安全工程-天然气管道安全性分析及泄露检测研究论文

本科论文摘要天然气作为新兴的石油产物与现在人们的日常生活及社会发展息息相关，天然气是一种相对于之前的燃烧能源更加安全、环保的可燃烧性气体。现如今国家大力发展天然气石油天然气产业代替煤气等燃烧能源。而天然气主要输送手段就是天然气管道，虽然天然气相对于煤气等更加安全、环保，但是天然气管道一旦出现泄露情况，依旧会发生中毒、燃烧、爆炸等非常严重的事故。所以作为天然气主要输送工具的天然气管道安全性极其重要，只有先保证天然气管道的安全性才能进一步保证天然气的安全性。本文从天然气的性质进行分析，确认天然气管道的材质要求。对天然气管道施工检测的工艺流程，所处位置的环境条件，地理位置情况进行危险有害因素分析，确认工程项目可行性，对施工及检测过程运用安全检查表法进行重大危险源辨识。进行工程项目中运用到的无损检测方法研究，对比不同检测方法的优缺点，确定工程项目中的主要检测方法，同时为保证工程质量达标，保护施工及检测人员安全，制订完善的安全管理制度及安全控制措施。关键词:天然气管道；无损检测；危险源辨识AbstractAsanewoilproduct,naturalgasiscloselyrelatedtopeople'sdailylifeandsocialdevelopment.Comparedwiththepreviouscombustionenergy,naturalgasisamoresafeandenvironmentallyfriendlycombustiblegas.Nowadays,thestatevigorouslydevelopsnaturalgas,oilandnaturalgasindustrytoreplacegasandotherburningenergy.Themainmeansofnaturalgastransmissionisnaturalgaspipeline.Althoughnaturalgasissaferandmoreenvironmentallyfriendlythangas,oncethenaturalgaspipelineleaks,itwillstillhavepoisoning,burning,explosionandotherveryseriousaccidents.Therefore,thesafetyofnaturalgaspipeline,asthemainmeansofnaturalgastransmission,isextremelyimportant.Onlybyensuringthesafetyofnaturalgaspipelinecanwefurtherensurethesafetyofnaturalgas.Thispaperanalyzesthenatureofnaturalgasandconfirmsthematerialrequirementsofnaturalgaspipeline.Analyzetheprocessflow,environmentalconditionsandgeographicallocationofthenaturalgaspipelineconstructiondetection,confirmthefeasibilityoftheproject,andidentifythemajorhazardsourcesintheconstructionanddetectionprocessbyusingthesafetychecklistmethod.Carryouttheresearchofnondestructivetestingmethodsusedinengineeringprojects,andcomparetheadvantagesanddisadvantagesofdifferenttesting.Determinethesafetycontrolmeasuresoftheproject.Keywords：NaturalGasPipeline；NonDestructiveTesting；HazardIdentification目录TOC\o"1-1"\t"标题2,1,标题3,1"\h\u20119第1章概述 1321961.1研究背景 122711.2国内外发展现状 122671.2.1国内发展现状 290711.2.2国外发展现状 2186301.3天然气管道 3275111.4天然气的性质及重要性 3136861.4.1天然气的性质 3170751.4.2天然气的重要性 453711.5本文的研究内容 415641第2章天然气管道危险因素分析 62712.1天然气管道项目工程概况 6298632.1.1工程项目概况 6159102.1.2站场设置 932732.2天然气管道工程危险有害因素分析 1060612.2.1设备设施危险有害因素分析 10271412.2.2土质条件有害因素分析 11214142.2.3自然环境有害因素分析 1119792.2.4地质情况危险有害因素及施工难点分析 1181312.3天然气管道重大危险源辨识 1225924第3章天然气管道泄露检测方法研究 14114323.1天然气管道检测方法介绍 1432563.1.1射线检测 1441003.1.2超声相控阵检测 1423293.1.3液体渗透检测 1532273.2天然气管道无损检测研究 1537783.2.1无损检测原理 1560083.2.2无损检测特点 15287353.3相控阵探伤检测与超声探伤，射线检测的区别 16276203.4青宁管道工程应用的检测方法 1728113.4.1射线检测过程 18194083.4.2相控阵检测过程 1829300第4章天然气管道泄露危害及安全控制措施 19145474.1天然气管道泄露危害 1955714.2青宁项目天然气管道安全控制措施 1945994.2.1按要求确定管线位置 19150444.2.2建立健全安全管理制度 2094304.2.3实施HSE管理体系 20171854.2.4强化安全管理意识 20299294.2.5创新管理方法 214873第5章结论 2220973参考文献 2328260致谢 2422015附录一中文译文 25附录二外文原文第1章概述1.1研究背景中国第一条长输气天然气管道于1997年建成，这条天然气管道就是陕西管线全长达918km，成功把天然气输送到北京市。