吳斌

中國石化青島液化天然氣有限責任公司 

 

摘要：LNG碼頭及附屬設施由于其特殊的地理位置和結構特征，普遍存在遭受氣象災害、海洋災害、地質(zhì)災害等自然災害的風(fēng)險。以山東某LNG碼頭自然災害監測預警及風(fēng)險防控為例，通過(guò)對LNG碼頭遭受自然災害風(fēng)險進(jìn)行識別與評價(jià)，構建了LNG碼頭自然災害風(fēng)險識別與評價(jià)體系，完善了風(fēng)險評估方法、標準、防治體系，建立了自然災害監測預警平臺，科學(xué)有效地開(kāi)展LNG碼頭自然災害風(fēng)險防控，可供同行業(yè)參考借鑒。

關(guān)鍵詞： LNG碼頭；自然災害；監測預警；風(fēng)險防控

 

LNG碼頭作為接收進(jìn)口LNG資源的重要中轉站，是構建多元化天然氣供應體系的重要場(chǎng)所，對于保障國家能源安全有重要意義。LNG碼頭及附屬設施由于特殊的地理位置和結構特征，普遍存在遭受自然災害的風(fēng)險。

通過(guò)資料收集、現場(chǎng)調查及相關(guān)調研，LNG碼頭自然災害主要包括氣象災害、海洋災害、地質(zhì)災害三大類(lèi)。其中氣象災害主要包括臺風(fēng)、暴雨、大霧等；海洋災害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰等；地質(zhì)災害主要包括地面沉降、地震災害等。為此，需開(kāi)展自然災害識別與評價(jià)、監測預警、應急處置等工作，構建科學(xué)有效的自然災害防控體系，保障LNG碼頭安全建設與運營(yíng)。

1  自然災害風(fēng)險評價(jià)

1.1  風(fēng)險評價(jià)方法

LNG碼頭自然災害風(fēng)險評價(jià)可采用風(fēng)險矩陣方法、數值模擬、層次分析法、專(zhuān)家經(jīng)驗法等綜合評價(jià)方法。

臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、海浪等災害風(fēng)險評價(jià)。采用風(fēng)險矩陣方法將致災體危險性和承災體的敏感性進(jìn)行量化，由量化結果確定致災體的危險性等級和承災體的敏感性等級，災害的風(fēng)險等級由致災體的危險性等級和承災體的敏感性共同決定，見(jiàn)表 1。

表 1 災害風(fēng)險分級矩陣

地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)。主要通過(guò)構建災害風(fēng)險評估指標體系，依照公式（1）綜合考慮災害危險性、易損性和失效后果來(lái)確定，同時(shí)基于層次分析法、風(fēng)險指數法、專(zhuān)家經(jīng)驗法計算得出各評價(jià)因素權重，并通過(guò)一致性檢驗。層次分析模型見(jiàn)圖 1。

式中：R為災害風(fēng)險；H為危險性；V為易損性；C為失效后果。

圖 1 層次結構模型

根據災害風(fēng)險評價(jià)中各因子取值大小，依照公式（2）對各評價(jià)對象的風(fēng)險評價(jià)指數進(jìn)行計算，進(jìn)而對評級結果進(jìn)行風(fēng)險分級，最終確定災害的風(fēng)險等級。

式中：R為災害風(fēng)險評價(jià)指數；Wi為權重；Ni為各因素指數。

暴雨積水風(fēng)險評價(jià)。采用基于GIS與SWMM的城市雨洪模擬模型，結合地方經(jīng)驗設計暴雨公式（3），按照國家氣象局公布的暴雨預警等級，得到其對應的設計暴雨時(shí)間序列圖。

式中：P為設計重現期（年）；q為設計暴雨強度（升/秒/公頃）；t為降雨歷時(shí)（分鐘）。

分別選取四個(gè)不同暴雨預警等級的降雨時(shí)間序列，并進(jìn)行降雨模擬，得到廠(chǎng)區積水情況，見(jiàn)圖 2。綜合考慮歷史降雨量，結合國家預報暴雨量級，依據模擬結果對廠(chǎng)區內各區域暴雨災害積水風(fēng)險進(jìn)行分級，分級標準見(jiàn)表 2。

圖 2 不同暴雨預警等級下場(chǎng)區積水情況預測

表 2 暴雨災害積水風(fēng)險等級劃分標準

1.2  風(fēng)險評價(jià)結果

基于上述風(fēng)險評價(jià)方法，對LNG碼頭氣象災害、海洋災害、地質(zhì)災害進(jìn)行調查與風(fēng)險評價(jià)，各類(lèi)自然災害風(fēng)險統一劃分成四級，分別為高風(fēng)險（I級）、較高風(fēng)險（II級）、較低風(fēng)險（III級）和低風(fēng)險（IV級），風(fēng)險評價(jià)等級結果詳見(jiàn)表 3。

