【深度分析】从四川阿坝九寨沟地震，看城市燃气管网的震害分析及减灾对策
8月8日21时19分，四川阿坝州九寨沟县发生7.0级地震。截至10日晚，九寨沟地震已造成20人死亡、493人受伤。国务院抗震救灾指挥部根据震情灾情综合判断，决定启动国家Ⅱ级地震应急响应。
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08月09日07时27分在新疆博尔塔拉州精河县（北纬44.27度，东经82.89度）发生6.6级地震，震源深度11千米。中国地震局已决定启动Ⅲ级应急响应。
地震预测是一个世界性的难题，尽管困难多、难度大，但我们国家在这方面的前沿性研究一直在进行，通过历次攻关研究的努力，到目前为止，我国有几十次地震在地震发生之前有所察觉。但是，从科技水平来说，准确的地震预报还是做不到的。
地震预警时间往往非常短，甚至只有几秒钟，但还是有一些作用的，比如应用到高铁、城市生命线工程等。目前，在河北唐山的几个社区已经装备燃气管道的地震紧急处置系统，就是接收到地震预警信息后，立即切断燃气管道，以减少燃气泄漏可能造成的危害。
01
地震对管道工程的危害
地震可能造成管道运输中断和油品或天然气漏失。漏失的油品或天然气，不仅会造成环境污染，而且还可能引起火灾。地震对易凝高粘油品输送管道的危害更为严重。如果损坏的管道不能在短期内修复，易凝高粘油品就可能凝固在管道内，使管道长期难以恢复运行。
震区的运输管道遭到破坏的现象，在中国、美国、苏联、日本等国都有记载。1976年中国唐山地区发生大地震，使秦皇岛至北京输油管道有四处遭受破坏而漏油，并有多处变形，造成管道停输。
在地震时，可能产生较大相对位移的地区，例如断层和滑坡地带，对于埋地管道的危害最大；砂土液化区也会给管道带来破坏性的后果。震害还常发生在管道本身刚度突变或与外界连接的部位(如接头处)、埋地管道与油罐等结构相连的部位，以及与软硬土交界处等。
02
唐山：小区燃气管网也能感应地震
2013年7月，河北唐山城市燃气管网地震安全监控和紧急处理系统正式投入使用。该系统填补了国内在地震发生时避免因燃气泄漏而发生火灾、爆炸等次生灾害的技术空白。历经两年的研发和试验，由河北省唐山市地震局联合中国地震局及工程力学研究所等单位共同研制的国内首套燃气地震应急自动处置系统在唐山投入使用。据了解，该系统可在不借助电源的情况下，在地震发生时按照设定的地震烈度值自动关闭燃气阀门，切断燃气的流动，还可实现远程监控，速报燃气管道紧急处置系统观测到的地震参数及阀门状态。燃气地震应急自动处置系统可有效提高燃气管网的安全性，防止地震中燃气泄漏引发的火灾、爆炸等次生灾害发生。
目前，唐山市防震减灾技术逐渐完善，作为全国地震监测网络的重要组成部分的唐山数字遥测地震台网技术系统，台网获取40个地震台站检测信号，可在震后8分钟分完成地震速报。
在唐山市某小区的一处燃气管道房内，一条粗管道上被安装上了多个组件，这些组件可以起到防震减灾的效果。正是有了这套设备在地震发生时，系统可以紧急处置设备自动响应判断，当达到系统设定的触发条件时，紧急处置设置会自动响应，切断燃气流动，起到防止或减少地震次生灾害的发生。不仅如此它还可以监控城市燃气管道，在地震发生时能够迅速判断地震破坏情况，为震后救灾提供科学准确的判断依据。
03
日本：预防大地震，拟建连接3大都圈燃气管网
近20年前，日本各个城市的燃气公司在向居民供气的终端低压管道上，使用能承受曲伸压力的具有抗震性能的聚乙烯管(简称PE等)的普及率就已很高。
2015年9月，日本经济产业省就已开始探讨建设连接该国东京、名古屋和大阪3大都市圈的燃气管道网。此举旨在防备发生大规模灾害，便于跨地区供应燃气。考虑到可能发生的首都直下型地震及南海海槽大地震，设想建设经由太平洋一侧或日本海一侧的管道网。
据了解，自日本大地震发生后，仙台市的液化天然气基地遭到海啸大规模破坏，当时因仙台市与新潟县有燃气管道相连，供气在1个多月后得到恢复。
04
燃气管道（防震）的规划设计措施
1、规划设计应严格控制燃气输气管线与燃气厂站设施与建筑物、构筑物及其它管道之间的安全距离(或防火间距)，必须符合相关规范要求；地下燃气管道不得从建筑物和大型构筑物(架空建、构筑物除外)的下方穿过。
2、规划设计应重视燃气设施自身的防火性能。按现行规范需要重点设防的燃气设施，主体结构构件耐火极限，应符合甲类厂房的相关要求；建筑内部装修材料的燃烧性能等级均应为A级。
3、对于燃气设施在地震中的易损部位，设计文件应明确提出切实可行的抗震处理措施，以满足工程抗震要求。
4、首站、门站、调压站增加进站电动截断阀门、各压力级制的手动放空阀。在仪表值班室便捷处应设电动截断阀门急关断按钮。
5、储气设备及大型管道应采用自动切断和自动放散装置。
6、燃气厂站的厂房宜采用轻质屋顶，提高结构抗震性能。
05
多专业协同，共同提高燃气系统整体抗震水平
工程抗震是一个多专业协同的系统工程，特别是在燃气系统工程中，不锈钢弯头管道与设备是工程抗震设计的主体。目前在国内，建筑结构抗震的技术研究与标准规范己经较为完善，但对管道与设备专业抗震的重视程度还远远不够，造成管网系统抗震设计存在局部漏洞和缺陷，在此方面建议做好以下几点工作：