到现在，国内的天然气管道总长度已经长达30000km，而天然气管道的安全问题依旧是如今石油天然气产业的重点难题，单单2019年室外天然气事故就出现259起，死亡人数0名，受伤人数1名。与室外情况相比，室内天然气事故情况更为严重，2019年共发生463起室内天然气事故，共造成63人死亡，583人受伤。本文内容以室外天然气管道安全性为主，为了保障用户安全还是要提醒室内天然气用户注意天然气的使用情况。所以对当今社会已经广泛使用的天然气而言，天然气管道作为天然气主要输送工具，它的安全性极为重要。通过近年来天然气管道事故情况数据来分析天然气管道出现泄露情况的主要原因。由于焊接错误，老化和腐蚀维护不足等情况，在天然气管道的安装和运行过程中，天然气泄漏主要发生在这些情况下。一旦发生泄露就会出现不可估量的损失，所以为了避免泄露情况，需要及时发现泄露情况并采取措施。根据最近的259个国内天然气管道事故统计，事故类型主要是泄漏和爆炸事故，由外部破坏引起的事故高达70％，其中由于人为施工问题的因素造成事发生故占65％。随着中国城市化进程的不断加快，出现一些盲目野蛮的施工现象导致。地面和气候灾害造成的损失占5％，这与近年来地震和泥石流等自然灾害的增加有关。管道因使用时间过长出现腐蚀发生的泄漏会导致很大一部分管道故障，但此处仅占3％。近年来，旧的管道可能会不断被更换，新的管道将很快投入使用，所以这种管道腐蚀的情况收集范围有限的原因。由于材料设计，施工质量，焊接质量和安装缺陷等人为因素造成的管道事故占10％，由于非法操作或员工管理不当造成的事故占7％。物质老化和其他原因造成的事故占5%。由数据情况可以知道管道本身原因地导致的管道泄露只有一小部分，地质灾害及自然灾害导致事故率稍多，所以管道的选址极其重要，而导致事故发生的主要原因是由于人为原因，施工人员的盲目施工，管理人员疏于管理。所以了保证人民群众的社会安全，维持管道的正常运行，有必要加强部分维修工作及施工管理，完善管理措施，运用新技术，确保天然气管道道的正常运输，因为管道的保护和维护在管道的长年运行过程中起着非常重要的作用。1.2国内外发展现状1.2.1国内发展现状我国无损检测的发展是从上世纪40年代开始的，但是由于当时的国力以及国情问题，真正应用到的无损检测技术很少，也几乎没有机械能任何发展。新中国成立后，无损检测技术才真正的开始被应用，起初无损检测技术主要应用于军工领域。当时无损检测技术的主要发展方向就是现在技术非常成熟的射线、磁粉、渗透以及现在刚应用于天然气管道检测的超声波检测。无损检测技术刚开始国内技术不成熟，很多工作在苏联专家的的指导下完成的，当年很多年轻一辈的先进知识分子自发的投入到无损检测行业中，成为了我国无损检测行业当之无愧的元老，因为他们为我国无损检测行业奠定了夯实的基础，给日后的发展做出了巨大的贡献。中国最早的无损检测方法是20世纪30年代旧中国使用的磁粉检测法，当时上海综合实验室已经有了美国进口的台式磁粉检测机，但是应用很少。1949年中国已经在苏联专家的指导下利用新兴的磁粉探伤仪对军工业产品进行无损检测。同年军工业和重工业领域在苏联专家的指导下以煤油+滑油、机油+煤油为渗透剂进行产品检测。1957年现在的上海探伤机厂前身上海联达华光仪器厂的杨百林成功制造出我国第一台手提式交直流磁粉探伤机。1958年杨百林又成功试制出我国第一台自己的台式磁粉探伤机，并且引入了X射线探伤机和仿制了苏联超声波探伤仪。1959上海探伤机厂成功试制出我国第一台工业用X射线探伤机，富拉尔基重型机械厂制造出最初的超声探伤试块，1960年国内开始了超声探头的研制。1963年成功研制出60COγ射线探伤机和探伤管。1793年到1989年是我国射线检测发展最迅速的时期也是射线检测技术趋于成熟的时间段，在这期间1988年我国的第一台数字超声探伤仪也成功问世。在这之后我国的射线检测技术已经是应用非常广泛的检测技术，尤其是油气管道方面，只有一直到2008年国产的超声相控阵探伤仪开始陆续出现。1.2.2国外发展现状国外有关无损检测技术的应用时间更长也更加全面，从1830年开始国外就已经开始有关超声波的技术研究，到1918年开始利用超声波的反射性质进行潜水艇的水下探测研究，直到1943年才开始有应用于商品，产品的超声波检测。射线检测研究起源于1895年德国的伦琴教授发现伦琴射线也就是现在的X射线，最开始的X射线主要应用在医学领域，之后法国的贝克勒尔紧接着就在1896年发现了γ射线，而射线检测首次应用于检测物品是在1900的法国海关，用来检测来往乘客的行李。直到1920年X射线才开始应用在工业领域进行产品检测，930年进入γ射线检测领域，最后在1946年携带式的X射线机出现了，从这时开始国外射线领域进入了快速发展的阶段。国外无损检测发展的重要转折点便是第二次世界大战，因为战争原因，军事与医疗业发展迅速，大量的应用超声与射线技术，战争结束之后，工业与机械业进入发展阶段的同时无损检测技术也得到了大力的发展。从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。