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天然氣長輸管道火災(zāi)爆炸危險性分析與應(yīng)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(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月18日
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石油化工設(shè)計(jì)
Petrochemical Design
天然氣長輸管道火災(zāi)爆炸危險性分析與應(yīng)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(jìn)一步提高了天然氣管道發(fā)生火災(zāi)爆炸
的風(fēng)險及危險性(天然氣火災(zāi)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(yàn)，分析了長輸
管道發(fā)生火災(zāi)爆炸的危險性及后果，提出了在長輸天然氣管道設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理過程中預(yù)防、處置火
災(zāi)爆炸事故的對策及建議。如前期預(yù)防、初期探測和后期撲救；撲救天然氣火災(zāi)的方法有：細(xì)水霧法和水
槍交叉滅火法。還有爆炸滅火法、化學(xué)滅火劑滅火法、綜合滅火法等。最關(guān)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(guān)鍵詞：天然氣火災(zāi)爆炸危險性應(yīng)對措施火災(zāi)撲救
川氣東送管道西起四川普光，東至上海，途徑
8省市，設(shè)計(jì)總長2 270 km，管徑4,1 016 mm，設(shè)計(jì)
壓力10 MPa，設(shè)計(jì)年輸量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))120×10
m 。
， 是一條東西能源大動脈，承擔(dān)著一定的社會經(jīng)
濟(jì)責(zé)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(zāi)爆炸的危險性，并
提出在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理過程中防火防爆的
對策。
1 天然氣長輸管道火災(zāi)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(zhì)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?jǐn)?shù))，根
據(jù)GB 13690-1992(常用危險化學(xué)品的分類及標(biāo)
志》¨ 描述：甲烷屬于易燃?xì)怏w，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(shè)計(jì)防火
規(guī)范》 中石油天然氣火災(zāi)危險性分類，天然氣火
災(zāi)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(kuò)散性。天然氣的密
度比空氣小，有良好的擴(kuò)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(diǎn)最遠(yuǎn)可達(dá)數(shù)十米，1％濃度邊界最遠(yuǎn)可達(dá)上
百米_3~5]。因此，良好的擴(kuò)散性增大了泄漏后發(fā)
生火災(zāi)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(zāi)爆炸形式
1．2．1 擴(kuò)散燃燒(射流火)
高壓管道內(nèi)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(diǎn)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(diǎn)天然氣的流速可達(dá)亞音速甚至超音速，并
在遠(yuǎn)離泄漏點(diǎn)方向上其流速迅速降低。泄漏的天
然氣擴(kuò)散到空氣中，遇火源發(fā)生燃燒，此種燃燒為
典型的擴(kuò)散燃燒。但由于火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)低于泄
漏點(diǎn)天然氣流速 ]，燃燒成噴射狀，在管道泄漏點(diǎn)
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(qiáng)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(nèi)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(xué)
(華東)油氣儲運(yùn)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(chǎn)運(yùn)行管理工作。聯(lián)系電話：
0717 —6262634：E —mail：chenyz．trqi@ sinopec．con
石油化工設(shè)計(jì) 2015年第4期(第32卷)
