吳斌

中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司 

摘要：LNG碼頭及附屬設(shè)施由于其特殊的地理位置和結(jié)構(gòu)特征，普遍存在遭受氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害等自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。以山東某LNG碼頭自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警及風(fēng)險(xiǎn)防控為例，通過(guò)對(duì)LNG碼頭遭受自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與評(píng)價(jià)，構(gòu)建了LNG碼頭自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)體系，完善了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、標(biāo)準(zhǔn)、防治體系，建立了自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，科學(xué)有效地開(kāi)展LNG碼頭自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控，可供同行業(yè)參考借鑒。

關(guān)鍵詞： LNG碼頭；自然災(zāi)害；監(jiān)測(cè)預(yù)警；風(fēng)險(xiǎn)防控

LNG碼頭作為接收進(jìn)口LNG資源的重要中轉(zhuǎn)站，是構(gòu)建多元化天然氣供應(yīng)體系的重要場(chǎng)所，對(duì)于保障國(guó)家能源安全有重要意義。LNG碼頭及附屬設(shè)施由于特殊的地理位置和結(jié)構(gòu)特征，普遍存在遭受自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)資料收集、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及相關(guān)調(diào)研，LNG碼頭自然災(zāi)害主要包括氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害三大類(lèi)。其中氣象災(zāi)害主要包括臺(tái)風(fēng)、暴雨、大霧等；海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰等；地質(zhì)災(zāi)害主要包括地面沉降、地震災(zāi)害等。為此，需開(kāi)展自然災(zāi)害識(shí)別與評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處置等工作，構(gòu)建科學(xué)有效的自然災(zāi)害防控體系，保障LNG碼頭安全建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。

1  自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.1  風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

LNG碼頭自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法、數(shù)值模擬、層次分析法、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法等綜合評(píng)價(jià)方法。

臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、海浪等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法將致災(zāi)體危險(xiǎn)性和承災(zāi)體的敏感性進(jìn)行量化，由量化結(jié)果確定致災(zāi)體的危險(xiǎn)性等級(jí)和承災(zāi)體的敏感性等級(jí)，災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由致災(zāi)體的危險(xiǎn)性等級(jí)和承災(zāi)體的敏感性共同決定，見(jiàn)表 1。

表 1 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)矩陣

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。主要通過(guò)構(gòu)建災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，依照公式（1）綜合考慮災(zāi)害危險(xiǎn)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(xiǎn)指數(shù)法、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算得出各評(píng)價(jià)因素權(quán)重，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)。層次分析模型見(jiàn)圖 1。

式中：R為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)；H為危險(xiǎn)性；V為易損性；C為失效后果。

圖 1 層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中各因子取值大小，依照公式（2）對(duì)各評(píng)價(jià)對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)評(píng)級(jí)結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，最終確定災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

式中：R為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)；Wi為權(quán)重；Ni為各因素指數(shù)。

暴雨積水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。采用基于GIS與SWMM的城市雨洪模擬模型，結(jié)合地方經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)暴雨公式（3），按照國(guó)家氣象局公布的暴雨預(yù)警等級(jí)，得到其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)間序列圖。

式中：P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年）；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)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(yù)警等級(jí)的降雨時(shí)間序列，并進(jìn)行降雨模擬，得到廠區(qū)積水情況，見(jiàn)圖 2。綜合考慮歷史降雨量，結(jié)合國(guó)家預(yù)報(bào)暴雨量級(jí)，依據(jù)模擬結(jié)果對(duì)廠區(qū)內(nèi)各區(qū)域暴雨災(zāi)害積水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表 2。

圖 2 不同暴雨預(yù)警等級(jí)下場(chǎng)區(qū)積水情況預(yù)測(cè)

表 2 暴雨災(zāi)害積水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.2  風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

基于上述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，對(duì)LNG碼頭氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，各類(lèi)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)一劃分成四級(jí)，分別為高風(fēng)險(xiǎn)（I級(jí)）、較高風(fēng)險(xiǎn)（II級(jí)）、較低風(fēng)險(xiǎn)（III級(jí)）和低風(fēng)險(xiǎn)（IV級(jí)），風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果詳見(jiàn)表 3。

表 3 LNG碼頭自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)匯總表

2  自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控體系

2.1  基本原則及防控思路

自然災(zāi)害防控應(yīng)堅(jiān)持“以防為主、防治結(jié)合、抓早抓小、風(fēng)險(xiǎn)可控、應(yīng)對(duì)科學(xué)、處置規(guī)范、經(jīng)濟(jì)合理、保障有力”的基本思路。

預(yù)警監(jiān)測(cè)以“資源整合、數(shù)據(jù)共享”為原則，整合氣象、海洋行業(yè)資源，針對(duì)孕災(zāi)環(huán)境、災(zāi)害本體、誘發(fā)因素、工程本體四要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