近20年来，对超声导波的研究已渗透到了管道、实心柱体以及复合板材等介质中，其中对于在管道中传播的超声导波的研究最成熟最近几年，超声波测绘技术得到了极大的发展。近几年国外相控阵探伤技术发展迅速，美国的奥林巴斯相控阵探伤仪依旧是世界应用最广泛的相控阵探伤仪。1.3天然气管道天然气管道作为输送天然气的主要途径，其安全性十分重要，天然气管道的安全性与管道所用材料的材质和管道的结构息息相关，管道的结构相对简单是由单根的管道逐根连接进行焊接组装成为一条长管道，结构方面尤其需要注意的就是焊接质量，只有保证单根管道直接焊接的质量才能保证管道结构的稳定。钢管种类很多，用于不同情况的管道工程，例如无缝管适用于管径为529mm以下的管道，螺旋缝管和直缝管适用于大口径管道。集输管道的管子横断面结构分为很多种，较为复杂的有内涂层-钢管-外绝缘层-保温或保冷层；相对简单的只有钢管和外绝缘层，而内壁涂层及保温或保冷层均根据输气条件和地理位置再加确定。并且为保证管道内天然气的输送效率，426mm管径以上的新管道需要采用内涂层。管道的主要材料是钢管，天然气管道选材经过了许多年的甄选，最初在20世纪60年代时，大部分工程的管道基本都选择X52钢级，到70年代开始选用X60、X65钢级，80-90年代以X70钢为主。而外国一些国家输气管道发展较快已经开始使用X80钢。1.4天然气的性质及重要性天然气现在的用途主要是替换曾经的煤气、水煤气、煤、汽油、柴油等成为一种环安全环保的新型燃料，除此之外，由天然气工业生产的\t"/item/%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%B0%94/_blank"丙烷、\t"/item/%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%B0%94/_blank"丁烷还是现代工业的重要原料。1.4.1天然气的性质天然气是以烃类为主体存在于地下岩石储层中的混合气的总称，其比重约为0.65，比空气轻，无色、无味、无毒。天然气的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，还有少量的乙烷、丙烷和丁烷。此外，一般还有硫化氢、二氧化碳、氮气和水蒸气、少量一氧化碳和少量稀有气体，如氦和氩。在天然气输送至最终用户之前，为了便于泄漏检测，应使用硫醇、四氢噻吩等向天然气中添加气味。天然气不溶于水，密度为0.7174kg/N，相对密度（水）为0.45，燃点（℃）为650，爆炸极限（v%）为5-15。在标准条件下，甲烷制丁烷为气态，戊烷以上为液态。甲烷是最短、最轻的碳氢化合物分子。有机硫化物和硫化氢是常见的杂质，在使用天然气的大多数情况下，必须事先去除。含有较多硫和杂质的天然气在英语中被称为“酸的”。天然气每立方米热值为33487kJ至35580kJ。每公斤液化气热值为46044kJ。气体液化气的比重为0.55%，每立方米液化气的热值为105483kJ。每瓶液化气重量14.5kg，总燃烧热值为667643kJ，相当于20m3天然气的燃烧热值。天然气耗氧情况计算：1m³然气（\t"/item/%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%B0%94/_blank"纯度按100%计算）完全燃烧约需2.0m³\t"/item/%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%B0%94/_blank"氧气，大约需要10m³的空气[1]。1.4.2天然气的重要性天然气作为一种新型燃料使用方法有许多，并且具备许多以往的燃料，例如煤水煤气等没有的优势。因为天然气中不含一氧化碳，比空气轻，一旦泄漏，它的扩散速度非常迅速很难积累形成爆炸性气体所以它的安全性相比于其他易燃材料非常高。从环保的角度来说使用天然气可以有效的减少煤炭和石油的消耗，从而可以大大改善环境污染。相比于煤、人工煤气等作燃料，天然气可以将二氧化硫和粉尘的排放量降低到近100％，二氧化碳的排放量减少60%，氮氧化物的排放量减少50%，这样一来酸雨的形成率就会降低，防止全球变暖，成功的从根本上帮助环境质量的改善。天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量[2]。天然气与\t"/item/%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%B0%94/_blank"煤气等燃料相比经济实惠，燃料的同比热值价格几乎相同，并且燃烧天然气可以有效的提高灶具寿命，因为天然气更加的情节干净，能够减少用户维修方面的支出。燃烧天然气能够改善空气质量，空气质量更好，地区的经济发展也会更有动力，在带动经济繁荣的同时还能够改善环境。所以相比之下，无毒、易散发，比重轻于空气，不易积聚成爆炸性气体的天然气更加安全可靠。如今大部分家庭开始使用天然气，人们的生活质量，家居环境成功得到改善。1.5本文的研究内容随着中国天然气计划的近期实施，天然气产业已成为中国的新经济增长点。因为天然气运输需求的增加，所以天然气传输行业的发展也正在蓬勃发展。中国国民经济要保证持续稳定发展，天然气运输管道的安全运行起着重要作用。如果天然气长途管道出现问题，不仅会威胁经济损失，而且还会威胁到社会稳定。由于天然气长距离管道本身的环境影响，它还容易受到各种介质的腐蚀。因此，有必要分析讨论相关的管理和问题，以确保天然气长输管道的良好运行。