性混合氣(處在爆炸極限范圍內(nèi))，一遇到點(diǎn)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(dá)1 000—4 000 m／
s"J
， 形成的初始沖擊波面壓力可達(dá)100—200
MPa，能對爆炸點(diǎn)周圍的建(構(gòu))筑物產(chǎn)生強(qiáng)烈的
機(jī)械破壞作用，當(dāng)人員接觸峰值壓力超過0．075
MPa的沖擊波時，就會當(dāng)場死亡_8 J。
1．3 熱傷害效應(yīng)大
天然氣的熱值很高，平均達(dá)33 MJ／m ，燃燒溫
度可達(dá)2 000 oC以上。大量天然氣發(fā)生燃燒或者
爆炸，短時間內(nèi)釋放大量熱量，迅速向外傳遞，會
對燃燒或爆炸點(diǎn)周圍一定半徑內(nèi)產(chǎn)生巨大熱破
壞，造成人員、牲畜、建筑物的傷害。若發(fā)生火災(zāi)
周圍存在其他可燃?xì)怏w、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(dāng)管道內(nèi)因負(fù)壓、空氣置換不徹底等原因，致
使空氣混入管道內(nèi)，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(nèi)，由于管道連接著各種設(shè)備，
管道發(fā)生火災(zāi)，會造成整個系統(tǒng)發(fā)生連鎖反應(yīng)，事
故迅速蔓延和擴(kuò)大。
2 天然氣管道火災(zāi)爆炸危險點(diǎn)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(shí)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(fēng)險，易出現(xiàn)管道破壞而天然氣泄漏，發(fā)
生火災(zāi)爆炸事故。
2．1 站場閥室火災(zāi)危險點(diǎn)分布
引發(fā)站場閥室火災(zāi)事故的主要因素為站內(nèi)管
道破裂、站場設(shè)備故障和設(shè)備泄漏等。
1)站內(nèi)管道。站內(nèi)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(nèi)
管道開挖驗(yàn)證工程的情況來看，雖采用犧牲陽極
的陰極保護(hù)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(dǎo)致其
腐蝕穿孑L或應(yīng)力開裂，導(dǎo)致天然氣泄漏，引發(fā)火災(zāi)
爆炸。
2)站內(nèi)設(shè)備。站內(nèi)設(shè)備主要有閥門、壓力容
器、壓縮機(jī)等，存在著大量的密封點(diǎn)。由于工藝操
作壓力較高，且有一定波動，再加上設(shè)備本身選型
或者制造缺陷，可能造成設(shè)備密封點(diǎn)處泄漏或者
設(shè)備本體失效，發(fā)生天然氣大量泄漏，從而引發(fā)火
災(zāi)。
3)儀表。現(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(guān)
鍵。當(dāng)儀表故障或測量誤差過大，會造成設(shè)備誤
動作或損壞設(shè)備；而儀表本身也是密封、強(qiáng)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(nèi)設(shè)備運(yùn)行(如壓縮機(jī)干氣
密封系統(tǒng)就地放空)、壓力容器超壓、閥門排污或
者進(jìn)行清管等作業(yè)時會排放一定量的天然氣到空
氣中，當(dāng)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(shè)備內(nèi)壁腐蝕，產(chǎn)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(zāi)
爆炸。
2．2 線路火災(zāi)爆炸危險點(diǎn)分布
1)自然災(zāi)害。山區(qū)、丘陵、水網(wǎng)、平原地段，地
貌多樣，氣候多變，地質(zhì)水文條件復(fù)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(fēng)、森林火災(zāi)等自然災(zāi)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(hù)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(xué)物質(zhì)、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(zāi)爆炸預(yù)防及應(yīng)對措施
火災(zāi)預(yù)防應(yīng)堅(jiān)持“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方
針，堅(jiān)持消防安全工程要與管道主體工程同時設(shè)
計(jì)、同時建設(shè)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(yù)防、初期探測
及后期撲救等3個階段，并滲透到設(shè)計(jì)、施工建設(shè)
2015年第4期(第32卷) 陳永主等．天然氣長輸管道火災(zāi)爆炸危險性分析與應(yīng)對措施 ·29·
和運(yùn)行管理各環(huán)節(jié)中。
3．1 前期預(yù)防
前期預(yù)防即指采用密閉輸送方式，并采用本