（1）加强管道与设备专业技术人员的抗震技术培训，首先在高等院校相关专业课程设置中，增加工程抗震作为必修课程。
（2）在管道与设备产品研发、工程设计和施工安装各环节的技术标准中，补充完善管道与设备抗震的相关章节条文，全方位采取对策，提高燃气系统整体抗震水平。
（3）加强包括管道与设备专业在内的工程设计文件抗震审查。
1、补充完善现行规范标准中的抗震内容
1）出入地面处管道、管道补偿器、设备与管道接口、不锈钢三通、不锈钢变径、不锈钢弯头、设备基础连接处固定件、设备支撑件等地震易损部位，目前相关规范对此仅针对个别部位，提出了原则性的处理措施，缺乏可操作性。建议通过专项研究，提出规范性的具体可行的抗震措施，以满足工程抗震需要。
2）管道三通、管道变径、管道弯头等局部应力集中部位的工程标准做法，应通过地震作用下管件的应力分析、验算。
3）在穿越地震断裂带的场地条件下，提倡采用抗震性能较好的管沟敷设、架空敷设等形式。
4）技术标准的编制与修订，应及时推广使用抗震新技术、新设备，提高工程抗震水平。
2、建立燃气系统安全防灾体系
该体系主要包括对震时（强余震）燃气系统紧急控制技术措施、燃气系统震后快速修复应急供气、燃气系统修复重建基木技术、用户端灾后供气、燃气系统地震灾害的主要预防措施和修复重建工程遵循的规范标准等。阪神、洛杉矶市等的抗震救灾经验证明，建立燃气系统安全防灾体系，对减少地震灾害损失、预防地震次生灾害及高效的救灾重建十分重要，值得各地推广实施。
06
天然气管道地震风险综合评估基本思路与框架
当前，国际地震灾害风险研究高度重视人类活动在灾害与风险形成中的作用机制，认为应将二者的研究紧密结合起来。天然气管道地震灾害的风险研究应是集地震灾害学、经济学、社会环境科学等多学科的相互靠近和融合，为直接指导城市生命线工程系统规划与建设，应急救援和防灾减灾工作提供理论依据。多学科交叉的综合风险研究已成为该学科的前沿领域，构成地震灾害综合风险评估研究发展的主要方向。
在天然气管道危险性分析的基础上，借鉴国内外基于地震动参数易损性方法，分别从分管段和管道整体角度探索天然气管道给定地震动参数条件下的脆弱性；根据综合风险评估的理论思想，分析天然气长输管道包含管道沿线区域经济、社会、资源与环境等因素的综合脆弱性，探索管道震害间接损失评估理论和方法，建立天然气长输管道地震综合风险评估模型。以陕京天然气管道为例，绘制天然气长输分管段地震综合风险区划；给出针对天然气管道的综合风险管理的框架。具体内容如下:
地震预测是一个世界性的难题，尽管困难多、难度大，但我们国家在这方面的前沿性研究一直在进行，通过历次攻关研究的努力，到目前为止，我国有几十次地震在地震发生之前有所察觉。但是，从科技水平来说，准确的地震预报还是做不到的。
(1)在我国第四代地震区划(适用一般建设工程)基础上，根据超越概率理论，对天然气管道沿线区域进行峰值速度等地震动参数进行分析;采集管道沿线区域沙土震动液化程度、岩石场地发生崩塌、开裂、滑坡、塌陷次生灾害风险和场地断层活动等地质地貌数据，综合评价管道沿线地质灾害类型、程度及其分布，编制给定概率水平地震作用下的长输管道系统地震危险性区划。
(2)管道脆弱性(易损性)分析。在地震危险性分析基础上，把管道系统固有的相交点、变径处和压力站视为节点，划分天然气管道的分管段模型，并借鉴国内外基于地震动参数易损性方法，采用遗传算法与单纯形结合混合算法反演管段典型结构的地力曲线和易损性曲线参数，并与需求谱相结合进行分管段脆弱性分析；由于长输管道不同管段以及与关键设施之间彼此的高关联性，发生地震灾害易形成灾害链，综合考虑物理损坏、功能失效、恢复中断和备份替代等内部的关系，从管道整体服务功能的角度探索天然气管道地给定震动参数条件下的脆弱性分析方法。
(3)管道沿线区域社会经济脆弱性与损失评估。借鉴HAZUS一MH和RISK一UE等关于次生灾害损失、社会影响和经济损失评估方法的思想，把损失的风险评估分为4个方面，即直接损失、间接损失(包括经济影响)、社会影响以及资源环境影响。第一、直接损失分析界定为管道及其配套设备损失和次生灾害损失，并且从功能恢复角度来分级直接害损失，并且从功能恢复角度来分级直接损失；第二、间接经济损失包括与管道相关修复或重建相关设备的代价、商业中断的经济损失、宏观经济影响等，主要利用投入产出法(IO Model )、可计算一般均衡模型(CGE)等探索间接损失评估；第三、利用非市场价值等相关评估理论研究社会和资源与环境影响的承险区域脆弱性，考虑天然气管道沿线区域的生态、资源与环境、以及灾害造成的人员伤亡，等方面分析。
(4)集成上述3个方面分析，提出天然气长输管道地震综合风险评价指标体系，应用Zadeh的模糊图理论和黄崇福信息扩散理论，建立综合风险评估矩阵，建立天然气管道综合风险评估模型，并借鉴国内外天然气管道研究成果进行平整数据、调整参数、校验模型;利用GIS软件绘制分管段地震综合风险区划，给出针对天然气管道的综合风险管理的框架。如下图所示：
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