所以本文的研究内容主要是有关天然气及天然气管道的安全性及安全检测的发展以及安全管理，管道的安全性是天然气输送安全的基础，天然气管道的检测则可以尽可能地减少事故发生或者在事故发生前及时阻止这种危险。为了了保证天然气管道工程的安全性对青宁管道项目工程进行危险分析并通过安全检查表法进行危险源辨识。而防止天然气管道的事故发生，需要使用无损检测的技术，使用无损检测技术对天然气管道进行安全检测，无损检测行业经过这些年的发展已经有了非常完善的射线检测技术，以及近些年才开始的超声波相控阵探伤检测技术。本文将通过对比两种无损检测方法，介绍超声波相控阵探伤检测技术相比于射线检测技术的优点。为了保证防止天然气管道的事故发生，需要使用无损检测的技术，使用无损检测技术对天然气管道进行安全检测，在天然气管道投入使用之前确保管道的安全性，避免管道投入使用过程中发生泄露，爆炸等事故。除此之外管道施工过程中的安全管理与投入使用后的检修保护也非常重要。第2章天然气管道危险因素分析2.1天然气管道项目工程概况2.1.1工程项目概况本文研究对象为国家重点输气工程，青宁输气管道工程。青宁（青岛——南京）输气管道工程是国家发改委、国家能源局重点督办的大型能源建设项目，对于补足仪征基础设施短板、实现经济转型发展、保障社会民生都具有极其关键的意义。随着“煤改气”工程的大力推进，天然气需求将出现爆发式增长，迫切需要天然气在实现清洁能源替代和保障能源供需平衡方面发挥巨大作用。中国石化在华北地区已建设投运榆济管道、山东LNG及山东管网和天津LNG及其外输管道，在建、拟建文23储气库、鄂安沧管道一期、新气管道二期等项目，华北地区的区域性环网布局已基本形成；“十三五”期间，随着华北陆上气增加、天津LNG项目投产和山东LNG项目快速上产，中石化在整个华北地区尤其是山东省，天然气资源较多，青宁输气管道可作为东部天然气供应沿海大通道（北部），将山东管网乃至整个华北管网与南部川气东送管道连通，实现长三角和华北两大区域管网气源多元化、供气稳定化，确保供气安全；同时拓宽中石化市场范围。青宁输气管道的建设，不仅实现中石化南北两大输气管网（华北管网和川气东送系统）的互联互通，同时与已建的山东管网、天津LNG外输管道、川气东送管道，在建的鄂安沧管道一期、拟建的潜江—中原储气库群输气管道（新疆煤制气外输管道二期工程）一起，形成我国中东部地区干线环状管网，进而实现华北陆上天然气资源、川气东送资源以及山东、天津LNG资源相互联通的供气格局，使中国石化主要天然气资源更加灵活调配，提高市场安全保供能力。目前，中石化在上海、江苏等东部沿海市场仅有川气东送管道供应，且位于管道末端，青宁输气管道建设后，可以提高东部沿海市场的安全保供能力。同时，随着江苏城镇化的大规模推进，环境要求的提高，江苏用气缺口将快速增大，预计2025年江苏天然气市场需求量517×108m3，缺口达99×108m3，本项目可以将山东的气源输送到江苏，开拓苏北市场，增供川气东送长三角已有市场，保障江苏省天然气供应。综上分析，青宁管道建成后，不仅仅是山东LNG的南下通道，更是作为“中石化中东部地区干线环状管网”和“东部沿海输气通道”主要组成部分，可以发挥中石化多个气源以及与其他资源之间的南北调配和互保互供作用，使得资源流向市场范围更广，竞争力更强。同时，可以将沿海地区经济发展较好的山东、江苏连接起来，增加高端市场的供给量，并且作为沿海LNG资源的代输通道，能够实现效益最大化。本项目管道分布地图见图2-1青宁管线分布图，图2-2青宁管线宏观走势图，各地区工程段位置及长度见表2-1管道沿线行政区一览表地形地势分述如下：青岛市：青岛市是青宁输气管道工程的第一站，位于山东省山东半岛的东南部，西南与日照市接壤。青岛土质有：棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土、盐土五种，以棕壤为主，占比达59.8%，此次工程所在区域土质便是棕壤。地质方面，青岛区域内以整体性较稳定的断块隆起为主，地形上升幅度不大，较为平坦，利于施工。（2）日照市：以丘陵地貌为主，地形起伏较大，上部覆盖层较薄，多为砂土。局部地段岩石出露，为褐黄色花岗片麻岩，强风化，裂发育，较破碎，机械可开挖，坪岚铁路与沿海高速交叉地段中等风化岩面较浅。地质条件优秀，因土质以砂土为主会对施工造成一定困难。（3）临沂市：位于山东省东南部，是鲁中山区的一部分。东邻日照市，南邻江苏省，位于青宁管道工程段中部区域。临沂市地形较为复杂，一望无际的平原、纵横交错的河流、高低起伏的丘陵、层峦叠嶂的山脉皆有。所以临沂施工段的选址非常重要，需要尽量选择平原地带，否则会给施工带来很大的困难。（4）连云港市：连云港处于中国的沿海北部，江苏省的东北区域，在青宁管道工程中是连接山东、江苏两省的重要区域。管道经过区域赣榆、东海属侵蚀丘陵向淮北平原过渡带，地形起伏不大，表层多为冲洪积土覆盖，可塑状态，厚度一般大于3m；绣针河一带地表多为冲洪积成因砂。（5）宿迁市：位于江苏省北部，东与连云港相接，南与淮安市毗邻。整体格局成西北，东南低，最高、最低点海拔高度分别是71.2m、2.8m，大部分地区海拔位于40m一下。地形平坦，以平原为主，便于施工。（6）淮安市：淮安市位于江苏省北部的中心区域，南连扬州，西邻宿迁。地处江淮、黄淮两大平原，地势平坦，以平原为主，但是区域内河流、湖泊较多，例如中国五大淡水湖之一的洪泽湖大部分位于淮安市境内，除此之外还有宝应湖、白马湖、高邮湖这样的中小型湖泊。还有\t"/item/%E6%B7%AE%E5%AE%89/_blank"京杭大运河、淮沭\t"/item/%E6%B7%AE%E5%AE%89/_blank"新河、苏北灌溉总渠、\t"/item/%E6%B7%AE%E5%AE%89/_blank"淮河入江水道、\t"/item/%E6%B7%AE%E5%AE%89/_blank"淮河入海水道、废黄河、六塘河、盐河、淮河干流等9条河流在境内纵贯横穿。