我国山区油气管道安全风险现状浅析
文/邵奇
近年来，我国油气输送管道发展十分迅速，在能源安全保供方面发挥了积极作用。尤其是国家管网集团的成立，加快了我国油气管网的改革进程，随着长输管道建设规模的不断扩大，管道的运行风险也受到更多学者的关注。山区油气管道的建设与运行面临着地理环境复杂、地质条件变化剧烈等风险，给管道安全平稳高效运行带来了极大困难和挑战。
我国是一个多山国家，大部分长距离油气管道途经山区。相比于平原管道，山区管道的建设与运行面临着地理环境复杂、地质条件变化剧烈等风险，给长输油气管道从设计施工到管线试压、投产运行等各阶段都带来了极大的困难和不便。保证地形起伏大、落差大的山区油气管道工程设计建设质量和安全高效平稳运行，是当前长距离输送管道领域需要解决的迫切问题。
山区管道通常是指建设运行在山区、丘陵、崎岖高原等复杂地形环境下的管道，特点为管道途经高山深谷多，穿跨越河流多，连续落差大。由于山区地势陡峭、水力参数变化很大、地质灾害风险较高。因此，在山区油气管道勘察设计、施工过程、投产运行、应急响应等各环节中均存在较大难度，面临着路由选址困难、钢管运输受阻、调度难度较高、抢修空间受限等诸多问题和挑战。
1.1 勘察设计。我国长输管道在进行管线路由选择时往往不可避免地需要穿越多山地区，途经起伏剧烈的地形，伴随高差的变化，管道沿线经过类型多样且复杂的地质地貌。特别是分布在我国西南省份的长输油气管道大多经过V字形落差大的山区，山体滑坡、地面塌陷、泥石流、水土流失、崩塌水毁、地震活动等地质灾害多发频发，且具有一定的隐蔽性。工程设计人员前期需要详细了解地理气象和水文地质等信息，并且经过反复勘察，多次对路由进行比选论证，形成勘察和设计报告，在此基础上不断修改完善，这无形中给油气管道的勘察设计增加了难度和风险。
1.2 施工过程[1]。山区地形地貌复杂、气候多变、环境恶劣，普通施工设备在使用过程中受地形限制较大，对环境要求相对较高；
若外部条件不满足，施工设备将无法高效运转甚至发生损坏。此外，山区管道施工区域狭窄作业空间受限，不具备大规模使用机械化、自动化设备的条件，严重影响工作效率。铺设在山区的管道对管材等级的要求高、管壁相对较厚，因而单根钢管重量大，对施工技术要求高、辅助工程量大导致建设难度大、投资成本高。加之地形条件苛刻、纵向坡度大，给钢管运输、布管、下沟、焊接等施工环节都带来很多不便。
1.3 投产运行[2-3]。管线在组对焊接完成后应进行无损探伤检测，在投产运行前应进行耐压试验，须严格执行国家相关标准。山区管道当以水作为介质进行试压时，因其地形起伏高差大，加之存在静压差，试压分段相对琐碎。对于长距离输油管道，输量的变化导致出现翻越点，高点后的管段可能不满管，剩余的能量需要通过增大局部流速来消耗。地形起伏的大落差管道其运行控制的难点之一，是保证管道沿线的所有高点在各种运行工况下都处于满管状态，即使发生严重水击事故后管道依然不被拉空，这对液体管道调度的控制水平的要求极高。对于长距离输气管道，大落差带来的影响相对较小，主要风险存在于管道清管过程中。受管道积液量和地形落差的影响，沿纵坡敷设的山区天然气管道在进行清管时，清管器的运行速度较快，在管道内会发生较大的波动；
在弯头处清管器与管道碰撞时会形成冲击载荷，对输气管道的安全构成严重威胁。
1.4 应急响应。受地形地貌限制山区地质灾害多发，地面塌陷、雨水冲刷等因素造成管道覆土流失管道本体裸露悬空，特别是汛期来临时极易引发山体滑坡、崩塌、泥石流、水毁等使管道受到外力作用而发生防腐层破坏、管体变形甚至被拉断。此外，山区管道由于长年运行管道本体可能因内外腐蚀发生减薄失效、周围突发第三方施工或不法分子打孔盗油破坏、调控人员对山区管道运行控制经验不足工艺操作不当使得输油管道发生严重水击而压力未及时得到有效泄放则可能导致爆管。管道一旦断裂管内油品发生泄漏极易引发火灾爆炸等事故，将严重污染周围土壤和地下水体，对管道沿线群众生命财产安全以及生态环境等都构成了极大的隐患。加之抢险机具通常较多较重，而山区道路狭窄崎岖，这无形中也增加了车辆运输设备的难度，延长了应急响应时间。因此，提升长输油气管道重大突发事件的应急处置水平和抢险人员的应急处置经验变得十分重要[4]。
通过以上对山区管道建设运行存在难点的总结，可以看出与平原管道相比，在管道顺利投产后影响山区管道运行管理最大的风险是地质灾害，所以要加大对地灾风险的管控。
在管道地质灾害风险评价方面，学者们[5-7]基于地理信息系统技术构建了管道地灾风险评价模型，对地灾风险进行分级评价；
引入了云理论，建立了油气管道滑坡风险的综合评价模型；
采用数值模拟方法在管道发生滑坡时其力学响应进行研究；
尝试构建空天地一体的地灾监测预警体系，并实地验证该套体系的应用效果，其重要意义在于指导管道的日常管理和风险防控。目前，国家管网集团在管道沿线地质灾害调查识别、监测预警等技术应用方面仍处于不断的探索阶段，依据《油气管道地质灾害防护技术规范》（GB/T 40702-2021）对管道全线进行全面勘察，将识别出的风险进行科学分级分类，对于不同级别的风险点利用先进的技术手段进行全天候监测，对于高风险点进行永久性的工程治理。
我国长距离输送油气管网规模较大、分布甚广、沿线自然环境复杂、社会环境多变，造成诸多环境敏感点。特别是以压力高、落差大为主要特点的山区油气管道，管道内为易燃易爆且具有一定的污染性的介质，若发生管道断裂导致油气泄漏，遇到明火后果极为严重，甚至可能对生态环境和沿线居民造成难以挽回的损失。建议今后加大对山区油气管道内在规律的研究力度，包括山区管道的特征机理、全生命周期内面临的风险以及对现行油气管道设计、建设、运行标准的补充完善。同时，将前沿科学技术应用到山区油气管道的运行与管理是大势所趋，如大数据、区块链、云计算、人工智能等技术手段，应用知识图谱重构山区管道知识体系，特别是数字孪生体的建设，加快推进油气管道可视化、数字化、智能化、智慧化，不断探索适合山区油气管道建设新模式，为智慧管网的建设运行提供可靠的决策依据。
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