主講人戴聯(lián)雙博士：上期介紹了美國(guó)Enbridge公司6B管線(xiàn)破裂泄漏事故發(fā)生經(jīng)過(guò)和調(diào)查結(jié)論，這期將重點(diǎn)介紹失效分析的內(nèi)容。美國(guó)比較重大的油氣管道事故調(diào)查都由國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）負(fù)責(zé)，它是一個(gè)獨(dú)立機(jī)構(gòu)。NTSB的事故調(diào)查報(bào)告對(duì)失效原因分析的非常詳盡，其目的就是為了促進(jìn)管理提升和技術(shù)進(jìn)步。通過(guò)這起事故失效分析，NTSB對(duì)管道與危險(xiǎn)物質(zhì)安全管理局（PHMSA）規(guī)定的檢測(cè)周期、缺陷修復(fù)準(zhǔn)則、應(yīng)急響應(yīng)物資等提出了充分的建議；對(duì)Enbridge公司完善裂紋缺陷開(kāi)挖準(zhǔn)則、開(kāi)展腐蝕與裂紋等復(fù)合型缺陷工程適用性評(píng)估等相關(guān)研究提出了要求；指出了GE PII裂紋缺陷分類(lèi)錯(cuò)誤；對(duì)國(guó)際管道研究協(xié)會(huì)（PRCI）開(kāi)展裂紋檢測(cè)、裂紋缺陷分類(lèi)、缺陷評(píng)估等技術(shù)的相關(guān)研究提出了建議。從中我們也可以看到NTSB在促進(jìn)管理提升和技術(shù)進(jìn)步，改進(jìn)和完善法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，提高社會(huì)資源的應(yīng)用價(jià)值等方面所發(fā)揮的積極作用。

美國(guó)Enbridge公司6B管線(xiàn)破裂泄漏事故（續(xù)）

戴聯(lián)雙1  郭永華2

1 中國(guó)石油管道公司管道完整性管理中心；2 中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心

1 失效分析

NTSB先期通常都會(huì)開(kāi)展大量的調(diào)查，即收集信息資料，這些信息資料包括但不限于：①所有相關(guān)人員的訪談溝通；②可能涉及的相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的審查；③事故現(xiàn)場(chǎng)的勘察和取樣；④材料性能測(cè)試；⑤建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期情況追溯等等。為了保障這些信息的真實(shí)性和全面性，NTSB也規(guī)定了所有調(diào)查的過(guò)程和結(jié)論都不能用來(lái)作為追究任何人責(zé)任的證據(jù)，這為獲取更多真實(shí)有效的信息提供了重要的保障。本例失效分析對(duì)下述三個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了討論。

一是Enbridge公司組織管理方面，包括管道完整性管理、調(diào)度中心管理、泄漏監(jiān)測(cè)和識(shí)別、公眾教育宣傳程序（PAP）和環(huán)境響應(yīng)。

二是PHMSA對(duì)管道運(yùn)營(yíng)公司數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）、完整性管理程序和設(shè)備響應(yīng)計(jì)劃的監(jiān)督。

三是聯(lián)邦法規(guī)對(duì)管道運(yùn)營(yíng)商完整性管理程序中開(kāi)展裂紋缺陷評(píng)估和修復(fù)的相關(guān)要求。

NTSB還調(diào)查了陰極保護(hù)、微生物腐蝕、內(nèi)腐蝕、運(yùn)輸引起的金屬疲勞或第三方破壞、以及管道制造缺陷等，這五個(gè)因素都是歷次NTSB事故調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)致油氣管道失效的原因，通過(guò)對(duì)歷史上由于這些因素導(dǎo)致油氣管道失效的外貌特征和機(jī)理與此次失效特征進(jìn)行類(lèi)比分析，確認(rèn)上述五個(gè)因素不是導(dǎo)致這次失效的原因。與此同時(shí)，NTSB對(duì)導(dǎo)致失效的其他原因和相關(guān)依據(jù)進(jìn)行了深入的分析。

