自然灾害对天然气管道的危害

管道距离越长,其通过的地质条件就越复杂。管道沿线可能对管道造成危害的自然灾害主要有地震、崩塌和滑坡、泥石流、采空塌陷、冲蚀坍岸、风蚀沙埋、洪水、冻土、大风、软土、盐渍土、岩溶塌陷、雷电等。其中地震、洪水、崩塌和滑坡、泥石流、冲蚀坍岸、岩溶塌陷、风蚀沙埋对管道安全影响较大。

7.1.1　常见自燃灾害对天然气管道的危害

1)地震

地震是地壳运动的一种表现,虽然发生频率低,但因目前尚无法准确预报,具有突发的性质,一旦发生,财产和环境损失十分严重。地震产生地面竖向与横向震动,可导致地面开裂、裂缝、塌陷,还可引发火灾、滑坡等次生灾害。其对管道工程的危害主要表现在可使管道位移、开裂、折弯,还可破坏站场设施,导致水、电、通讯线路中断,引发更为严重的次生灾害。

管道在不同地震烈度场中的行为特征见表7.1。

表7.1　管道在不同地震烈度场中的行为特征

2)洪水

我国西部河流大多为内陆流河,河流以高山的融雪和大气降水为水源,具有落差大、暴雨洪水洪峰流量比平均流量大几倍甚至几十倍的特点。一般来讲,山区降水量多余平原区,且山区降雨量是平原区的5～6倍,降雨是洪水形成的根源。雨季有较大降雨,可在短时间内形成洪水径流,流速急、涨落猛,夹杂大量石头泥沙,并易形成泥石流,对穿越河流的管道具有一定的威胁,特别是布设在弯曲河段凹岸一侧的管道可能会因沟岸的坍塌而被暴露出来,甚至发生悬空和变形。在低山沟谷、山前冲积平原出山口及山间洼地中的冲沟、冲沟汇流处,降水形式常以暴雨为主,河沟洪水夹带泥沙,形成特有的暴雨洪流危害,造成冲刷破坏,并具有短时间内破坏建筑设施、道路工程、管道工程设施等危害。这些地段河流落差大,河床不稳定,下切速度快,很容易对管道造成威胁。如新疆的鄯—乌输气管道从白杨河穿越,前一年秋天做的过水面在第二年五月已下切了1.5 m；1996年白杨河突发洪水将建设中的鄯—乌输气管道冲断。

3)崩塌和滑坡

地质构造活动强烈地区,岩石松散破碎,地形变化较大,易形成崩塌和滑坡,若有天然气管道经过,管道建设和运营安全可能受到影响。如西气东输管道经过新疆某区域时,管道在山谷中穿行,地表风化作用强烈,地质环境脆弱,管道线位选择余地小,紧靠山体斜坡敷设；该地段地形陡峻,两侧基岩坡角较大,一般大于40°,最大能达到60°,崩塌、滑坡危险地段长达几十千米。

4)泥石流

例如西部地区发育规模较大的冲沟,冲沟中松散堆积物丰富,坡积物较厚,成为潜在泥石流隐患,一旦遇到突发性的强降水过程,存在发生泥石流的可能性。

5)冲蚀塌岸

冲蚀是在地表水的动力作用下,地表、冲沟或河床中的碎屑物被搬运,造成河床和岸坡磨蚀的现象。塌岸主要指冲刷作用造成河岸或冲沟岸坡的坍塌现象。

6)风蚀沙埋

风蚀常与沙漠和砾漠化（戈壁滩)相伴出现,风蚀作用表现为风力及其夹带的沙石对障碍物产生巨大的冲击和磨蚀作用,引起障碍物损坏。随风移动的粉细沙常常在低洼地沉积下来,形成移动沙丘、沙垄等,容易造成低洼处被沙淤埋或填平,成为沙埋灾害。

7)煤矿采空塌陷和自燃

如管道经过煤矿采矿区域：该区域矿井分布密集,形成采空塌陷区域,同时还存在未塌陷的地下采空区,在管道施工和运营过程中有产生塌陷和不均匀沉降的危险,对管道造成破坏；同时煤层的自燃现象也会危及管道的安全。

8)冻土

季节性冻土对管道危害主要是冻胀。地基土的冻胀可使管道中应力发生变化,严重时将影响管道安全使用。多年冻土对管道的危害主要是融沉。局部不均匀融沉可使管道应力发生改变,影响管道安全。

9)地震与沙土液化

饱和沙土在地震力作用下,受到强烈振动后土粒会处于悬浮状态,导致土体丧失抗剪切强度进而地基失效的现象,称之为地震液化。地震液化是一种典型的突发性地质灾害,它是饱和沙土和低塑性粉土与地震力相互作用的结果,一般发生在Ⅷ—Ⅸ度的高地震烈度场内。

