10 环境风险评价西气东输管道输送的天然气是易燃易爆物品，而且输送压力高(10MPa)输送距离长(4000km)，沿线地形地貌复杂，气候环境多样，输气管线和工艺站场在运行过程中，存在着因管道腐蚀、材料和施工缺陷、误操作(包括第三者人为破坏)、各类自然灾害因素等引发事故的可能，可能发生的最为严重的事故是管线和容器破裂，有可能造成大量天然气泄漏，遇明火发生燃烧和爆炸，造成人员、财产及环境损失。
本章在统计分析国内外同类输气管道事故次数和事故原因的基础上，结合工程自身特点，对其可能存在的自然风险因素、社会风险因素进行了分析和识别，运用管道风险评价法对全线管道进行了风险评价，使用道氏七版火灾爆炸指数评价法对典型工艺站场和管线发生火灾爆炸的后果进行了预测，并计算了发生火灾热辐射和爆炸冲击波时的最大危害距离，在此基础上分析了管道事故对环境的危害，最后提出了相应的事故防范措施、应急组织结构和应急预案，以期对西气东输工程建设提供参考和依据。
10.1 国内外输气管道事故统计与分析10.1.1 国外输气管道事故统计与分析1) 国外输气管道概况管道运输因其输送能力大、安全系数高、经济性强，已成为石油和天然气最主要的运输方式之一。
大规模的输气管道建设已成为各国经济发展必不可少的重要因素之一，目前世界上已建成的输气管道有140×104km，美国和前苏联的管道建设一直处在领先地位，美国已建成输气管道42×104km，前苏联有13×104km。
在美国、前苏联、加拿大和欧洲，天然气管道已连接成国际性、全国性或地区性管网，形成了庞大的供气系统，不仅保障了本地区、本国的天然气供应，而且解决了国际间的天然气贸易，提高了整个管道系统的效率。
2) 美国输气管道事故和原因分析美国是世界上建设输气管道最早、最多也是距离最长的国家，目前天然气输送管道大约有42×104km。
美国能源部曾对1970年～1984年间运行的天然气管道事故进行统计分析，结果见表10.1-1。
表10.1-1 美国天然气运营事故统计(1970年～1984年)从上表结果看出，在1970年～1984年的14年里，美国天然气管道(长输管道和集输管道)共发生了5872次事故，年平均事故率约为419次。
外力是造成美国天然气管道事故的首要原因，共发生了3144次，占事故总数的53.5%；其次是材料损坏，共发生了990次，占16.9%；腐蚀是第三位的因素，共导致了972次事故，事故率是16.6%。
3) 欧洲输气管道事故和原因分析欧洲是天然气工业发展较早、也是十分发达的地区，经过几十年的发展和建设，该地区的跨国管道已将许多欧洲国家相连，形成了密集复杂的天然气网络系统。
1982年开始，众多欧洲气体输送公司联合开展了收集所属公司管道事故的调查工作，并据此成立了一个专门组织即欧洲输气管道事故数据组织(EGIG)。
表10.1-2是该组织对1970年～1992年间该组织范围内所辖输气管道事故调查和统计的结果。
表10.1-2 欧洲输气管道事故统计(1970年～1992年)从表10.1-2结果可知，欧洲输气管道事故主要原因是由第三方引起的外部干扰，约占事故总数的53%；其次是施工和材料缺陷，所占比例为19.5%，其事故率约为外部干扰造成事故频率的1/3；第三是腐蚀，占总数的14%，地基移动、误操作和其它原因分居第4～6位，所占比例约在5%左右。
前三项事故原因不仅是造成欧洲输气管道事故的主要因素(85%以上)，而且也是整个世界管道工业中事故率最高的三大因素。
另外，据的报告，管道事故按泄漏尺寸可分为三类：针孔/裂纹：损坏处的直径≤20mm；穿孔：损坏处的直径>20mm，但小于管道的半径；断裂：损坏处的直径>管道的半径。
表10.1-3给出了管道事故中各种事故原因发生的频率。
表10.1-3 按事故原因分类(事故频率10-3/km·a)由表10.1-3可以看出，首位事故原因——外部干扰事故主要导致穿孔泄漏，第二位事故原因——施工和材料缺陷的泄漏类型以断裂居多，而第三位事故原因——腐蚀通常导致穿孔和针孔/裂纹，很少引起断裂；由于地层位移而造成的故障通常是由于受到非常大的力而形成的穿孔或断裂；在有隐患的管道上进行带压开孔造成的事故类型是穿孔和针孔/裂纹，没有造成过断裂；由其它原因造成的事故主要是针孔、裂纹类事故。
4) 前苏联输气管道事故统计和分析前苏联的石油天然气工业在80年代得到了迅猛发展，这一时期建设的输气管道包括著名的乌连戈依-中央输气管道系统，将西伯利亚天然气输送到了西欧。
该管道在前苏联境内总长4450km，管径1420mm，工作压力7.5MPa，全线设41座压气站，总功率300×104kW，天然气输送能力320×108m3/a。
总计这段管道经永久冻土段150km，沼泽地带959km，森林地带200多公里，山区545公里，线路共穿越河流700多公里，公路和铁路穿越417处，全线共计开挖土石方1.29×108m3，耗用钢材270×104t,总投资76亿卢布。
这样巨大的工程，从建设到投产仅用了14个月，充分显示了前苏联在管道设计和建设方面的实力。
前苏联输气管道在几十年的运营中，出现过各种类型的事故，表10.1-4列出的是1981年到1990年期间发生事故的统计结果。
