中俄输油管道多年冻土区泄油突发事件环境影响评估和应急预案.pdf

铁道劳动安全卫生与环保 2010年第37卷1期节能环保(1) 环境污染及防治 文章编号: 1003 - 1197(2010) 01 - 0023 - 06 中俄输油管道多年冻土区泄油突发事件 环境影响评估和应急预案 唐渭 1 ,熊治文 1, 2 ,廖小平 1, 2 ,曾晓东 1 ,李宏伟 1 (1 1中铁西北科学研究院有限公司,甘肃 兰州 730000; 21中国铁道科学研究院研究生部,北京 100081) 收稿日期: 2009210230;修订日期: 2009212228 作者简介:唐渭(1968 ) , 男,湖南人,高级工程师,注册环境 影响评价工程师。主要从事建设项目环境影响评价、 多年冻土环 境及水污染治理科研工作。 摘要: 中俄输油管道穿越大兴安岭多年冻土区,发 生管道泄油突发事件主要为储罐和输油管道因机械性破 损导致原油泄漏。泄漏油污的挥发、 下渗、 扩散和迁移, 将对多年冻土区生态环境产生长期不利的影响。通过对 中俄原油管道工程风险事故源项的分析及沿线冻土区环 境风险因素及敏感地段的识别,判定重大危险源和最大 可信事故,评估管道泄油突发事件对冻土区生态环境的 影响,提出相应的环境风险防范对策和应急预案。 关键词: 多年冻土区;原油管道;环境风险识别; 应急预案 中图分类号:x507 文献标识码:a 中俄原油管道起自俄境内的斯科沃罗季诺, 由连崟入境,经兴安、22站、 塔河、 新林、 大扬气、 加格达奇、 大扬树至大庆,中国境内段线路长965 km 1。其中穿越多年冻土区约 510 km 1 ,约占 总长度的53% ,必须穿越的强融沉性多年冻土地 段合计长度约80 km,约占冻土区总长度的 1517%。中俄管道拟采用埋地敷设方式穿越大兴 安岭多年冻土区,设计输油能力为1 5003 000 万t/a,管径为813 mm,压力等级为810 mpa (局 部1010 mpa)。 原油属易燃易爆品(危险分类属甲b,危险度 为116 2 ) , 在储存和输油过程中存在原油泄漏和 遇明火导致火灾或爆炸的危险性,同时具有一定 的毒性。正常情况下管道输送原油对环境的影响 很小。但由于各种风险因素造成的管道非正常运 行(如多年冻土区冻土融沉和冻胀导致的管道破 损,原油泄漏 ) , 及由此引发的对沿线冻土区的环 境影响和危害,具有很大的不确定性。具体表现 在:管道工程系统庞大,穿越冻土区地质条件和环 境条件复杂,需穿越大片连续、 不连续、 岛状和零 星多年冻土地段、 融区地段和冰锥、 冻胀丘、 冻土 沼泽湿地、 厚层地下冰等不良冻土现象发育地段, 以及沼泽湿地、 森林、 河流(水源地 ) , 自然保护区 等;另外,原油一旦进入环境又具有易燃易爆、 挥 发、 下渗、 随水流扩散、 迁移的特征 3 ,对环境构 成威胁。 1 风险事故源项 111 输油站场设施、 设备 站内设备及公用工程发生故障时,存在站场 设备或站内管道原油泄漏的风险性。 112 罐区 11211 泄漏、 跑油 罐区单罐罐容大及收发油操作较频繁,存在 油品泄漏或跑料的可能性。 11212 火灾、 爆炸 首、 末站储油量较大,存在油品泄漏或跑料遇 明火导致火灾、 爆炸的危险性。 11213 抽空 32 铁道劳动安全卫生与环保 2010年第37卷1期节能环保(1) 油品输送时,若储罐的液位仪表失灵或操作 失误,可能造成储罐抽空。 113 输油管道 管道泄油事件主要有以下几种 4 :管道腐 蚀减薄,造成管道局部穿孔;应力腐蚀或交变 应力作用引起的管道开裂;机械震动的冲击作 用,使管材承受交变载荷产生疲劳裂缝,导致泄 漏;管道焊接质量不过关,存在沙眼或裂缝,运 行一段时间后,缺陷扩大,产生泄漏;法兰或阀 门密封面失效;不法分子打孔盗油。 2 冻土区环境风险因素及环境敏感地段识别 冻土环境是指多年冻土地区的自然环境,与 一般地区相比,冻土环境的特殊性在于多年冻土 的存在,多年冻土与其环境相互作用,相互影响, 共同塑造了一个独特的自然环境。 