風(fēng)險(xiǎn)排查以自然災(zāi)害（隱患）與LNG碼頭運(yùn)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(duì)策，做到相互銜接、有機(jī)結(jié)合，最大限度降低各類(lèi)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

2.2  防控體系建設(shè)方面

建立碼頭結(jié)構(gòu)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。根據(jù)碼頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，研究碼頭結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理，找出影響碼頭結(jié)構(gòu)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的各影響因素。

建立風(fēng)險(xiǎn)分析方法和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。對(duì)已經(jīng)建立的碼頭結(jié)構(gòu)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，風(fēng)險(xiǎn)分析要著重考慮影響碼頭結(jié)構(gòu)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素的復(fù)雜性和模糊性，并且在分析時(shí)要盡量減少人為主觀因素的影響。

建立剩余使用壽命預(yù)測(cè)模型和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警系統(tǒng)，分析在役碼頭結(jié)構(gòu)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

2.3  監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)方面

建立動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)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(jī)械荷載等作用下的碼頭結(jié)構(gòu)變形、位移等狀況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。①對(duì)沉箱結(jié)構(gòu)、樁基結(jié)構(gòu)及工作平臺(tái)構(gòu)件的變形、位移及裂紋裂縫風(fēng)化等表面質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋銹蝕、抗?jié)B透能力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；②對(duì)引橋、引堤箱梁、梁板和樁基結(jié)構(gòu)的水平和垂直位移、結(jié)構(gòu)變形以及鋼筋混凝土表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；③對(duì)基床和基礎(chǔ)的淘刷及不均勻沉降、重要的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變和變形位移規(guī)律。建立碼頭結(jié)構(gòu)及構(gòu)件應(yīng)力、變形數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)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，根據(jù)變化曲線建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)碼頭壽命。

建立碼頭設(shè)施健康監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)。主要包括自然災(zāi)害的預(yù)警信息預(yù)警預(yù)報(bào)，LNG碼頭結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與失效預(yù)警，云端數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，失效時(shí)間預(yù)測(cè)，各類(lèi)監(jiān)測(cè)預(yù)警信息的實(shí)時(shí)互通聯(lián)動(dòng)、分析計(jì)算，輔助LNG碼頭自然災(zāi)害防控決策四個(gè)方面（圖 3）。

圖 3 LNG碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)施健康監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)

2.4  應(yīng)急處置

堅(jiān)持“以人為本、預(yù)防為主，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分級(jí)負(fù)責(zé)，反應(yīng)迅速、措施得當(dāng)，依靠科技、提高素質(zhì)”的原則，建立應(yīng)急處置組織機(jī)構(gòu)，明確各層級(jí)職責(zé)，遵循分級(jí)響應(yīng)程序，根據(jù)突發(fā)自然災(zāi)害事件的等級(jí)，確定應(yīng)急啟動(dòng)相應(yīng)級(jí)別的應(yīng)急預(yù)案。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置人員定期進(jìn)行自然災(zāi)害突發(fā)事件應(yīng)急業(yè)務(wù)培訓(xùn)，熟練掌握本預(yù)案內(nèi)容和工作流程，不斷提高自然災(zāi)害應(yīng)急處置和指揮協(xié)調(diào)能力。

3  結(jié)語(yǔ)

就研究結(jié)果來(lái)看，LNG碼頭自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)最高的是海洋災(zāi)害，然后是氣象和地質(zhì)災(zāi)害。LNG船舶受臺(tái)風(fēng)、海浪災(zāi)害威脅，同時(shí)存在與碼頭結(jié)構(gòu)碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。地面沉降不易被發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生災(zāi)害后果嚴(yán)重。

LNG碼頭自然災(zāi)害防治是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要建立政府主導(dǎo)、企業(yè)主責(zé)、社會(huì)參與的災(zāi)害防治責(zé)任體系。進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)體系與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從海況、地質(zhì)環(huán)境、海洋災(zāi)害（浪蝕、洋流堆積、海岸帶地質(zhì)災(zāi)害、海水腐蝕）、氣象災(zāi)害、第三方視頻監(jiān)測(cè)等方面，形成系統(tǒng)完善的LNG碼頭自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警與應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)建立專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)與巡查巡測(cè)相結(jié)合的監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)重大災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)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(zāi)害防治研討會(huì)上的發(fā)言）

作者簡(jiǎn)介：吳斌，1979年生，高級(jí)工程師，現(xiàn)任中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司總經(jīng)理/黨委書(shū)記。多年從事天然氣儲(chǔ)運(yùn)、液化天然氣工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)工作，參與管道保護(hù)、自然災(zāi)害防治等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制。