質(zhì)安全設(shè)計(jì)消除管道內(nèi)天然氣發(fā)生泄漏或者管道
內(nèi)混入空氣，生產(chǎn)廠區(qū)使用防爆電氣設(shè)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(dá)到防火防爆的目的。
3．1．1 設(shè)計(jì)階段
嚴(yán)格按照GB 50251-2003《輸氣管道工程設(shè)
計(jì)規(guī)范》¨。。及GB50183-2004《石油天然氣工程
設(shè)計(jì)防火規(guī)范》_2 等國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管
道的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)等，以達(dá)到管道本
質(zhì)安全設(shè)計(jì)的要求，從設(shè)計(jì)上避免管道及設(shè)備發(fā)
生破裂失效造成天然氣泄漏。
3．1．2 施工建設(shè)階段
施工建設(shè)過程極易造成管道本體損傷等現(xiàn)
象，給投產(chǎn)運(yùn)行期間留下隱患，所以施工建設(shè)階段
應(yīng)該嚴(yán)格按照GB 50369-2006(油氣長輸管道工
程施工及驗(yàn)收規(guī)范》¨ 進(jìn)行施工和驗(yàn)收，保證施
工質(zhì)量。
3．1．3 運(yùn)行管理階段
不言而喻，天然氣長輸管道自投產(chǎn)運(yùn)行起，其
火災(zāi)爆炸危險性便隨之產(chǎn)生，所以在管道設(shè)計(jì)和
施工的基礎(chǔ)上，運(yùn)行管理階段在天然氣火災(zāi)爆炸
預(yù)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(jìn)行預(yù)防：
1)用火作業(yè)管理。所謂“用火作業(yè)”系指在在
具有火災(zāi)爆炸危險場所內(nèi)進(jìn)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(shí)行嚴(yán)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(hù)及領(lǐng)導(dǎo)帶班作業(yè)
等措施，實(shí)行“三不用火”規(guī)定(指沒有經(jīng)批準(zhǔn)的
“用火作業(yè)許可證”不用火，防火措施不落實(shí)不用
火，用火監(jiān)護(hù)人不在現(xiàn)場不用火)，嚴(yán)格控制用火
作業(yè)的風(fēng)險，從而將天然氣火災(zāi)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(shè)置了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，按標(biāo)準(zhǔn)配備了滅火器材等
消防設(shè)施，在大型站場(如壓氣站)設(shè)置消防水系
統(tǒng)，實(shí)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(shè)置防火標(biāo)志，確定火
災(zāi)危險源(點(diǎn))，實(shí)行嚴(yán)格的管理；結(jié)合崗位職責(zé)，
實(shí)行防火巡檢；定期對職工進(jìn)行消防安全培訓(xùn)；制
定滅火和應(yīng)急疏散預(yù)案，定期組織消防演練等。
此外，定期對火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)、消防滅火系統(tǒng)進(jìn)
行日常檢查、維護(hù)保養(yǎng)和定期檢測，以確保消防系
統(tǒng)完好。
3)超限保護(hù)。超壓、超限運(yùn)行有可能造成管
道、設(shè)備等失效，導(dǎo)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(shí)現(xiàn)對壓
力、溫度等參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，具備自動聯(lián)鎖保護(hù)功
能，一旦出現(xiàn)壓力、溫度異?？刹扇〗?cái)?、停機(jī)、放
空等動作，消除壓力、溫度超限帶來的破壞作用。
4)設(shè)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(shè)備較多，而設(shè)備本體及連
接處的動、靜密封點(diǎn)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(diǎn)達(dá)6 700之多，而所
有密封點(diǎn)均有存在天然氣泄漏的風(fēng)險，故加強(qiáng)日
常巡檢的檢漏及定期對設(shè)備進(jìn)行檢維修尤為重
要。川氣東送管道站場實(shí)行2 h／次的巡檢頻次，
巡檢人員隨身攜帶可燃?xì)怏w報(bào)警儀及裝有肥皂水
的噴壺，對主要設(shè)備密封點(diǎn)進(jìn)行檢漏；每年春季及
秋季兩次對所有設(shè)備進(jìn)行集中檢維修和保養(yǎng)，如
對所有閥門進(jìn)行排污、注脂等，有效防止設(shè)備外
漏。
5)防雷防靜電。按照GB 50183-2004(石油
天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 等標(biāo)準(zhǔn)要求，川氣東
