。

关键词：安全；设计；制造；施工；运行维护

1、前言
二十一世纪是天然气发展的新世纪，世界将在天然气行业迎来空前的发展。在我国，随着西气东输、一批LNG项目的建成和西气东输复线、川气东送的上马，国内的天然气网络构造建日渐完善，城市燃气建设也随之空前繁荣，天然气利用也将得到快速发展，截至2005年，我国城市的燃气普及率达到了92％，燃气在改善我国城市环境、提高居民生活水平、加速城市现代化建设等方面发挥积极的作用。

然而，随着燃气网络规模的扩大和用户群体的增加，燃气事故也愈加频繁，统计表明燃气爆炸的事故数与燃气用户和燃气消耗几乎成正比，图1为英国燃气爆炸事故随燃气用量增加的统计曲线^[1]。据统计，我国每年发生燃气管线事故平均逾万起，造成直接经济损失上亿元。在这些事故中，大多数是受第三方损害、此外还有腐蚀、设计、施工、误操作及维护等方面的原因。以某地区1994年到2003年以来共发生造成人身伤害的管道事故为例，该市9年间共发生压力管道事故112起，造成死亡299人，受伤844人，直接经济损失7869.27万元。表1列出了1994年到2003年造成人身伤害的压力管道事故统计情况。

表1

年度	事故起数	死亡人数	受伤人数	直接经济损失(万元)
1994	8	57	149	2304
1995	13	54	128	3500
1996	10	49	99	1064
1997	10	28	55	/
1998	21	26	149	207.97
1999	9	16	157	321.48
2001	10	21	46	75.6
2002	16	33	33	102.9
2003	15	15	28	293.3
合计	112	299	844	7869.27

根据对上述事故原因的分析，事故原因主要有设计、制造、施工、管理不善、腐蚀等方面的原因(各种事故原因所占比例见表2)。

表2

事故分类	事故起数	百分比(%)	原因
设计原因	23	11.5	选材不当；阀门、管件选型不合理；应力分析失误;系统设施布置不合理等
制造原因	55	27.5	制造质量低劣；管材本身缺陷；焊接结构缺陷；表面加工粗糙；密封性能差，引起泄漏
施工原因	36	18.0	焊接质量低劣,防腐质量差,补伤不到位，不按图施工，覆土厚度不够、管沟底部不平整
管理不善	65	32.5	第三方损害、误操作、违章操作；不按规定进行定期检验等
腐蚀	21	10.5	防腐措施不善、错用材料致使腐蚀速度加快
总计	200	100

从国家安全监督管理局通报的2005年1—12月全国安全生产各类伤亡事故情况表(统计数)中，交通、矿难事故位居前列，燃气事故数据没有单独罗列。但是，由于燃气自身可燃气性、毒害性，很容易导致火灾、爆炸和中毒，与交通、煤矿安全事故相比具有扩散性、更大的破坏性。可见,安全是燃气工程投运到终结必须高度重视的问题。英国管道风险评价专家Muhlbauer提出了风险评分方法，是近年兴起且受到广泛重视的一种方法，是目前最为完善、系统的方法。它将天然气管道风险按第三方破坏、腐蚀、设计方面因素、操作因素四大类逐一评分来进行评估和预防。

    管道投产至终结，其事故一般都遵循浴盆曲线(其横坐标为年限，纵坐标为事故率，其单位为事故次数/km a,曲线呈浴盆横断面形状，故此得名)，上图是事故发生率的一条著名曲线一浴盆曲线。对于燃气管道、设备及装置系统来说，均有一个很高的初始期事故发生率，投产初期，设计、施工、钢管、设备等诸多方面的不足均暴露出来，事故率较高，通常为2年，曲线的这一部分被称为初期失效阶段或幼年期。随着这些缺陷的消除，事故率下降到较低水平，事故发生率的一个较小的恒定的区域，可以保持35~40年平稳期。随着使用期的增长，设备磨损，事故几率开始增大，如腐蚀、系统老化等原因，事故率又呈上升趋势，称为老年期^[2]。现将这些因素分解到设计、制造、施工、运行维护中去，接合典型案例，对今后燃气行业的发展作几点建议。
2、事故案例、原因分析及建议
    2.1 设计阶段
    2.1.1 案例
    西气东输首站--克拉2气田中央处理厂--天然气处理装置于2005年6月3日突然爆炸起火，造成2人死亡、供气停止。经中石油、新疆安全生产监督管理局等部门组成的调查组连日核查,认定出事装置存在制造缺陷、从而诱发事故。事故原因之一就是设计选材不当，设计单位低温分离器的设计，在材料选用上对低温分离器复材和基材两种材料制造工艺了解不够，导致制造过程中基材产生一定程度的脆化。
    2.1.2 管道及管件选材
    克拉2气田中央处理厂天然气处理装置事故原因之一就有设计对材料选择上的不了解。燃气输配系统中管材、管件及设备的选择和制造非常关键，尽量选择成熟工艺和材料，如工艺需要采用新工艺、新材料，要考虑新材料是否满足目前制管制造条件，需要对新型材料的力学性能和工况环境的适应性作大量的模拟试验和深入研究,新材料的运用和新工艺的设计需要成立专门的组织来审查和分析，以对其有正确的评价和定位。如果国内没有成熟的设计经验，可以从国外引进技术。
    2.1.2 安全系数
    安全系数根本的目的是保证系统的平稳运行，避免事故和损失。城镇燃气是一个系统工程，从单纯的输配管网到具有调压、调峰功能的站场，燃气的易燃易爆和有毒，决定了其风险无处不在。
    尽管各种相关规范中对安全系数已有规定，但要把握一个合理的安全系数并不容易，系数过大投资增加太多，系数过小潜在风险增大。对于管道系统，增加额外的管壁厚厚度来提供防腐的保护及预防外部伤害的防护;对于场站系统，增加备用装置及可靠的防护方案来保证其稳定运行。无论是管线还是场站的泄漏或爆炸，都对生命财产及环境污染具有重大危害，特别是站场一旦发生爆炸，将波及周围，破坏成片，无疑是在城区引爆了定时炸弹。在以往的输气站场爆炸事故中，曾有爆炸发生后控制电缆被炸断，截断阀门无法关闭的情况，导致大量天然气泄漏，造成环境污染和中毒事件发生。