1.1 斷裂機(jī)理分析

NTSB的檢查顯示斷裂特征是源于管道外表面腐蝕坑的底部，這表明了腐蝕先于裂紋形成，并為裂紋萌生提供了應(yīng)力集中位置。破裂管段上發(fā)現(xiàn)的斷裂特征與斷裂機(jī)理的近中性pH SCC（應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂）和腐蝕疲勞一致。NTSB還觀察到裂紋源附近和較遠(yuǎn)處發(fā)現(xiàn)的止裂線(xiàn)有明顯的差異，這些差異說(shuō)明當(dāng)裂紋增長(zhǎng)到管壁更深的位置時(shí)斷裂機(jī)理發(fā)生改變。試驗(yàn)結(jié)果顯示在近中性pH SCC的環(huán)境中，當(dāng)裂紋增長(zhǎng)到約0.5 mm時(shí)，在靜載作用下可能停止增長(zhǎng)，但是在循環(huán)載荷作用下將以與腐蝕疲勞一致的速率增長(zhǎng)。

圖1 切管后送檢的斷裂區(qū)域管道外表面

圖2 移除氧化物后先前裂紋沿上斷裂面的彎曲截?cái)嗑�(xiàn)

（箭頭表示多個(gè)先前裂紋的起源區(qū)）

圖3 最深裂紋穿透區(qū)的斷裂面近視圖

（實(shí)線(xiàn)表示先前裂紋穿透的擴(kuò)展區(qū)域）

圖4 實(shí)驗(yàn)測(cè)得沿?cái)嗔衙娴牧鸭y和腐蝕深度

因此，NTSB得出結(jié)論，由于多個(gè)應(yīng)力腐蝕裂紋增長(zhǎng)并結(jié)合在一起形成的腐蝕疲勞裂紋造成6B管線(xiàn)在正常操作壓力下發(fā)生破裂，這些裂紋起源于剝離的聚乙烯膠帶防腐層下方的外腐蝕區(qū)域。

1.2  聯(lián)邦法規(guī)的管道管理要求分析

美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)CFR49號(hào)195.452（h）中規(guī)定：液體管道運(yùn)營(yíng)商應(yīng)通過(guò)完整性評(píng)價(jià)或其他信息以分析管道面臨的威脅，采取及時(shí)、有效的措施來(lái)保障管道的完整性，確保管道處于完整狀態(tài)。PHMSA規(guī)定“盡管所采取的措施包含修復(fù)，但是進(jìn)一步的試驗(yàn)和評(píng)估、操作改進(jìn)或管理改進(jìn)也是符合要求的”。但是，PHMSA沒(méi)有確定應(yīng)該修復(fù)哪些異常。

NTSB結(jié)論：CFR49號(hào)195.452(h)沒(méi)有給出關(guān)于何時(shí)修復(fù)何種管道缺陷的明確要求，并且當(dāng)管道上存在裂紋缺陷或同時(shí)存在裂紋和腐蝕時(shí)，沒(méi)有規(guī)定對(duì)管道完整性影響進(jìn)行評(píng)估的要求。基于NTSB的調(diào)查結(jié)論，NTSB建議PHMSA對(duì)CFR49號(hào)195.452進(jìn)行修正，明確規(guī)定：①當(dāng)開(kāi)展裂紋缺陷的工程評(píng)價(jià)時(shí)，必須執(zhí)行環(huán)境敏感性分析；②對(duì)于執(zhí)行這些工程評(píng)估的方法，包括裂紋與腐蝕復(fù)合作用的評(píng)估，采用安全系數(shù)來(lái)考慮裂紋缺陷尺寸的不確定性；③確定何時(shí)對(duì)可能存在裂紋缺陷的管段進(jìn)行開(kāi)挖和限定完成開(kāi)挖工作的標(biāo)準(zhǔn)；④確定不需要開(kāi)挖的裂紋缺陷的壓力限值；⑤對(duì)于允許保留在管道上的裂紋確定其裂紋增長(zhǎng)的可接受標(biāo)準(zhǔn)，包括疲勞、腐蝕疲勞或SCC增長(zhǎng)。

