王林軍

浙江石油化工有限公司

摘  要：分析了浙石化馬目油庫—魚(yú)山海底輸油管道泄漏溢油存在的風(fēng)險，基于模型預測評估了管道潛在溢油事故的危害范圍，表明特定風(fēng)速、風(fēng)向以及泄漏時(shí)間會(huì )增加危害影響范圍。提出了海底管道選址及運行中的安全保護建議，以保障海底管道安全平穩運行。

關(guān)鍵詞：海底管道；泄漏；溢油；風(fēng)向；風(fēng)速；泄露時(shí)間

為滿(mǎn)足國民經(jīng)濟可持續發(fā)展、提高國家原油戰略?xún)�備能力和保障石油供應安全，浙石化在浙江省舟山市建設綠色石化4 000萬(wàn)噸/年煉油一體化項目，其中原油儲運系統（一期）馬目油庫—魚(yú)山輸油管道工程起點(diǎn)為馬目油庫，馬目北端西側為入海點(diǎn)，終點(diǎn)在魚(yú)山島登陸，涉海管段長(cháng)16.7 km，管道建設位置見(jiàn)圖 1。

馬目油庫—魚(yú)山輸油管道位于航道和錨地的集中區域，且周邊分布的海底管線(xiàn)多，易遭受外部因素如鋪管作業(yè)或拋錨、錨拖曳、錨鏈磨損管道、沉船等對管道造成損傷。管道登陸段南側區域距離沖刷槽很近，路由區最大沖刷幅度約1.0 m～2.5 m，存在懸空斷裂風(fēng)險。管道一旦泄露溢油，在潮流及風(fēng)海流作用下，溢油范圍隨泄漏后時(shí)間增長(cháng)而擴大，將嚴重污染海域及周邊環(huán)境。

1 環(huán)境風(fēng)險事故影響模型

1.1 溢油顆粒模型

溢油事故預測采用Johansen[1]等提出的“油顆�！蹦Ｐ�，即認為海面上形成的油膜是由大量油粒子組成的“云團”，每個(gè)油粒子代表一定的油量，油粒子之間彼此互相獨立、互不干擾，在潮流及風(fēng)海流的作用下各自平流、漂移，該過(guò)程具有拉格朗日性質(zhì)，可用確定性方法—拉格朗日方法模擬。同時(shí)，剪切和湍流等引起的油粒子擴散過(guò)程屬于隨機走動(dòng)，可用隨機走動(dòng)法模擬，油粒子在湍流場(chǎng)的運動(dòng)類(lèi)似分子的布朗運動(dòng)，每個(gè)油粒子的擴散運動(dòng)從宏觀(guān)上反映了油膜的隨機擴散運動(dòng)。因此，油粒子在△t 時(shí)間內的運動(dòng)過(guò)程分為平流過(guò)程和擴散過(guò)程。

“油顆�！蹦Ｐ涂梢源_切預報出較厚油層向油膜邊緣擴展的過(guò)程以及油膜形狀在風(fēng)向方向明顯拉長(cháng)的現象，對油膜斷裂和迎風(fēng)壓縮等預測評估也比傳統模式更具合理性，已成為近年來(lái)應用較為廣泛的溢油預測模式。

在風(fēng)海流的共同作用下，油粒子群的每一個(gè)油粒子的運動(dòng)可用下式表示：

式中： X 、 Y 為油粒子經(jīng)過(guò)△t 后的位置， X0、 Y0為某質(zhì)點(diǎn)的初始坐標； U 、 V 分別為X 、 Y 方向的流速分量，包括潮流和風(fēng)海流兩部分，流場(chǎng)由前述潮流模式計算得到； W10為海面上的風(fēng)速； A 為風(fēng)向； α 為風(fēng)拖曳系數； r 為隨機走動(dòng)距離（擴散項），是由水流的隨機性脈動(dòng)所導致每個(gè)油粒子的空間位移， r ＝RE ， R 為0～1之間的隨機數， E 為擴散系數； B 為隨機擴散方向， B ＝2πR 。

1.2 風(fēng)拖拽系數選取

風(fēng)海流采用如下計算公式：

式中α 為風(fēng)拖曳系數， f(θ)為科氏力引起的偏轉角的函數， θ 為偏轉角。

風(fēng)拖曳系數是海洋大氣物理學(xué)中的重要參數，本次采用WuJin公式，即：

式中，在北半球，風(fēng)海流向右偏轉于風(fēng)向，本次偏轉角取15°， α 取0.03。

1.3 溢油點(diǎn)設置

本海底管道工程跨越長(cháng)白西航道和規劃的大魚(yú)山10萬(wàn)噸級航道，五峙山北錨地和大魚(yú)山東南錨地距離管道路由較近，船舶拋錨時(shí)會(huì )危及路由安全[2]。經(jīng)分析，設置兩個(gè)管道溢油點(diǎn)，分別位于管道與長(cháng)白西航道的交界點(diǎn)（CB1）、大魚(yú)山10萬(wàn)噸級航道（YS2），溢油位置見(jiàn)圖 2。管道管徑813 mm、運行壓力0.98 MPa、輸送原油密度按0.88 g/cm3計。保守按輸油管道被鐵錨破壞、單管斷裂，泄漏速度為0.74 m3/s，發(fā)生泄漏時(shí)間按1 h計，泄漏量約2 664 m3�？疾祜L(fēng)向、風(fēng)速、原油泄漏后時(shí)間長(cháng)短對溢油范圍的影響。