选址时需要尽量避开湖泊，河流所在位置，会大大降低施工难度。（7）扬州市：位于江苏省的中部区域，西北接壤淮安市，西南毗邻南京市，市青宁管道项目连接南京的最后一站。扬州地势西高东低，自西向东扇形倾斜。最高处为仪征市（江苏省县级市，由扬州市代管）区域，以丘陵山区为主，最低处位于宝应县一带，多为平原。此次扬州工程段是从宝应县至仪征市，施工较为方便。土质方面，扬州地表以下3m范围内土层为粘土、粉质粘土等。图2-1青宁管线分布图图2-2青宁管线宏观走势图表2-1管道沿线行政区一览表行政区域线路长度（km）省份地市县（区）山东省青岛市黄岛区36.91日照市东港区34.46岚山区37.53临沂市临港区10.6江苏省连云港市赣榆区54.83海州区14.33东海县21.52宿迁市沭阳县63.66淮安市涟水县23.07淮阴区17.35淮安区44.64扬州市宝应县50.77高邮市69.7邗江区3.28仪征市53.35合计5362.1.2站场设置青宁管道项目工程共设1个管道公司（含调控中心）、3个管理处（含抢维修中心）、13座输气站，站场设置详见表2-2各类站场设置一览表。表2-2各类站场设置一览表序号名称站场所在地里程（km）间距（km）备注1管道公司江苏省扬州市2日照管理处山东省日照市3淮安管理处江苏省淮安市4扬州管理处江苏省扬州市5输气首站山东省青岛市黄岛区泊里镇006泊里分输站山东省青岛市黄岛区泊里镇14.5914.59合建7岚山分输站山东省日照市岚山区碑廓镇108.2493.65新建续表2-2各类站场设置一览表序号名称站场所在地里程（km）间距（km）备注8柘汪分输清管站江苏省连云港市赣榆区柘汪镇121.4613.22新建9赣榆分输站江苏省连云港市赣榆区城西镇153.8832.42新建10连云港分输站江苏连云港市海州区岗埠农场188.8234.94新建11宿迁分输清管站江苏省宿迁市沭阳县马场镇252.5663.74新建12湖东分输站江苏省宿迁市沭阳县湖东镇新建13淮安分输站江苏省淮安市淮安区朱桥镇339.5586.99新建14宝应分输清管站江苏省扬州市宝应县范水镇394.6355.08新建15高邮分输站江苏省扬州市高邮市龙镇435.5240.89新建16扬州分输站江苏省扬州市仪征市马集镇519.2083.68新建17南京末站江苏省扬州市青山镇536.0016.80新建2.2天然气管道工程危险有害因素分析无论是是在施工还是日常维护的过程中，天然气管道的安全都是十分重要的，因为有许多的原因会导致天然气管道出现问题从而引发事故例如在天然气管道的输送过程中有可能会因为输送管线过长、设计不合理，施工质量存在问题，没有做好防腐蚀工作等原因出现管线，阀门等被腐蚀或出现裂纹导致管道泄漏。以及在施工过程中由于天气原因，地质灾害等出现管道基坑塌陷，出现事故。所以为了保证天然气管道施工和运行过程中的安全需要对天然气管道工程进行危险有害因素分析。2.2.1设备设施危险有害因素分析天然气是易燃易爆气体，因此天然气管道的密闭性就极其重要。需要对青宁管道项目沿途管道、阀室、输气站等进行危险有害因素分析，青宁管道输气工程为长输气管道工程天，然气输气距离较长，而输送的天然气有具有一定的危险性。所以在运行管理过程中，可能存在设计不合理，因腐蚀，疲劳等因素，容易造成管线，阀门，仪器仪表等设备设施及连接部位泄漏而引起火灾，爆炸事故。防腐工作不完善，管道发生腐蚀有可能大面积减薄管道壁厚，导致过度变形或工作压力下爆破，也有可能导致管道穿孔地上管线由于气候原因，可能引起管道保护层破坏，造成管道点化学腐蚀，化学腐蚀，应力腐蚀等。焊接管道时若焊接位置有缺陷甚至裂纹，可能导致管道在工作过程中发生天然气泄露甚至管道破裂情况，密封的管道发生泄露或破裂非常容易引起燃烧爆炸事故。2.2.2土质条件有害因素分析项目工程管线位置以平原为主，土质大部分为砂土、粘土、粉质粘土。粘土可塑性强，水分子不容易通过，一般粘土地带管线较为安全不易发生危险。而砂土颗粒大，可能会发生砂土液化现象，砂土液化会导致孔隙水在超孔隙水压力下自下向上运动。在砂土层上方没有渗透性更差的覆盖层情况下，地表会大面积出现地下水.地震、爆炸、机械振动等都可以引起砂土液化现象，在管道施工过程中撒谎图液化会导致管道基坑坍塌，致使管道滑落，造成事故。在粉质黏土上施工时需要，需要注意粉质黏土的时效性，管道焊接时一般用土坑将管道架起，一旦粉质黏土发生变形，管道就非常有可能滑落，砸伤施工人员。2.2.3自然环境有害因素分析管道施工有可能会会受到气候影响，山东江苏两省中的连云港，宿迁两市为临海城市，夏季台风多发季节，如果有台风出现会造成多日阴雨天气，导致管道基坑积水严重，施工人员无法确定坑中积水情况贸然施工极易发生事故，并且因为积水问题部分用于架接管道的土坑容易坍塌，导致管道从土坑上滑落造成事故。并且检测，焊接等工作无法在阴雨天气及积水严重地点工作，所以为了保证不延误工期，需要在施工前确定好天气条件，先施工降水量大，降雨频繁地点。2.2.4地质情况危险有害因素及施工难点分析青岛、临沂市地形复杂，选址时虽然尽量选择平原地带施工，但是无法避开去所有丘、山区。当在丘陵、山区地带施工时，埋设管道危险系数较高，大型施工机械工作时可能会导致山体滑坡，所以在施工时必须时刻注意周边环境，不能为了加快施工进度而盲目施工，施工时要时刻谨记安全第一，以人为本原则。淮安市水网纵横，部分区域管道需要埋设在河床下，由于施工规模原因无法进行大面积的水下作业，所以需要先将管道焊接、检测、防腐完成后埋入河床，管道埋设时需要注意河流、湖泊岸边泥土情况，避免落水，发生事故。具体难点情况见表2-2管道沿线环境敏感地段统计表。