超高壓天然氣管網(wǎng)在城市區(qū)域安全技術研究

楊明

摘? ? 要：根據(jù)遼河油田公司總體目標，由于開采的時間過長和地層壓力的下降，多數(shù)油井產(chǎn)量逐年下降，在興古潛山塊及時開展注氣開發(fā)，是保證該區(qū)塊稀油穩(wěn)產(chǎn)乃至遼河油田稀油上產(chǎn)的重要舉措，同時隨著原油開采進入末期，該區(qū)塊可逐步建成一座大型地下儲氣庫。為了與新的開發(fā)方式相適應，非常有必要對高壓注采天然氣裝置進行工藝技術的研究，特別是擬建的高壓注采天然氣裝置位于盤錦市市區(qū)，人口密度相對密集。在此情況下建設高壓天然氣注采系統(tǒng)，最重要的還是要考慮安全因素和環(huán)境污染因素。項目設計壓力為35MPa，在此之前從未有如此高的壓力進行天然氣輸送，一旦管道泄漏，后果將不堪設想。對其安全性研究主要是泄漏和爆炸方面的研究對預防和救援都具有實際重要的意義。

關鍵詞：超高壓天然氣管道;人口密集區(qū)域;施工區(qū)域

近年遼河油田的產(chǎn)能穩(wěn)健提升，興隆臺古潛山油田作為遼河油田稀油的生產(chǎn)核心，其開發(fā)出的稀油儲藏量豐富。隨著開采的深入和地層壓力的下降，多數(shù)油井產(chǎn)量呈下降趨勢，在興古潛山塊及時開展注氣開發(fā)，是保證該區(qū)塊稀油穩(wěn)產(chǎn)，根據(jù)對遼河油田開采的發(fā)展要求，可以將此區(qū)域作為核心儲氣庫加以開發(fā)利用。油氣開采行業(yè)一直致力于如何提高產(chǎn)能與產(chǎn)量，應采用何種技術來提高油氣產(chǎn)出率?，F(xiàn)如今，世界上的油氣行業(yè)大多以采用注氣為主要的采收手段，來提高石油的產(chǎn)量。注氣驅(qū)油作為一種高效率的技術手段在北美地區(qū)已廣泛使用，也逐步被世界采油行業(yè)所接受，具有非常大的潛質(zhì)和發(fā)展前景[1]。注氣開發(fā)的發(fā)展歷史比較長久，應用廣泛，采用注氣驅(qū)油的注氣工程在全世界約有上千個。而全球注氣開采量最大的國家應屬美國，其產(chǎn)量能夠達到世界總產(chǎn)量的40%。加拿大也因為其國內(nèi)有豐富的注氣氣源，原油注氣開發(fā)應用較為廣泛[1]。

一、建設工程施工研究

以遼河油田興古7塊產(chǎn)能建設工程為依托，經(jīng)過基礎研究，現(xiàn)場試驗，確保人口密集地區(qū)注采氣系統(tǒng)建設絕對安全，同時形成循環(huán)注氣采油兼顧儲氣庫建設地面工藝技術;注入天然氣的工藝技術;采出氣的處理及工藝技術和注采系統(tǒng)、天然氣處理系統(tǒng)能量綜合利用技術;解決注采氣參數(shù)波動適應性問題;城區(qū)高壓注氣管線建設及高鋼級管材應用問題;新建設施與已建設施兼容性問題。形成循環(huán)注氣采油兼顧儲氣庫建設地面集輸工藝技術，指導地面工程總體建設。

啟動基礎研究工作，開展高壓注采天然氣裝置人口密集區(qū)域建設可行性分析，開展注氣系統(tǒng)、采出氣處理系統(tǒng)工藝模擬;論證技術可行性、投資回報合理性，形成注采工藝基礎工藝路線，為先導試驗及推廣提供理論依據(jù)和技術保障。注采氣系統(tǒng)擬建設區(qū)域位于遼寧省盤錦市興隆臺區(qū)，該區(qū)域地處市區(qū)，政治、文化、經(jīng)濟、交通發(fā)達，城市設施完善，人口密度大。在此種社會、人文條件下建設高壓天然氣集輸系統(tǒng)，安全因素尤其重要。

近年來，輸氣輸油管道泄漏事故時有發(fā)生，因自然災害等原因的影響，管道泄漏是不可避免的，雖然近些年，采取了大量安全措施，管道事故發(fā)生率有所下降，但還是頻發(fā)發(fā)生事故。本文所述管道運行壓力高達35MPa，由于壓力極大，更容易發(fā)生泄漏，特別是在人口密度高的地區(qū)，這樣的事故很容易導致嚴重的災難性后果。不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，也將給社會帶來不穩(wěn)定因素，影響社會穩(wěn)定與人民安全。