1.4 溢油事故預測方案

根據氣象條件，海底管道所在海域附近夏季盛行SE向風(fēng)，冬季盛行NW向風(fēng)，年主導風(fēng)向為SE向。按《船舶污染海洋環(huán)境風(fēng)險評價(jià)技術(shù)規范（試行）》要求，選取對主要敏感目標最不利的風(fēng)向為不利風(fēng)向，風(fēng)速為相應的年平均風(fēng)速。管道環(huán)境敏感區域位于管道北側、南側及東側，油污對周邊的海洋保護區造成危害為不利情況，故根據溢油點(diǎn)和環(huán)境敏感區域位置，試算后選擇不同的不利風(fēng)向分別為W、 SW、 S和N向風(fēng)[3]。故本次預測主要考慮SE向風(fēng)、 NW向風(fēng)，以及不利風(fēng)向W、 SW、 S和N向風(fēng)，風(fēng)速取多年平均風(fēng)速，不利風(fēng)向時(shí)取最大不利風(fēng)速10.8 m/s。選擇高平潮時(shí)刻進(jìn)行溢油預測，工況見(jiàn)表 1。

2 預測結果分析

預測結果表明，由于周邊海島的阻隔作用，不同 風(fēng)向時(shí)溢油影響的差別較大。 YS2發(fā)生溢油事故時(shí)，工況1（高平潮， SE風(fēng)向， 4.0 m/s風(fēng)速） 6 h掃海面積為63.0 km2， 72 h后掃海面積為3 582.3 km2（圖 3）；工況3（高平潮， W風(fēng)向， 10.8 m/s風(fēng)速） 6 h掃海面積為195.7 km2， 72 h后掃海面積為8 026.8 km2；工況4（高平潮， SW風(fēng)向， 10.8 m/s風(fēng)速） 6 h掃海面積為75.5 km2， 72 h后掃海面積最大，為12 983.2 km2（圖 4）。不同風(fēng)向對環(huán)境敏感區域溢油響應時(shí)間各不相同，最快2 h溢油到達環(huán)境敏感區域，岱山省級風(fēng)景名勝區受影響最嚴重。

CB1發(fā)生溢油事故后，工況1（高平潮， SE風(fēng)向， 4.0 m/s風(fēng)速） 6 h掃海面積61.2 km2， 72 h后掃海面積為3 525.5 km2；工況3（高平潮， W風(fēng)向，10.8 m/s風(fēng)速） 6 h掃海面積195.7 km2， 72 h后掃海面積為8 026.8 km2（圖 5）；工況4（高平潮， SW風(fēng)向， 10.8 m/s風(fēng)速） 6 h掃海面積93.8 km2， 72 h后掃海面積最大，為10 542.4 km2；工況6（高平潮， N風(fēng)向， 10.8 m/s風(fēng)速） 6 h掃海面積為8.2 km2， 72 h后掃海面積為759.5 km2（圖 6）。不同風(fēng)向對環(huán)境敏感區域溢油的響應時(shí)間各不相同，最快1 h溢油到達環(huán)境敏感目標區域，主要敏感目標中五峙山列島鳥(niǎo)類(lèi)自然保護區受影響最嚴重。

3 結語(yǔ)

（1）模型分析結果表明，特定風(fēng)速、風(fēng)向以及原油泄漏后的時(shí)間決定泄漏危害影響范圍大小。

（2）在管道工程設計、施工和運行中要統籌考慮各種影響因素。選址時(shí)盡量避開(kāi)海底沖刷嚴重區 域，防止因海底管線(xiàn)覆土沖刷過(guò)快而導致海底管線(xiàn)裸管或者懸空；避開(kāi)地震災害頻發(fā)區域和深槽區。施工時(shí)加強船舶管理，準確掌握周?chē)�海域第三方建構筑物位置，采用雷達視頻監控系統，對管道附近海域船舶實(shí)時(shí)監控，及時(shí)驅離停留在管道上方的船舶。采用聲吶和淺地層剖面儀，提高海底管道運行過(guò)程中埋深和裸管調查頻率，及時(shí)掌握海床地形變化趨勢，提前采取預防措施，消減潛在風(fēng)險。

（3）管道運行單位和相關(guān)部門(mén)制定有針對性的應急預案，并納入當地海事管理部門(mén)的溢油應急響應體系。落實(shí)各項應急準備工作，使事故可能造成的危害減少到最低程度，從而減少溢油風(fēng)險事故對生態(tài)環(huán)境的影響。

參考文獻：

[1]  Johansen O.Development and verification of deep- water blowout models[J].Marine Pollution Bulletin，2003， 47(9/12)： 360-368.

[2] 李長(cháng)印，祁志江. 杭州灣海底管線(xiàn)南岸施工的風(fēng)險防范和應急程序[J]. 石油化工建設， 2009(03)： 46-47.

[3] 宋金升，劉超，李長(cháng)江，等. 海底輸氣管道泄漏擴散可視化仿真軟件開(kāi)發(fā)[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2019， 34(02)： 120-125+129.

作者簡(jiǎn)介：王林軍， 2014年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，就職于浙江石油化工有限公司儲運事業(yè)部，主要從事長(cháng)輸管線(xiàn)陸管及海管管道運維工作。聯(lián)系方式： 15168090938，zsh_wanglinj@rong-sheng.com。