1.3  Enbridge公司管道完整性管理程序分析

Enbridge公司制定了裂紋管理程序，但是這個(gè)程序中沒(méi)有說(shuō)明在裂紋特征評(píng)估中如何考慮內(nèi)檢測(cè)識(shí)別缺陷的尺寸誤差和多種缺陷相互作用的影響。2005年Enbridge公司按照完整性管理程序要求進(jìn)行了超聲裂紋檢測(cè)（USCD）內(nèi)檢測(cè)，檢測(cè)出6個(gè)類(lèi)裂紋特征，調(diào)查結(jié)果顯示此次破裂裂紋是這6個(gè)類(lèi)裂紋特征之一。但是，其完整性管理程序完全依靠2005年USCD內(nèi)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行工程適用性評(píng)估，采用了比腐蝕管理程序更低的安全裕量，并且在分析管道完整性時(shí)沒(méi)有考慮內(nèi)檢測(cè)工具的誤差等因素和各缺陷因素相互作用的威脅。若其完整性管理程序包括了這些方面的任意一個(gè)，就有可能避免此次事故的發(fā)生。

NTSB結(jié)論：Enbridge公司完整性管理程序不充足，建議Enbridge公司修訂完整性管理程序，以確保管道的完整性符合如下要求：①采用安全裕量，作為開(kāi)挖選擇過(guò)程的一部分，保守地考慮與內(nèi)檢測(cè)中裂紋缺陷尺寸相關(guān)的不確定性；②進(jìn)行持續(xù)的重新評(píng)估，及時(shí)考察新的相關(guān)信息，以重新評(píng)估所有管道的完整性；③開(kāi)發(fā)新的復(fù)合缺陷評(píng)估方法，當(dāng)在腐蝕區(qū)域存在裂紋缺陷的位置進(jìn)行工程評(píng)估時(shí)，除了包含裂紋深度還應(yīng)包含局部腐蝕導(dǎo)致的金屬損失；④當(dāng)重新確定檢查間隔時(shí)，對(duì)循環(huán)載荷作用下的管道進(jìn)行開(kāi)挖和采用腐蝕疲勞模型，來(lái)評(píng)估處于腐蝕區(qū)域的裂紋的增長(zhǎng)速率。

1.4  裂紋類(lèi)型識(shí)別錯(cuò)誤分析

Enbridge公司管道內(nèi)檢測(cè)承包商GE PII對(duì)“類(lèi)裂紋”定義為單一的線(xiàn)性裂紋，而“場(chǎng)裂紋”定義為一簇小裂紋組成的特征，通常與SCC相關(guān)。破裂管段上識(shí)別出的6個(gè)特征（包括最終發(fā)展失效的1.31m長(zhǎng)破裂管段的特征）最初被初級(jí)分析員描述為“場(chǎng)裂紋”特征，但是監(jiān)管人員更改了最終的報(bào)告，將其解讀為“類(lèi)裂紋”特征。

事故發(fā)生后，GE PII重新檢查了內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)并確定這個(gè)特征被錯(cuò)誤分類(lèi)。失效缺陷檢查顯示，破裂特征最長(zhǎng)裂紋達(dá)到88.9 mm。而Enbridge公司以最長(zhǎng)裂紋達(dá)到63.5 mm作為“場(chǎng)裂紋”缺陷開(kāi)挖標(biāo)準(zhǔn)。所以如果“場(chǎng)裂紋”特征沒(méi)有被錯(cuò)誤識(shí)別為“類(lèi)裂紋”特征的話(huà)，Enbridge公司就會(huì)于2005年開(kāi)挖1.31 m長(zhǎng)破裂管段。NTSB結(jié)論：GE PII對(duì)6B管線(xiàn)破裂部分于2005年內(nèi)檢測(cè)時(shí)錯(cuò)誤識(shí)別了裂紋缺陷類(lèi)型，導(dǎo)致Enbridge公司沒(méi)有進(jìn)行開(kāi)挖。