沿线冻土区环境风险因素主要有冻土的融沉 和冻胀、 崩塌和滑坡、 冲沟(坍岸)、 地面沉降、 膨 胀岩变形、 洪水、 管道腐蚀及人为因素,如生产活 动或蓄意破坏等。 沿线冻土区环境风险敏感地段主要有: 管 道通过的发育有岛状多年冻土的山间河谷地段 (为冻土融沉和冻胀灾害多发地段 ) ; 塔源县至 瓦拉干镇之间的低山地带呈零星分布的可能发生 崩塌或滑坡地段;大、 中河流的穿越段;沼 泽湿地和大片林区穿越段;高含冰量多年冻土 地段及不良冻土现象发育地段;输油站场和罐 区;管道垂直于山体等高线敷设段(高落差地 段)等。 3 重大危险源及最大可信事故的判定 中俄管道工程主要风险单元为原油储罐、 输 油泵房、 加热炉和输油管道。根据重大危险源 辨识 (gb182182000)的规定,贮存场所闪点小 于28 的液体,其临界量为20 t;生产场所闪点小 于28 的液体,其临界量为2 t。重大危险源的判 定见表1。 由表1可判定:储罐和输油管道为重大危险 源,最大可信事故为管道断裂造成原油泄漏并引 发火灾、 爆炸事故。 表1 工程重大危险源判定m/t 序号 评价单元介质储存量临界量危险源判定 1原油储罐原油510420重大危险源 2输油泵房原油2020重大危险源 4 管道泄油突发事件对冻土区生态环境灾害 评估 411 管道泄油发生火灾爆炸事故的灾害性评估 管道发生泄油突发事件后,在短时间内将有 大量原油泄漏,泄漏速率最大可达160 kg/s。据 测算 1, 2 ,管道周围出现火源引发火灾时,其重伤 半径为34105417 m;轻伤半径为641010017 m。特别是高落差区段,管道破裂后无法及时泄 压,其泄漏持续时间得不到有效控制,增大灾害的 严重程度。 41111 高含冰量多年冻土地段 高含冰量多年冻土一般分布在沼泽湿地、 山 间沟谷、 山前缓坡地段,其坡面坡度较小,冻土上 限浅 (1 15215m) ,高大乔木的根系难以发育,植 被种类以低矮草灌为主,原油泄漏引发的火灾对 其下覆多年冻土的热扰动仅限于泄漏范围内油品 燃烧对地表短期的热扰动,而且水或较为发育的 苔藓地衣层能起到一定的屏障作用,因此对地基 多年冻土稳定性的影响较小。 41112 低含冰量多年冻土地段和融区 低含冰量冻土及融区广泛分布的大兴安岭山 地地段,植被类型以高大乔木为主,林下灌木发 育,混生草本植物,原油泄漏引发火灾的过火面积 及程度均较大,且在作业带内油品燃烧持续时间 较长(相对于其它地段的森林火灾引起的作业带 范围过火时间 ) , 传入地下的热量迅速增加,地基 多年冻土下沉。尤其是管线垂直或斜交斜坡等高 线敷设地段,在坡度大于9 冻土边坡坡脚部位有 可能发育高寒冰量多年冻土或厚层层状冰,冻土 中水分的融化富集将导致地基土的抗剪强度降 低,若支护措施不到位,有可能造成局部边坡的失 稳,引发边坡滑塌(热融滑坍 ) , 造成管道膨胀变 形,破坏输油管道。虽然油品燃烧的热扰动在燃 42 铁道劳动安全卫生与环保 2010年第37卷1期节能环保(1) 烧结束后即消失,但燃烧破坏地表植被,改变地表 性状(深色的火烧迹地将降低地表反射率,促进 吸收太阳辐射 ) , 地表吸热能力增加1152倍,季 节最大融化深度最大为原来的23倍,由此引起 的坡面下沉量分别可达18 cm以上,局部高含冰 量多年冻土地段可达50 cm 5 ,对多年冻土环境 的破坏和管道地基稳定性的影响同样不容忽视。 上述对多年冻土的热干扰,主要表现在天然 冻土上限下降,暖季融化指数增大,寒季冻结指数 降低,多年冻土平均地温升高,多年冻土形成新的 人为上限,需要3年甚至更长的时间才能逐渐恢 复到原有的状态。在此期间反复的冻胀与融沉过 程将导致管道融化圈进一步增大,尤其是在高含 冰量多年冻土地段及不良冻土发育地段,当下沉 量超过设计允许值时,管道可能发生破坏,甚至折 断,引发新的泄油突发事件。 