表2-2管道沿线环境敏感地段统计表序号名称所属地区主要保护对象本工程与其关系备注1白马河水源地二级保护区山东省青岛市河流水质垂直穿越，长度约600m无法避让定向钻穿越2吉利河水源地二级保护区山东省青岛市河流水质垂直穿越，长度约660m无法避让定向钻穿越续表2-2管道沿线环境敏感地段统计表序号名称所属地区主要保护对象本工程与其关系备注3甜水河水源地二级保护区山东省青岛市河流水质垂直穿越，长度约420m无法避让，定向钻穿越4潮河水源地二级保护区山东省青岛市河流水质垂直穿越，长度约530m无法避让，定向钻穿越5付疃河水源地二级保护区山东省日照市河流水质长度约700m无法避让6绣针河水源地准保护区山东省日照市河流水质长度约3500m无法避让7江苏省涟水涟漪湖黄嘴白鹭省级自然保护区江苏省涟水县生态环境垂直穿越，长度约800m无法避让，定向钻穿越8高邮湖湿地自然保护区江苏省高邮市生态环境垂直穿越，长度约6780m无法避让，定向钻，开挖穿越2.3天然气管道重大危险源辨识天然气管道工程具有一定的危险性，天然气管道皆是密封结构，一旦管道表面出现裂纹，极易发生管道爆炸事故。青宁管道项目从山东青岛起始，终点为江苏省南京市，是我国重点输气工程，沿途路过日照、淮、宿迁、扬州等市，共六条管线支路，经过地带大部分为农田，丘陵等地带。尽量避过人群密集处及市中心地带。但是尽管已经避开人群密集地带，但是一旦发生爆炸，泄露依旧会造成极其严重的事故。所以除了需要对工程情况进行危险有害因素以外，为了保证施工质量及安全，我们还需要对施工和检测现场进行危险源辨识，同时保证施工人员和检测人员的安全。接下来我们用检查表法对天然气管道工程进行危险源辨识，见危险源检查表2-3管道施工，检测危险源检查表。表2-3管道施工，检测危险源检查表危险源检查标准可能发生事故起重车辆驾驶人员是否具备资格，时候存在疲劳驾驶或酒驾等情况机械伤害，物体打击起重臂线路是否完好机械伤害，物体打击起重车辆是否定期维护，功能是否完好机械伤害，物体打击续表2-3管道施工，检测危险源检查表危险源检查标准可能发生事故管道焊机管道焊接人员是否疲劳操作，酒后操作机械伤害，物体打击焊机线路是否有老化，破损触电射线检测仪器工作人员是否按要求站在警戒线外辐射伤害检测仪器线路是否老化，破损触电相控阵检测仪器工作人员是否酒后操作，疲劳操作物体打击检测仪器线路是否老化，破损触电管道安装过程中施工人员的不安全行为物体打击天然气贮存未定期检修贮存设备爆炸燃烧天然气运输未定期检修管道爆炸燃烧管道检测检测人员疲劳操作辐射伤害，物体打击在通过安全检查表法对施工及运行中的天然气管道进行危险源分析后就需要施工人员及管理人员的施工和维护是需要严格按照制度进行工作，尽可能的减少管道施工和运行的危险性，保证施、管理人员以及管道的安全。在根据前文中对天然气管道的事故案例分析可以知道，很多事故的起因都是因为施工时人的不安全状态造成的，盲目施工，疲劳施工，酒后施工情况非常严重，甚至有的施工人员对施工过程及结果得过且过，造成许多方面并没有达到施工要求，除此之外还有检测人员对检测结果不够严谨，许多情况并不能达到合格要求，但是问题不大就不对管道进行返修与复检，所以青宁管道项目实行焊接检测责任制，将每一条管道焊口的焊接与检测人员都相对应，如果不定期进行复检、抽检，如果出现问题，严厉处罚当事人。第3章天然气管道泄露检测方法研究3.1天然气管道检测方法介绍无损检测是一种现代工业、机械业常用的检测方式。无损检测可以通过物理、化学手段在不破坏物质结构的情况下对产品进行安全性检测，现在常用的无损检测有射线、超声、渗透三种检测方法，以及最新的相控阵检测（PAUT)。本文的主要研究内容，天然气管道的泄露检测方法研究，前文提到现如今常用的天然气管道泄漏检测方法有\t"/item/%E6%97%A0%E6%8D%9F%E6%A3%80%E6%B5%8B/_blank"射线检验、\t"/item/%E6%97%A0%E6%8D%9F%E6%A3%80%E6%B5%8B/_blank"超声检测和液体渗透检测三种。此次青宁项目用到的相控阵检测法是近年来才开始使用的检测法，还处于试用阶段，本章主要介绍相控阵检测与常规检测的差异。然气管道的泄露检测主要为应用无损检测的方法来确保管道的安全性3.1.1射线检测射线检测已经是一项非常成熟的检测技术，起初射线检测利用X射线对工业机械业产品进行无损检测，经过多年的发展现在的射线检测基本都是利用γ射线对产品进行无损检测。但是无论是X射线或是γ射线都会对人产生辐射危害，所以为了避免射线辐射对检测人员的伤害，国家大力研究，发展超声相控阵检测技术。3.1.2超声相控阵检测相控阵检测虽然检测技术相对于射线不够成熟，甚至没用相对明确统一的检测标准，但是相控阵检测技术检测方面更加全面，系统，对管道上可能出现的问题也更加敏感。随着社会发展，科技进步，相控阵检测法的全面性与对管道缺陷，伤口的探查得敏感性会让这种还不够成熟的检测技术成为以后无损检测的主要检测方法。3.1.3液体渗透检测液体渗透检测是通过液体对固体的润湿能力和毛细现象来完成的，需要先将渗透液渗入被检产品检测部位，然后在被检测产品的表面涂抹一层具有吸附力的白色显像剂，将产品内的渗透液吸出，在显像剂表面就可以得到检测的结果，最后观察结果，得出检测结论就完成了对产品的液体渗透无损检测。3.2天然气管道无损检测研究3.2.1无损检测原理无损检测原理：无损检测是指利用材料的声、光、磁、电等特性，在不损害或影响被检测物使用性能的前提下，检测被检测物是否存在缺陷或不均匀，并提供缺陷大小、位置等信息，性质和数量。与破坏性检测相比，无损检测具有以下特点。