表10.1-4 前苏联输气管道事故原因分析(1981年～1990年)从上表的统计结果可以看出，从1981年到1990年十年间，前苏联由于各种事故原因造成输气管道事故共752次，各种事故原因依其在事故总次数中所占的比例排序为：腐蚀39.9%(其中外腐蚀33.0%，内腐蚀6.9%)，外部干扰16.9%，材料缺陷13.3%，焊接缺陷10.8%，施工缺陷8.6%，违反操作规程、设备缺陷和其它原因所占比例较低，分别为2.9%、2.3%和5.3%。
5) 其它统计数据(1) 损坏类型与点燃概率的统计管道发生事故之后，形成的危害主要有因泄漏的天然气中含有H2S而形成的有毒云团、管线内喷出的天然气有可能被点燃形成的燃烧而形成的火焰产生的热辐射、因爆炸而产生的冲击波等。
表10.1-5给出了世界范围内发生管道事故时，天然气泄漏后被点燃的统计数据。
表10.1-5 天然气被点燃的概率表10.1-5中结果显示，三种泄漏类型中，以针孔泄漏类型被点燃的概率最小，其次是穿孔，断裂类型特别是管径大于0.4m的管线断裂后，天然气被点燃的概率明显增大。
(2) 管道性能与不同泄漏类型的统计——事故频率与管道性能之间也有一定关系。
表10.1-6、表10.1-7、表10.1-8中的数据显示不同壁厚、管径和管道埋深条件下事故频率的统计情况。
表10.1-6 管道壁厚与不同泄漏类型的关系(事故频率 10-3/km·a)表10.1-7 管径与不同泄漏类型的关系(事故频率 10-3/km·a)表10.1-8 不同埋深管道发生事故的比例分析上面三个表的结果可以知道，事故发生的频率与管道的壁厚和直径大小有着直接的关系，较小管径的管道，其事故发生频率高于较大管径管道的事故发生频率，因为管径小，管壁相应较薄，容易出针孔或孔洞，所以薄壁管的事故率明显高于厚壁管；此外，管道埋深也与事故率有着密切的关系，随着管道埋深的增加，管道事故发生率明显下降，这是因为埋深增加可以减少管道遭受外力影响和破坏的可能性。
——表10.1-9是事故频率与不同施工年代的关系。
表10.1-9 事故频率与施工年代的关系(事故频率 10-3/km·a)由表10.1-9可以看出，1954年至1963年期间建设的管道，由于施工缺陷和材料缺陷导致的事故具有较高的频率。
由于采用经过改进的施工标准和严格的检测方法，最近几年这一类事故的频率有所下降。
6) 国外输气管道事故比较(1) 事故率的比较由于不同的国家对事故率的统计标准有一定的差异，而且在同一个国家也并不是所有的事故都能得到准确和及时的上报。
美国能源部资料披露，在美国每报道一次事故，至少有三次其它天然气泄漏事故没有向管道部门报告。
下表是将这些因素作了纠正后得出的统计数据。
表10.1-10 欧洲、美国、前苏联输气管道事故率对比由表中的数据可见，美国每年每千公里输气管道事故率在三者中稍高。
但值得注意的是欧洲管道相对运行时效较短(约20年)，而美国有50%的管道运行已超过40年，前苏联的输气管道也进入了老龄期，有5%的管道已超过30年的设计寿命，20%的管道已使用了20年～30年，38%的管道已使用了10年～20年，只有27%的管道少于10年，预计今后前苏联输气管道事故可能会有上升趋势。
以上几个输气国家和地区的平均事故率是0.48×10-3次/(km·a)。
(2) 事故原因比较比较上述国家、地区输气管道的事故原因，发现尽管事故原因在不同国家所占比例不同，即引起事故的原因排序不同，但结果基本相同，即主要为外力影响、腐蚀、材料及施工缺陷三大原因。
在欧洲和美国，外部影响是造成管道事故的首要原因；在欧洲较小直径管道受外部影响的程度一直高于大直径管道，这主要与管壁厚度与管道埋深有密切关系，随着大直径管道建设数量的增多，外部影响造成的管道事故在欧洲已有所下降；在美国，外部影响造成的管道事故占到全部事故的50%以上。
前苏联外部影响造成的事故占总数的16.9%，排在腐蚀原因之后，是第二位事故原因。
根据统计资料，外力事故的人为因素较高，比如由外部人员和管道操作者导致的事故占80%以上，由自然因素如地震、洪水滑坡等造成的事故只占20%以下。
从以上结果可以看出，外部影响是造成世界输气管道事故的主要原因。
比较结果也同时显示，在每年的管道事故中，腐蚀造成的事故比例也比较大。
前苏联1981年到1990年期间因腐蚀造成的事故有300次，占全部事故的39.9%，居该国输气管道事故原因的首位；在美国，1970年到1984年的统计数据中，腐蚀发生了972次，占总数的16.6%，是造成事故的第三位原因，美国运输部统计的972起腐蚀事故中，40%为外部腐蚀，27%为内部腐蚀，17%为应力腐蚀；在欧洲，1970年到1992年腐蚀事故率为14.1%，事故原因排序与美国相同，排在外部影响和材料及施工缺陷之后，位居第三。
材料失效和施工缺陷在美国和欧洲是事故原因的第二位因素。
在美国，材料损坏和结构缺陷两者引发的事故有1274次，占全部事故的21.7%；欧洲同类事故占总事故的19.13%。
在前苏联，因材料缺陷、焊接缺陷和施工缺陷导致的事故次数分别是100次(13.3%)、81次(10.8%)和82次(10.9%)，合计事故率为35%，超过了外部影响的比率(16.9%)。