412 场站、 储罐发生火灾的灾害性评估 据测算 1, 2 , 50 000 m 3 拱顶油罐发生储罐表 面火灾,强度为7122 kw /m 2 时,影响范围约1718 m;强度为3117 kw /m 2 时,影响范围约2418 m; 50 000 m 3 拱顶油罐发生池火灾;强度为7122 kw /m 2 时,影响范围约2514 m;强度为3117 kw / m 2 时,影响范围约3914 m。 泵站及灌区选址在地势平坦、 向阳的低含冰 量多年冻土地带,设有一定距离的防火带,发生火 灾后过火面积能得到一定的控制,但油品燃烧过 程及过火后形成的火烧迹地对多年冻土地基的影 响类似于上节所述,对站场、 灌区的建(构)筑物 地基长期稳定产生影响。 413 泄漏原油对地表水环境的危害性评估 泄漏原油大部分漂浮在水面,形成“ 浮油 ”, 少量原油在水流的紊动作用下以溶解或乳化的形 式分散在水相中,形成“ 分散油 ” 。研究表明,原 油在水中以稳定的分散相存在时,水中含油浓度 为36 mg/l左右。假设事故溢油在10 min内连 续均匀溢出,原油在管内的流速为0199 t/s,据测 算 1, 2 ,进入水体油量约73819 m 3 ,岸边滞油量约 62811 m 3 ,溢油最大挥发量约15017 m 3 ,混合过程 段长度约819 km。 由此可见,原油泄漏进入水体后,经扩展、 扩 散、 迁移等过程将对河流水质及沿岸生态环境造 成严重破坏,且其影响范围较大。具体表现为: 对呼玛河水生生物,尤其是珍稀濒危的冷水鱼类 的毒性危害;较厚的油膜可隔绝空气与水体间 的气体交换,导致水体溶解氧下降,恶化水质,危 害水产资源及饮用水资源;破坏原始的自然景 观;湿地生态系统将在相当长的时期丧失其基 本的生态功能,破坏湿地野生动、 植物的生境; 在清理溢油时使用大量的药剂造成的环境污染或 危害。 另外,原油泄漏后若遇明火发生火灾,泄漏区 域的水生生态环境将遭到毁灭性破坏。 414 泄漏原油对地下水的危害性评估 泄漏原油对地下水产生影响的范围和程度, 取决于原油在土壤中的迁移转化、 地面污染程度 以及泄漏点的地质构造等。据类比调查,原油泄 漏6h后最大渗透深度分别为:粗砂 2 中砂316 m, 中砂 2 细砂212 m,细砂 2 粉砂114 m,沿线地下水 水位小于712 m时,漏油可能会影响潜水层。 415 泄漏原油对土壤的危害性评估 泄漏原油进入土壤环境中后,将发生分散、 挥 发和淋滤等迁移转化过程,影响土壤中的微生物 生存,造成土壤盐碱化,破坏土壤结构。土壤中石 油烃的迁移和分布受土壤和地形、 温度、 含水 (冰)量、 降水以及冻结融化过程等多种因素影 响 6。当事故发生后 ,非渗透性的基岩及粘重土 壤上污染(扩展)面积较大,而疏松土质上污染范 围较小。 另外,黑色的地表油污可降低地表反射率,破 坏地表的原始热平衡条件,促进吸收太阳辐射,加 快地表升温 7 ,进而改变冻土温度状况和冻融深 度。同时,油污占据冻土自由孔隙,改变水分迁移 和冰的晶体结构,限制土壤中营养运输。 原油泄漏引发的火灾属重度火灾,火烧迹地 内将烧死60%90%的蓄积林木,土壤有机质几 乎全部被烧掉,土壤基本失去肥力。 416 泄漏原油对植被的危害性评估 泄漏原油对植被的影响往往是通过土壤形成 的,当土壤被原油污染后,油污中毒性成分可在根 部形成包膜而损害根部功能,抑制植物根部吸收 营养物质,并干扰植物吸收氮素,影响种子的发芽 率、 成苗率和正常生长,进而影响子粒成熟和颗粒 52 铁道劳动安全卫生与环保 2010年第37卷1期节能环保(1) 重及其营养成分,并在作物果实中富集有害成分, 危害牲畜、 家畜,进而危害人体健康。 另外,在植被茂密地带,泄漏的原油一旦形成 火灾,将对泄漏区域及周边地区的森林生态环境 带来毁灭性破坏。 5 环境风险敏感地段的防范对策及监控体系 如何及时清污减灾,在最短的时间内抢修和 恢复受污染的生态环境是中俄原油管道冻土区环 境风险敏感地段防范的核心任务。 