表 3 LNG碼頭自然災害風(fēng)險等級匯總表

2  自然災害風(fēng)險防控體系

2.1  基本原則及防控思路

自然災害防控應堅持“以防為主、防治結合、抓早抓小、風(fēng)險可控、應對科學(xué)、處置規范、經(jīng)濟合理、保障有力”的基本思路。

預警監測以“資源整合、數據共享”為原則，整合氣象、海洋行業(yè)資源，針對孕災環(huán)境、災害本體、誘發(fā)因素、工程本體四要素進(jìn)行監測。

風(fēng)險排查以自然災害（隱患）與LNG碼頭運營(yíng)安全的相互關(guān)系為核心，科學(xué)制定不同階段不同時(shí)期防治對策，做到相互銜接、有機結合，最大限度降低各類(lèi)自然災害風(fēng)險。

2.2  防控體系建設方面

建立碼頭結構質(zhì)量風(fēng)險評價(jià)模型。根據碼頭的結構特點(diǎn)和自然災害風(fēng)險，研究碼頭結構的損傷機理，找出影響碼頭結構質(zhì)量風(fēng)險的各影響因素。

建立風(fēng)險分析方法和風(fēng)險評價(jià)指標體系。對已經(jīng)建立的碼頭結構質(zhì)量風(fēng)險評價(jià)體系進(jìn)行風(fēng)險評價(jià)，風(fēng)險分析要著(zhù)重考慮影響碼頭結構質(zhì)量風(fēng)險因素的復雜性和模糊性，并且在分析時(shí)要盡量減少人為主觀(guān)因素的影響。

建立剩余使用壽命預測模型和質(zhì)量風(fēng)險的預警系統，分析在役碼頭結構的質(zhì)量風(fēng)險狀態(tài)。

2.3  監測預警平臺建設方面

建立動(dòng)態(tài)在線(xiàn)監測系統。對LNG碼頭承受風(fēng)、浪、流、地震等環(huán)境荷載和車(chē)輛荷載、船舶荷載、機械荷載等作用下的碼頭結構變形、位移等狀況進(jìn)行長(cháng)期監測。①對沉箱結構、樁基結構及工作平臺構件的變形、位移及裂紋裂縫風(fēng)化等表面質(zhì)量和結構尺寸、鋼筋銹蝕、抗滲透能力等進(jìn)行監測；②對引橋、引堤箱梁、梁板和樁基結構的水平和垂直位移、結構變形以及鋼筋混凝土表面質(zhì)量、內部質(zhì)量進(jìn)行監測；③對基床和基礎的淘刷及不均勻沉降、重要的結構部件進(jìn)行監測。

分析結構應力應變和變形位移規律。建立碼頭結構及構件應力、變形數學(xué)預測模型，得到碼頭橫梁鋼筋銹蝕深度及體系可靠度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，根據變化曲線(xiàn)建立預測模型，預測碼頭壽命。

建立碼頭設施健康監測預警平臺。主要包括自然災害的預警信息預警預報，LNG碼頭結構實(shí)時(shí)監測數據與失效預警，云端數據計算與分析，失效時(shí)間預測，各類(lèi)監測預警信息的實(shí)時(shí)互通聯(lián)動(dòng)、分析計算，輔助LNG碼頭自然災害防控決策四個(gè)方面（圖 3）。

圖 3 LNG碼頭結構設施健康監測預警平臺

2.4  應急處置

堅持“以人為本、預防為主，統一領(lǐng)導、分級負責，反應迅速、措施得當，依靠科技、提高素質(zhì)”的原則，建立應急處置組織機構，明確各層級職責，遵循分級響應程序，根據突發(fā)自然災害事件的等級，確定應急啟動(dòng)相應級別的應急預案�，F場(chǎng)應急處置人員定期進(jìn)行自然災害突發(fā)事件應急業(yè)務(wù)培訓，熟練掌握本預案內容和工作流程，不斷提高自然災害應急處置和指揮協(xié)調能力。

3  結語(yǔ)

就研究結果來(lái)看，LNG碼頭自然災害風(fēng)險最高的是海洋災害，然后是氣象和地質(zhì)災害。LNG船舶受臺風(fēng)、海浪災害威脅，同時(shí)存在與碼頭結構碰撞的風(fēng)險。地面沉降不易被發(fā)現，一旦發(fā)生災害后果嚴重。

LNG碼頭自然災害防治是一個(gè)復雜的系統工程，要建立政府主導、企業(yè)主責、社會(huì )參與的災害防治責任體系。進(jìn)一步完善監測預警技術(shù)體系與技術(shù)標準，從海況、地質(zhì)環(huán)境、海洋災害（浪蝕、洋流堆積、海岸帶地質(zhì)災害、海水腐蝕）、氣象災害、第三方視頻監測等方面，形成系統完善的LNG碼頭自然災害監測、預警與應急標準。同時(shí)建立專(zhuān)業(yè)監測與巡查巡測相結合的監測預警體系，對重大災害點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監控，防患于未然。

 

（本文系作者2023年10月13日在第四屆管道自然災害防治研討會(huì )上的發(fā)言）

作者簡(jiǎn)介：吳斌，1979年生，高級工程師，現任中國石化青島液化天然氣有限責任公司總經(jīng)理/黨委書(shū)記。多年從事天然氣儲運、液化天然氣工程建設和運營(yíng)工作，參與管道保護、自然災害防治等相關(guān)標準的編制。