第一种是无损检测，因为检测时不会损害被检测物的使用性能；第二种是综合性的，因为检测是无损的，所以需要对被检测物进行100%的综合检测，这是不可能进行破坏性检测的；第三种是全量程的，破坏性试验一般只适用于对原材料的检测，如拉伸、压缩、弯曲等过程中普遍采用的力学，对制造用原材料进行破坏性试验。对于成品和在用物品，除非不准备继续使用，否则不能进行破坏性试验，而非破坏性试验不损害被试物的使用性能。所以，它不仅可对制造用原材料，各中间工艺环节、直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测。[2]3.2.2无损检测特点（1）非破坏性——可以在不破坏产品结构的条件下进行检测，获得试验结果时，除不合格品外，零件不会丢失。因此，检验规模不受零件数量的限制。可采用抽样检验，必要时可采用一般检验。因此，它更加灵活可靠。（2）互容性——指检验方法的相容性，即同一零件可以同时或依次采用不同的检验方法，同一检验可以重复进行。（3）动态性——这意味着无损检测方法可以对使用中的零件进行检测，并能及时检测产品运行周期的累积影响。（4）严格性——无损检测需要特殊的仪器设备，同时也需要经过专门培训的检验员按照严格的程序和标准进行操作。（5）检验结果的分歧性——不同的检验人员对同一试件的检验结果可能不同。特别是超声波探伤，同一个检验项目需要两名检验员共同完成，需要“会诊”。3.3相控阵探伤检测与超声探伤，射线检测的区别此次项目的重点内容之一便是测试使用相控阵无损检测法，在工程项目中相控阵检测法用处基本与射线检测法相同通过与射线检测法的结果对比来确定相控阵检测法的结果。相控阵探伤检测法原理于超声探伤检测相似有不同，\t"/item/%E8%B6%85%E5%A3%B0%E7%9B%B8%E6%8E%A7%E9%98%B5/_blank"超声相控阵技术的基本思想来自于\t"/item/%E8%B6%85%E5%A3%B0%E7%9B%B8%E6%8E%A7%E9%98%B5/_blank"雷达电磁波相控阵技术。相控阵检测难点国内有关相控阵探伤无损检测还没有相关的国家标准，在此次的青宁管道工程项目中相控阵检测标准暂时沿用中石化有关超声探伤检测的标准，在工程开工之前，需要先将此标准上报安全生产监督管理总局，征得同意后在于项目所经的山东，江苏两省各地安监局备案后才可以按照此标准进行检测。相控阵探伤机的组成\t"/item/%E8%B6%85%E5%A3%B0%E7%9B%B8%E6%8E%A7%E9%98%B5/_blank"超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的\t"/item/%E8%B6%85%E5%A3%B0%E7%9B%B8%E6%8E%A7%E9%98%B5/_blank"超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束（波阵面）的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像[8]。超声相控阵与射线检测对比与射线检测相比超声波探伤优点更加明显，检测更加快捷方便。如图3-1、3-2所示相控阵检测只需要一个相控阵检测仪器即可，而射线检测需要管道爬行器在管道中工作，工作人员需要根据爬行器报警的“滴滴”声来确定爬行器位置来确定爬行器时候准确的将效果图拍摄放在管道外的底片。并且射线检测需要用到的爬行器远大于于超声相控阵探伤仪，也更加沉重，工作时不易携带，不慎掉落可能会砸伤检测人员。相控阵探伤仪的优点相比之下，超声相控阵探伤仪更加小巧方便，易于携带，也更加安全。相控阵探伤仪虽然相较于超声探伤仪更加全面，相较于射线检测更加简便安全，并且没有射线检测的复杂后期工作，相控阵探伤仪会将管道情况记录在探伤仪中的储存卡呢，评片人只需要将储存卡内的数据传输到计算机上就可以准确的观察问题。而如此方便快捷的检测方法没有完全普及彻底代替射线检测法的原因是因为相控阵探伤对管道情况十分敏感，有许多在相控阵探伤仪上表现出来的问题并不是缺陷，所以此次青宁项目同时使用相控阵探伤与射线检测的原因就是通过对比确定相控阵碳上的准确性与标准。图3-1相控阵检测仪图3-2管道爬行器3.4青宁管道工程应用的检测方法在此次项目中并未用到磁粉检测法，不过于介绍，渗透检测法在本项目中多用于复检，抽检或通过射线，超声检测发现管道出现问题再通过渗透检测确定问题所在，虽然渗透检测能够确定问题所在点，但无法确认缺陷的深度，再加上相比于其它方法耗时更长，所以大部分渗透检测用于确定缺陷后的打磨，重新焊接之前。射线检测法是现如今无损检测工程中应用最多，最广泛的检测方法，此次青柠管道项目的主要检测方法就是射线检测法，射线检测法是一种非常成熟的检测方法，相比于渗透检测效率更高，在工程项目中用于管道焊接后的一次检测与二次焊接后的复检，射线检测虽然应用广泛但是检测后需要清洗胶片，再通过映片灯照射，观察胶片判定缺陷，清洗胶片需要使用特定的洗片液具有化学污染性，最后需要利用扫描仪将底片扫描保持到计算机中，底片原片也需要用装片盒妥善保存，不能受潮，保存较为困难。而且射线检测是用X射线对管道进行无损检测会对检测周边一定范围产生辐射，有一定的危险性，所以尽管射线检测方法技术成熟，但是后续操作费时费力，非常复杂，并且检测过程中具有一定的辐射危害。射线检测之后便是近几年刚推出不久的超声波检测法，而超声波检测法出现不久还未普及便出现了此次工程使用的相控阵检测法，因为此次工程使用了相控阵检测法未使用超声检测法。管道焊接结束后需要对管道进行无损检测，一次检测之后确定管道是否存在缺陷，无缺陷为一级合格，若有缺陷根据缺陷情况以及缺陷大小进行分级，类似圆形缺陷，条形缺陷，10mm以下为二级合格，10mm以上为不合格需要进行返修，返修是通过液体渗透查找缺陷位置，如果出现裂纹情况则不返修，直接割口，重新焊接，返修两次以上（包含两次）不和也需要割口重新焊接。