511 防范对策 原则上管道路由选择时宜避绕环境风险敏感 地段,无法避绕时,以最短距离通过或选择在其边 缘地带通过。同时,需特别注意保护地基多年冻 土,可采用提高设计壁厚(提高刚性,满足管道的 柔性变形量大于冻融期的冻胀变形量)及管道外 保温层厚度,管道埋设于多年冻土常年活动层以 下或人工地基+管道保温敷设方式(如图1所 示,换填一定厚度的粉粘粒含量小于15%的碎石 或粗颗粒土,使管道地基土的冻融循环基本发生 在换填土层内 ) , 管沟铺设滤层土工布(防止冻融 循环过程粉粘粒土进入粗颗粒层内)等相对保守 的保持管道地基多年冻土稳定性的设计原则 5 , 可有效降低发生管道泄油事件的概率。管道垂直 于山体等高线敷设段(高落差地段)采取提高设 计壁厚、 中间设置截断阀室,必要时采取支挡结构 结合植被措施和设置监控及遥控设scada数 据(路 ) , 能提高系统抗风险的程度。 图1 敏感地段人工地基+管道保温敷设示意图 作为森林防火带的管沟施工作业带,需定期 清除易燃的乔木和密集的灌木丛,灌木间距保持 1 m以上,可减缓泄油突发事件发生火灾的燃烧 程度和过火面积。 512 监控体系 (1)环境风险敏感地段需采用腐蚀检测仪、 超声波检测仪等定期进行管道无损检测。 (2)沿线强融沉多年冻土地段,设置冻土地 层稳定和土层地形变形实时监测系统,即:在沿线 约80 km的强融沉多年冻土地段设置30个检测 点(平均217 km布设一个检测点,高落差地段、 不良冻土现象发育地段和冻土沼泽湿地地段需增 加监测点的布设密度和监测频次)。每个检测点 处设置温度、 冻胀/融沉监测仪表,对管段周边土 层的温度和冻胀/融沉变形情况进行现场参数的 自动监测和数据采集,经scada数据(路)系统 传至附近的站控系统并转至北京/廊坊调控中心, 当出现土层状态参数变化超限时,自动报警并显 示具体位置。 6 环境风险应急预案 一旦发生管道泄油突发事件,必须按事先拟 定的应急预案进行紧急处理。 611 应急援救及响应程序 应急预案按照“ 企业自救、 属地为主,分类管 理,分级响应,区域联动 ” 的原则,与地方人民政府 突发环境事件应急预案相衔接 2。由应急指挥部 负责应急援救现场指挥和协调,专业救援队伍负责 事故控制、 救援、 善后处理。其程序见图2。 图2 应急救援及响应流程示意图 62 铁道劳动安全卫生与环保 2010年第37卷1期节能环保(1) 612 应急防护和应急处理 应急防护和应急处理包括清除泄漏措施、 方 法和器材。主要任务有:隔离、 控制事故现场; 保障应急通讯、 交通的畅通;进行环境应急监 测,确定危险区域的范围、 边界和毒物浓度,决定 现场警戒范围;消除现场泄漏,防止泄漏原油 的扩大、 蔓延及链锁反应;现场及邻近装置及 人员疏散、 撤离和医疗救护;善后处理等。 就冻土区原油泄漏管道泄油突发事件,主要 从水上溢油事故和陆上泄漏事故两方面制定应急 预案,尽可能降低泄油突发事件对冻土环境的影 响。 61211 水上溢油事故应急预案 6121111 原油泄漏自动关闭系统 在管道穿越大、 中河流的两端设置自动响应 关闭阀门,一旦发生漏油事故,管内压力减小,阀 门可在10 min内响应并关闭 1 。 6121112 限制漏油的扩散 设置多道拦油栅,将溢油拦截至河岸附近进 行回收。为便于回收和控制扩散,可使用活塞膜 化学药剂把浮油推回,增加浮油层厚度,或喷洒油 聚集剂聚集浮油。 6121113 采用物理方法回收水面溢油 (1)机械回收:采用油回收船、 网袋回收装置 及油拖把等回收溢油; (2)吸油材料吸附回收:用亲油疏水的吸油 材料撒布在水面上吸附溢油,当其吸饱油后,回收 处理。 6121114 溢油的就地处理 难以用机械方法和吸油材料吸附回收溢油 时,或存在可能发生火灾等危急情况下,可采用化 学油分散剂(即化学消油剂)将油粒迅速分散到 比较大范围的水体中,消除风险隐患。 61212 陆上泄漏事故应急预案 泄漏初期,首先可考虑采取物理方法快速、 有 效地围堵、 限制或封闭油污的污染范围。