1.5  調(diào)度決策失誤分析

與6B管線(xiàn)操作直接相關(guān)的Enbridge公司調(diào)度中心人員，超過(guò)17個(gè)小時(shí)都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)管道已經(jīng)破裂，而是認(rèn)為在此期間管道中存在液柱分離（column separation），管道應(yīng)該重新啟輸。17小時(shí)后，調(diào)度中心接到1名煤氣公司技術(shù)員的電話(huà)，報(bào)告發(fā)現(xiàn)地面上有原油。

圖5 6B管線(xiàn)破裂主要事件時(shí)間線(xiàn)

(2010年7月25日發(fā)生破裂到7月26日發(fā)現(xiàn)破裂期間主要事件)

NTSB檢查了Enbridge公司調(diào)度人員操作程序以了解為何沒(méi)能發(fā)現(xiàn)管道破裂。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，受多重因素影響，調(diào)度人員對(duì)管道狀態(tài)和兩個(gè)管道啟輸項(xiàng)（每個(gè)都會(huì)使額外的原油泄漏到環(huán)境中并且加劇破裂引起的破壞程度）長(zhǎng)久誤判。而對(duì)操作規(guī)則長(zhǎng)期忽視和缺乏了解也是導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大和惡化的原因。早在2005年，Enbridge公司發(fā)布的調(diào)度手冊(cè)中已規(guī)定了“10分鐘”緊急關(guān)斷原則，即在發(fā)現(xiàn)異�；蛘卟荒艽_定的原因時(shí)，在10分鐘內(nèi)實(shí)行緊急關(guān)斷，直到異常原因排查清楚后才能啟輸。

2 失效分析結(jié)論

2.1 技術(shù)調(diào)查分析方面

（1）確定了陰極保護(hù)、微生物腐蝕、內(nèi)腐蝕、運(yùn)輸引起的金屬疲勞、第三方破壞和管道制造缺陷等不是引發(fā)這起事故的因素。

（2）泄漏事故發(fā)生后對(duì)所有作業(yè)人員進(jìn)行了酒精檢測(cè)和藥物檢測(cè)，雖然酒精檢測(cè)結(jié)果未按照規(guī)定實(shí)施，但是藥物檢測(cè)表明違禁藥品不是這次事故的因素。

（3）6B管線(xiàn)在正常運(yùn)行壓力下發(fā)生破裂，是由于腐蝕區(qū)域多個(gè)裂紋結(jié)合在一起形成腐蝕疲勞裂紋（在剝離的聚乙烯膠帶防腐層下方外腐蝕區(qū)域萌發(fā)）引起的。

（4）對(duì)管道內(nèi)檢測(cè)承包商GEPII公司6B管線(xiàn)破裂部分2005年內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的重新分析表明，GE PII公司錯(cuò)誤描述了裂紋缺陷類(lèi)型，導(dǎo)致Enbridge公司沒(méi)有將其作為“場(chǎng)裂紋”缺陷進(jìn)行開(kāi)挖，從而錯(cuò)失了避免失效發(fā)生的機(jī)會(huì)。

（5）Enbridge公司調(diào)度人員缺乏對(duì)管道途經(jīng)區(qū)域地形走勢(shì)的了解，誤將管道破裂泄漏引起的SCADA系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)解讀為由于液柱分離引起的誤報(bào)警信號(hào)，導(dǎo)致他們隨后進(jìn)行了兩次管道啟輸。

（6）Enbridge公司對(duì)于復(fù)合缺陷的評(píng)價(jià)技術(shù)存在局限性，未建立腐蝕和裂紋復(fù)合缺陷的適用性評(píng)價(jià)模型，且在裂紋評(píng)價(jià)模型中，對(duì)于檢測(cè)工具精度誤差、安全裕量等因素考慮不足。