检测结束后需要进行管道防腐，防腐后不可再进行检测。3.4.1射线检测过程射线检测需要先确定管道中有无积水，若有积水则无法机型检测，确定无积水后对管道爬行器进行检修确定爬行器的车头射线装置没有故障才能工作，若出现故障需要更换车头。检修完毕后将爬行器和胶片带到现场，胶片需要用胶片袋装好确保不会进水，缠绕管道需要检测位置一周。然后将爬行器放入管道内检测人员跟随爬行器沿管道行走，通过爬行器的“滴滴”确定爬行器位置，当爬行器到达需要检测位置后运用指令源操纵射线拍照，因为射线检测是应用伽马射线检测具有辐射危害在爬行器具有准直器屏蔽情况下操作人员需要位于射线非出束方向15m以外，检测完成后现取下胶片放好，等到爬行器退出管道将爬行器关闭，带回项目部。由于射线片不可被强光照射需要由专门洗片员在暗室中用洗片液及酒精冲洗胶片，冲洗完成后交与观片员通过映片灯确定检测结果，最后将底片置于装片箱中放于阴凉干燥处保存。3.4.2相控阵检测过程相控阵检测需要先在项目部中进行对比试块，确定试块的灵敏度、耦合等，出现问题需要及时更新试块，确定试块灵敏度及耦合没有问题后将检测仪器及管道爬行架带到现场进行检测，管道爬行架用于试块在管道检测位置的固定，检测时将爬行架置于管道上固定，匀速转动爬行架，使试块绕管道爬行一周，检测结果会以图像形式显现在相控阵仪器频幕上，检测结束后带回仪器，取出仪器中的SD卡，用读卡器将SD卡中的检测结果传入计算机，由观片员观片确定检测结果，将结果上传到信息库，保存SD卡中的检测结果。第4章天然气管道泄露危害及安全控制措施4.1天然气管道泄露危害虽然相比于其他燃烧能源，天然气更加环保安全，但是天然气依旧是一种易挥发的无色易燃易爆气体，当天然气在空气中的浓度达到5%以上的情况下就可能会发生爆炸。空气中较小浓度的天然气一般不会对人体造成伤害，但浓度一旦达到10%以上，就会对人体有害，会造成呼吸困难、眩晕虚弱、昏迷甚至失去生命。当天然气中具有一定量的硫化氢气体时，如当空气中的硫化氢达到0.31mg/L的浓度时，人的眼、口、鼻等就会因受到强烈的刺激而引起怕光、流泪、呕吐、头痛等症状，而当空气中的硫化氢含量达到1.54mg/L时，便会让人死亡。再就是燃烧不够充分的天然气也会让一氧化碳等有损人体健康的气体得以产生。4.2青宁项目天然气管道安全控制措施为了保证长距离输送天然气管道的安全运行，采取有效的技术措施，避免发生火灾、爆炸、中毒、机械损伤等安全事故，降低输气管道和基站和事故发生率，提高天然气生产企业的经济效益。4.2.1按要求确定管线位置青宁管道工程作为长输气管道工程按照国家要求在设计选线时尽量避开城乡规划区从日照至淮安、宿迁、扬州直到南京管线中途经过地区大部分为农田，丘陵河流等地带。并且与大部分公路，铁路保持一定的安全距离。按照要求输送甲、乙、丙类液体的管道和可燃气体管道与铁路平行理设或架设时，与邻近铁路线路的防火问距分别不应小于25m和50m，且距铁路用地界不小于3.0m。直接为铁路运输服务的乙、丙类液体和低压可燃气体管邀与邻近铁路线路的防火问距不应小于5m。并且不同管线平行埋设时间距不小于6m[5]。4.2.2建立健全安全管理制度对于天然气长输管道系统的管理，建立安全生产责任制，实施责任落实制度，对杜绝安全风险，避免发生安全事故，做出突出贡献的岗位员工予以奖励，而由于人为的违章操作等因素，引发安全事故，造成经济损失的情况，予以处罚，岗位员工提高安全意识，尽心尽力地做好安全工作，提高长输管道的生产管理水平，保证提高生产效率。建立健全各种规章制度，在领导的监督下，严格执行这些规章制度，并要求岗位员工遵守各项安全操作规程，学习长距离管道输气的知识，能够解决上生产实际问题，成为一名合格的员工，而受到单位的嘉奖[6]。4.2.3实施HSE管理体系针对天然气长输管道系统的特点，对天然气生产现场的集输管网系统、集气系统以及城市用户等系统进行严格的质量管理。按照HSE管理体系的要求，建立基础资料，并设置专业的安全监督管理人员，发现安全隐患，及时处理。避免发生违章指挥及违章操作的行为，保证健康、安全稳定地完成天然气输送的任务.对于石油天然气生产企业，按照HSE管理体系的要求，合理组织生产施工，并执行二书一表的管理模式，以领导承诺、全员参与的方式，提高安全生产管理水平。保证天然气输送全过程的安全，按照管理目标和体系的要求，做好基础资料的整理工作，及时进行安全风险评估，实施风险管理，制定事故应急预案，并实时进行应急演练，一旦发生安全生产事故，能够将损失降到最小，使天然气生产企业减少损失。HSE管理体系是比较成熟的安全管理体系，针对天然气长距离管道输送系统的特点，采取必要的改进措施，优化管理体系的内涵，使其满足长输管道的需要。对于天然气的生产过程实施安全管理，减少各种跑冒滴漏的现象，避免造成环境污染，防止引起火灾、爆炸等事故的发生，达到天然气长输管道系统的安全管理目标，提高天然气生产企业的经济效益[7]。4.2.4强化安全管理意识对长距离输气管道系统管理人员进行安全培训，提高安全生产的意识。经过严格的培训和教育，提高员工的安全管理水平，不仅学习天然气生产知识，而且学习安全管理措施，使岗位员工能够独立完成管道的施工作业，保证降低安全风险，对生产中常见的故障进行判断和处理，促进管道系统的安全运行。采取持证上岗的制度，没有获得安全合格证书的人员，不允许从事生产操作，避免发生违章操作的情况，提高生产管理水平，培养一批专业水平精准，责任心强的岗位员工，是保证安全生产的前提。发生安全生产事故的根本原因是人的不安全因素和物的不安全状态。人是第一要素，只有提高岗位员工的安全意识，才能使其发挥巨大的作用，达到安全操作