10)岩溶地面塌陷

岩溶地面塌陷是岩溶分布区内普遍发育的一种危害很大的自然现象,是在地下水动力条件急剧变化的状态下,由发育于溶洞之上的土洞往上发展,洞顶上覆土层逐渐变薄,抗塌陷力不断减弱,当接近或超过极限的情况下而诱发地面塌陷。

11)盐渍土

盐渍土对管道有腐蚀性,对混凝土钢结构具中等—强腐蚀性。盐渍土的主要危害是其中的Cl-1、SO-24腐蚀金属管道,缩短管道寿命。盐渍土的另一危害是地表土体中的大量无机盐在水的作用下可以发生积聚或结晶,体积变大造成地表发生膨胀变形,形成盐胀灾害；当大量易溶盐类在降水或地表流水作用下被溶解带走时,常会出现地基溶陷现象。

12)雷电

管道架空部分和地面部分（如跨越管段、站场管道和工艺设施),相对于整个埋地管道而言都是优良的接闪器,在附近空中有云存在的情况下可能形成一个感应电荷中心,从而遭受直击雷的威胁。管道不仅会感应正雷,还会感应负雷。正雷和负雷对管道,特别是对阴极保护设备的运行存在着不同程度的影响。当管道上空形成雷云时,其下面大面积形成一个静电场,埋地管道也同大地一样表面感应出相反的电荷,当电荷积聚到一定程度而又具备了放电条件时,会出现一次强烈的放电过程。但是,由于三层PE优良的绝缘性能,管道电荷的泄放速度很慢,一旦发生管道局部的放电,管道内形成一股强大的电流（涌浪)。对于绝缘性能很好的管道,这种涌浪在管道或接触不良的部位产生高压,引起第二次放电。

7.1.2　地震灾害对天然气设备的危害

地震是地球内部突然发生的一系列弹性波。地震发生时,从有震感到强烈震动,大约需要几秒到几十秒的时间,地震时除了因强烈震动而直接导致建筑物倒塌、电线折断、容器管道破裂、引起火灾爆炸之外,还可能伴随出现地面隆起和下沉、滑坡断层、地裂,甚至山崩、海啸等现象,从而造成重大财产损失和人员伤亡。

我国是一个多地震国家,地震灾害严重。很多油气田位于地震带之上或其附近,对油气田安全构成严重威胁。对石油天然气生产来说,地震会造成钻机倾覆、油气井毁坏、储罐开裂或倾覆、管道及阀件断裂,以及塔内容器倾斜或损坏等震害。其中储罐、管道及各种大型容器均属于高柔性设备,且多为集中布置,被输送、加工的又是石油和天然气等易燃易爆物品,因此,地震时不仅损坏率高,同时还可能伴随着发生火灾、爆炸等严重的二次事故。

①地震灾害对石油、天然气设备设施主要的危害表现在：

a.对油气储罐的震害：由于储罐具有容积大、罐壁薄、数量多、布置集中等特点,震害比较复杂,影响范围较大。

b.对油、气、水管道的震害：油、气、水管道在油气田内纵横交错,管道规格多,类型及设置情况复杂。管道一旦遭到破坏,直接影响到生产和居民生活。

c.对油气厂矿的震害：一般情况下,油气厂矿有很多原油罐、储气罐、各种加热炉、塔、器以及管网系统。地震主要是造成罐、管线损坏,对其他设施也有很大程度的破坏,甚至会造成倒塌、转动。

d.对油气井的震害：地震时,在波及区内的油气井会发生套管变形、断裂、井口错位、井架歪斜等灾害。

②地震灾害对石油天然气勘探开发来说,主要有以下特点：

a.损失严重：这是由于油气作业场所偏僻、人员相对集中、设备设施昂贵、生产环节联系紧密等原因造成。

b.次生灾害突出：主要是因为油气田生产、储存、输送的易燃易爆和有毒物质较多。

c.污染范围较大：油气作业涉及的物质具有强扩散性,对周围居民和环境会造成很严重的影响。

从燃气行业角度来看,随着我国西气东输的实施,城市燃气管道化已经比较普及,天然气、液化气、人工煤气、沼气等燃气管道网络在我国迅猛发展,这对于提高经济效益,减少城市大气污染,方便居民生活等等各方面都带来好处。但随之而来的由地震灾害引起的各类安全问题也给人们带来了深深的忧虑。例如四川汶川地震造成房屋、道路等地上建筑的严重毁坏,地下管线的损害程度预计也十分严重。

在我国,采用管道方式供气的主要气源是天然气、人工煤气、液化气。这种方式通常由管道、门站、高压站、调压装置及管道上的附属设备组成管网体系。由于管道属隐蔽工程,随着时间的推移、地壳的变化、环境的影响,尤其是当地震发生时,产生的破坏力会使燃气管道断裂,使燃气发生泄漏,遇到明火即会发生爆炸,造成严重的次生灾害。