由于氣體泄漏不像液體泄漏那樣直觀，明顯，隱蔽性很強，尤其稍微的一點泄漏很難發(fā)現(xiàn)，但是泄漏事故一旦發(fā)生，其易燃，易爆的危險也會對人們的生活環(huán)境構成威脅，甚至引起社會恐慌。一些長期處于高強度運轉(zhuǎn)的天然氣管網(wǎng)其輸送的壓力隨著更大的需求壓力也在不斷的升高，一些管道正處于事故多發(fā)的初級階段，在服役管道時間長的情況下，我們應該加強對管道的保護和管道泄漏事故緊急情況的響應機制。因此對超高壓管網(wǎng)的一系列泄漏過程以及管道泄漏后的應急措施的安全研究具有重大的現(xiàn)實意義。

從超高壓天然氣管道泄漏擴散過程和可燃氣安全度實驗為出發(fā)點，因為管道的超高壓力從未在實際運用中得以實施，不確定的狀況有很多，相比常壓狀態(tài)下的管道泄漏更加難以確定。所以本文中使用流體力學軟件，直觀的模擬了埋深超高壓天然氣管道在不同風速影響下的泄漏和擴散的過程，分析泄漏天然氣在空氣中的濃度分布。通過可燃氣安全度實驗可以確定天然氣在爆炸瞬間的最大壓力根據(jù)經(jīng)驗公式可以求出傷害的最大半徑確定安全范圍，為應急搶險和人們的安全提供更多的依據(jù)。

二、施工過程中超高壓天然氣管網(wǎng)管道泄漏因素分析

無論是自然災害造成埋地天然氣管道的泄漏，還是由于管理不當、人為的破壞，或是自然腐蝕，都會造成輸氣管道的泄漏而導致爆炸的發(fā)生。腐蝕因素中電化學腐蝕是由于鋼管本身結構、土壤的物化性質(zhì)以及表面粗糙程度不同造成的不均勻，因為含氧量的不同而產(chǎn)生電化學反應，離子不斷的電離在管道外壁和內(nèi)壁發(fā)生腐蝕?；瘜W腐蝕就是天然氣中的介質(zhì)與金屬接觸而引起的反應，化學腐蝕逐漸侵蝕著天然氣管道，最后導致管道壁厚變薄。雜電流腐蝕是指鐵路、礦山、變電站、發(fā)電廠等設施的各種電氣設備漏電與接地后在土壤中形成雜散電流，造成天然氣管網(wǎng)被雜散電流覆蓋，對管道腐蝕起到了促進作用。外腐蝕主要是防腐的涂層被破壞或者是于土壤接觸。內(nèi)腐蝕主要是天然氣中的介質(zhì)所引起的。

季節(jié)的變化使地下土層發(fā)生不均勻的漲縮、升高或降低都屬于自然災害，這些自然災害導致管道沉降，管道接口處受到剪切力的破壞?？刂普疽驗闅鉁氐慕档投鴮е?lián)p壞，最后造成安全系統(tǒng)失控天然氣泄漏。

人為的破壞主要是施工破壞，例如人為的盜竊，施工設備不符合標準，操作部符合要求等。自然災害主要由于山體滑坡，地震等氣候的變化時管道發(fā)生扭曲導致管道破裂。不合法建筑物影響管道安全距離和垂直距離不夠搭建在天然氣管道上，從而使天然氣管道負載壓力，導致管道泄漏。

三、結論

埋地管道和架空管道泄漏過程區(qū)別在于架空管道的泄漏過程體現(xiàn)在泄漏氣體與周圍介質(zhì)的質(zhì)量和能量交換上，主要分為兩個過程：空氣中泄漏射流過程和在空氣中泄漏膨脹的過程;埋地天然氣管道的泄漏也分為兩部分：在管道在土壤多孔介質(zhì)中氣體泄漏過程和沖破土壤層后氣體云團泄漏過程。由于居民區(qū)的密度越來越大，架空管道一旦發(fā)生泄漏后果難以估計，大多數(shù)天然氣管道都已經(jīng)在地下輸送。所以本文不研究架空管道，研究埋地天然氣管。對于超高壓埋地天然氣管道的情況，其影響因素主要考慮到風向和速度、初始壓力、初始泄漏速度、泄漏位置、以及泄漏時間。

參考文獻：

[1]王興畏. 城市天然氣輸配管網(wǎng)水力模擬研究與實踐[D].重慶大學，2013.