送管道在站場、閥室等裝置區(qū)加強(qiáng)防雷防靜電的
防護(hù)，主要采用埋設(shè)接地網(wǎng)、安裝接地線等措施，
同時按要求每半年進(jìn)行接地電阻的測試，及時整
改不合格點(diǎn)，保證接地保護(hù)有效。
6)防腐及檢測。管道防腐主要是采取外防腐
層保護(hù)和陰極保護(hù)相結(jié)合的措施。川氣東送加強(qiáng)
恒電位儀等陰保設(shè)備的運(yùn)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(bǔ)防腐層缺陷點(diǎn)；通過發(fā)送
漏磁和幾何內(nèi)檢測器掌握管道焊接缺陷點(diǎn)、金屬
損傷缺陷點(diǎn)分布情況，及時采取措施修補(bǔ)，消除了
· 30· 石油化工設(shè)計(jì) 2015年第4期(第32卷)
管道缺陷帶來的天然氣泄漏的火災(zāi)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(zāi)爆炸的危
險性。
7)線路巡護(hù)。由于長輸管道線路較長，且存
在較多危險因素，如地質(zhì)災(zāi)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(zāi)爆炸事故，且從行業(yè)內(nèi)事故統(tǒng)計(jì)來看，長輸天然
氣管道的火災(zāi)爆炸事故多發(fā)生在線路上，所以加
強(qiáng)管道巡護(hù)力度，及時發(fā)現(xiàn)并制止威脅管道安全
的行為，是管道運(yùn)行管理的一項(xiàng)必要內(nèi)容。川氣
東送管道建立了管理處、巡線隊(duì)和屬地巡線員三
級管道巡護(hù)機(jī)制，執(zhí)行分段承包制度，并利用GPS
巡檢機(jī)等設(shè)備來不斷提高管道巡護(hù)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(zhì)災(zāi)害等，以降低管道火災(zāi)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(diǎn)火源。雖然人們無法左右空氣，但點(diǎn)火源可
在前期預(yù)防中控制并消除，所以此階段控制的重
點(diǎn)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(zāi)擴(kuò)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(shè)計(jì)和建設(shè)階段
應(yīng)配備火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，安裝可燃?xì)怏w探測報(bào)警儀
及火焰探測儀，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和聯(lián)動；在運(yùn)行管理階
段，加強(qiáng)對火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的維護(hù)，定期進(jìn)行測試，
確保其運(yùn)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(zāi)，第
一時間控制火勢并設(shè)法撲滅，將大大減少其造成
的損失。因此，火災(zāi)撲救的方法是否得當(dāng)至關(guān)重
要。由于長輸管道天然氣的火災(zāi)爆炸具有上述特
點(diǎn)，決定了管道天然氣火災(zāi)撲救難度大，且研究起
來困難。國內(nèi)外學(xué)者對天然氣射流火、井噴火災(zāi)
及滅火方法進(jìn)行了大量研究，提出了撲救天然氣
火災(zāi)的方法，主要有：
1)細(xì)水霧法¨ ：通過一些學(xué)者的研究發(fā)
現(xiàn)，細(xì)水霧法滅火的機(jī)理主要是冷卻火焰，應(yīng)用該
原理研制的滅火器材有便攜式細(xì)水霧滅火器和細(xì)
水霧滅火車等，并在實(shí)際天然氣火災(zāi)撲救中得到
了應(yīng)用，在控制火勢和撲滅火災(zāi)上都有一定效果。
2)水槍交叉滅火法¨ ：通過多支水槍對準(zhǔn)火
焰根部噴射，利用隔絕可燃物與火源的原理達(dá)到
滅火的目的，此種方法被利用到了氣田井噴火災(zāi)
撲救上，對以射流火形式為主的管道天然氣火災(zāi)
具有指導(dǎo)意義。
此外，還有學(xué)者提出了爆炸滅火法¨ 、化學(xué)滅
火劑滅火法¨ 、綜合滅火法等，通過研究分析和實(shí)
際應(yīng)用，都取得了一定的滅火效果，對天然氣站場
的消防設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。但需要指出的
是，天然氣火災(zāi)撲救最關(guān)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?yàn)樾孤?
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(yán)重的后果。
參考文獻(xiàn)：
[1] GB 13690-1992常用危險化學(xué)品的分類及標(biāo)志[s]
[2] GB 50183-2004石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[s]
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