充分利 用寒区积雪和多年冻土层可以暂时封闭和限制油 污的特征 5 ,抓住时机清除污染。其次利用微生 物的生物修复原理,通过人工改变油污冻土中微 生物种类及其微生态环境来刺激生物降解,可起 到清洁、 彻底消除污染的效果。 6121211 事故预警措施 管道断裂发生漏油事故时, scada数据(路) 系统经过逻辑判断首先关闭距出事地点最近的上 下游干线截断阀,上游泵站按逻辑顺序停泵,阻断 原油继续泄漏。 6121212 事故应急措施 (1)采取筑堤拦截泄漏的原油、 用抽空车收 集地表油或集中填埋受污染的土壤等控制方法, 限制地表油污染的扩大。 (2)清除土壤油侵润体中的残油,减轻土壤 污染程度,防止地下水遭受污染。 (3)沼泽湿地、 山间沟谷、 山前缓坡地段清除 油污后,以自然恢复和修复为主,必要时用石灰调 高土壤ph值并加入n和p肥料,增加土壤的通 气性,逐渐恢复土壤中微生物的降解能力,提高受 污染土壤的生态修复能力。 (4)山地地段清除油污后,在坡面铺设10cm 厚的木屑进行临时护坡,待季节适宜时,及早进行 坡面的人工恢复裸露地表植被。 7 结束语 综上所述,拟建中俄原油管道工程存在的重 大危险源为储罐和输油管道,最大可信事故为管 道断裂造成原油泄漏并引发火灾事故。通过管道 泄油突发事件发生火灾的灾害性评估,场站、 储罐 灾害性评估,对地表水、 地下水、 土壤和植被的危 害性评估,明确环境风险防范的重点和环境敏感 区段,执行相应的环境风险防范对策和应急预案, 把损失控制在最小范围内。 参考文献: 1 大庆石油勘查设计院.中俄原油管道漠河 大庆段工程环 境影响报告书r . 2007. 13 - 14. 2 hj /t 1692006,环境风险评价技术导则 s. 3 邓春朗.库尔勒鄯善输油管道环境风险分析与管理j . 中国环境科学, 1996, 16 (3) : 176 - 181. 4 赵飞松,段光才.长输压力管道事故分析与预防 j .安全 健康和环境, 2005, 5(1) : 23 - 24. 5 中铁西北科学研究院有限公司.中俄原油管道多年冻土区 输油管道地基土长期稳定性及相应工程技术r .2008. 9, 74 - 77, 88 - 92. 72 铁道劳动安全卫生与环保 2010年第37卷1期节能环保(1) 6 金会军,喻文兵,陈友昌,等.多年冻土区输油管道工程中的 (差异性)融沉和冻胀问题j .冰川冻土, 2005, 27 (3) : 454 - 464. 7 jenkins t f, johnson l a, collins c m, etal . the physical chemicalandbiologicaleffectsofcrudeoilspillson blackspruce forest, interioralaska j . arctic, 1978, 31 (3) : 305 - 323. environmental assess ment and emergency plans for crude o il leakage of pipeline in permafrost regions between chi na and russia tangwei 1 , xi ong zhi2wen 1, 2 , l i ao xiao2ping 1, 2 , zeng xiao2dong 1 ,l ihong2wei 1 (11northwest research institute of china railway engineering corporation, lanzhou 730000, china ; 21china academ y of railway sciences, b eijing 100081, china) abstract: pipeline emergencies accident of the main pipeline along china2russia