2.2 管理要求調(diào)查分析方面

（7）聯(lián)邦法規(guī)CFR49號(hào)195.452（h）沒(méi)有給出關(guān)于何時(shí)修復(fù)和修復(fù)哪種缺陷的明確要求，以及未規(guī)定評(píng)估裂紋缺陷或裂紋和腐蝕同時(shí)出現(xiàn)在管道上時(shí)對(duì)管道完整性影響的要求。

（8）Enbridge公司的管道完整性管理程序有缺陷，沒(méi)有考慮下列幾個(gè)因素：足夠的安全裕量、合適的壁厚、檢測(cè)工具公差。未進(jìn)行持續(xù)的重新評(píng)估，因腐蝕對(duì)裂紋深度的影響以及由于腐蝕疲勞導(dǎo)致的裂紋會(huì)加速增長(zhǎng)。

（9）Enbridge公司調(diào)度人員團(tuán)隊(duì)協(xié)作嚴(yán)重不足，在關(guān)鍵時(shí)刻未能發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的有效執(zhí)行力，導(dǎo)致交接班時(shí)的信息傳達(dá)不充分。

（10）Enbridge公司的物料平衡系統(tǒng)（MBS）在停輸和啟輸時(shí)會(huì)發(fā)出和發(fā)生泄漏相同的報(bào)警信號(hào)，調(diào)度人員未能清楚識(shí)別兩者之間的差異，并且執(zhí)行了未經(jīng)批準(zhǔn)的程序。

（11）Enbridge公司有明確規(guī)定，當(dāng)不確定異常運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)10分鐘后，管道要立即進(jìn)行停輸，但是調(diào)度人員未遵守“10分鐘”緊急關(guān)斷原則。

（12）盡管Enbridge公司在接到原油泄漏的電話(huà)報(bào)告后，很快隔離了6B管線(xiàn)破裂管段，但是在泄漏后最初幾個(gè)小時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)措施未能集中于泄漏源控制，第一應(yīng)急響應(yīng)人員缺少有效控油方法的使用意識(shí)和演練。

（13）PHMSA沒(méi)有明確聯(lián)邦法規(guī)對(duì)溢油應(yīng)急響應(yīng)能力的要求，Enbridge公司沒(méi)有針對(duì)最壞泄漏情況制定應(yīng)急預(yù)案。其應(yīng)急預(yù)案中規(guī)定配備的應(yīng)急物資沒(méi)有達(dá)到美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)和美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（14）Enbridge公司未能對(duì)管道完整性管理和調(diào)度中心操作程序進(jìn)行有效監(jiān)督，未能執(zhí)行有效的公眾教育宣傳程序和適當(dāng)?shù)氖鹿屎髴?yīng)急響應(yīng)，是導(dǎo)致事故發(fā)生并且后果嚴(yán)重的重要原因。

2.3 其他失效分析經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（15）為了提高管道的安全性，各種類(lèi)型的內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，并綜合可以獲取的所有信息資料采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于確定各種缺陷因素相互作用對(duì)管道的影響很有必要。

（16）假如Enbridge公司實(shí)施有效的公眾教育宣傳程序，那么當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急響應(yīng)部門(mén)會(huì)更好地應(yīng)對(duì)管道破裂發(fā)生時(shí)的早期跡象，并且可能在調(diào)度中心嘗試啟輸管線(xiàn)前查到原油泄漏的位置并通知公司。

（17）假如Enbridge公司采用有效的控油措施，使用合適的圍油欄和吸油氈用于流速快的水域，會(huì)減少泄漏到Talmadge溪和Kalamazoo河的原油數(shù)量。

（18）如果PHMSA要求配備必需的物資，并對(duì)Enbridge公司設(shè)備應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行了徹底審查，那么預(yù)案會(huì)因不具備充足地應(yīng)對(duì)最壞泄漏情況而不被批準(zhǔn)，從而促進(jìn)其提高應(yīng)急物資儲(chǔ)備情況，降低此次泄漏事故的影響。