主講人戴聯(lián)雙博士：在美國油氣管道立法方面，寫入聯(lián)邦法規(guī)的每一個條款幾乎都來自事故的警示，相關(guān)指標(biāo)都得到了事故驗證。1999年6月10日，Olympic管道公司（以下簡稱Olympic）運營管理的成品油管道在華盛頓州Bellingham市發(fā)生破裂泄漏并引發(fā)火災(zāi)，造成嚴(yán)重的人員傷亡、環(huán)境破壞和財產(chǎn)損失。該起事故和2000年發(fā)生在新墨西哥州的Carlsbad天然氣管道爆炸事故共同促成美國聯(lián)邦政府于2002年頒布了《管道安全改進(jìn)法案》，首次以法律的形式明確要求管道運營公司執(zhí)行管道完整性管理程序，將防止第三方挖掘損壞管道的程序提升到聯(lián)邦級管理。此舉具有里程碑意義，極大地促進(jìn)了管道管理規(guī)范化，提升了管道行業(yè)的整體水平。

這起事故暴露了 Olympic在管理和技術(shù)方面存在不足，美國運輸部管道安全辦公室（OPS）監(jiān)管不到位。但同時也應(yīng)看到，Olympic在對歷年內(nèi)檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用方面、Bellingham市的應(yīng)急指揮系統(tǒng)等都非常出色�；�于此次事故，結(jié)合多次內(nèi)檢測結(jié)果和管道地面信息的數(shù)據(jù)對齊，提升了區(qū)分劃傷、凹痕和腐蝕等金屬損失缺陷類型的能力，并將“劃傷、鑿痕等第三方損傷造成的金屬損失缺陷應(yīng)在60天內(nèi)進(jìn)行開挖驗證，并進(jìn)行修復(fù)”的要求寫入了聯(lián)邦法規(guī)。

Olympic管道公司成品油管線破裂火災(zāi)事故

1  事故概述

1999年6月10日15:28，位于華盛頓州Bellingham市，Olympic一條直徑406 mm成品油管道發(fā)生破裂泄漏，有897 m3汽油流入了附近的一條小溪，小溪流經(jīng)WhatcomFalls公園。管道破裂1.5小時后，汽油起火燃燒，火勢沿小溪蔓延約 2.4 km（圖 1）。事故導(dǎo)致2名10歲男童、1名18歲男性青年死亡，8人受傷， 1幢家庭住宅嚴(yán)重受損。Bellingham市水處理廠嚴(yán)重受損，影響了周邊居民正常飲水。經(jīng)過近3年的深入調(diào)查，到2002年美國運輸安全委員會（NTSB）發(fā)布事故調(diào)查報告時，該事故造成的財產(chǎn)損失總值超過4 500萬美元。

圖 1  事故發(fā)生后的Whatcom小溪局部航拍

NTSB通過對事故相關(guān)人員的訪談、管道運行與控制情況調(diào)查、管道附近開挖歷史信息資料查閱、1991年以來管道漏磁內(nèi)檢測數(shù)據(jù)信息排查、聯(lián)邦法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的符合性檢查、以及事故管段實驗室分析等工作，確定管道發(fā)生破裂的可能原因為：①1994年Bellingham市水處理廠改造工程中，負(fù)責(zé)工程施工的IMCO公司造成Olympic管徑406 mm成品油管道損壞（圖 2），同時Olympic對IMCO公司施工監(jiān)管不力。② Olympic對管道內(nèi)檢測結(jié)果的評估不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致未能及時對第三方損壞管段進(jìn)行開挖修復(fù)。③Olympic在啟輸前，沒有測試管道系統(tǒng)中的所有安全裝置，導(dǎo)致事故狀態(tài)下安全閥未能正常工作。④未能調(diào)查和糾正該管道系統(tǒng)的終端截斷閥反復(fù)發(fā)生非預(yù)期關(guān)閉，導(dǎo)致泄漏狀況進(jìn)一步惡化。⑤遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工作和常規(guī)操作存在問題，導(dǎo)致SCADA系統(tǒng)關(guān)鍵時刻無法做出有效應(yīng)答。

圖 2  水處理廠施工造成406 mm成品油管道損傷現(xiàn)場

2  失效分析

2.1  失效管段的開挖與損傷分析

1999年6月27日，在NTSB人員監(jiān)督下，對破裂的輸油管道開挖，取出包含破裂部分的3.2 m長管道。在破裂段管子上，可見大量溝槽和凹痕（圖3 、4）。

破裂點管道埋深約3 m，南邊6 m處有一條管徑1 828 mm的水管與Olympic的管道交叉，水管的中心線在輸油管道上方1.7 m。破裂點南邊2.4 m，還有一條管徑406 mm水管，該水管在Olympic管道上方0.5 m。

圖 3  破裂段管子形貌

圖 4  破裂段管子內(nèi)部形貌

破裂段管子有一條長0.69 m，最大開口0.18 m的裂縫。在管子外表面有一條長0.22  m的溝槽，沿著管子縱向延伸，溝槽處的管道壁厚減少了約20%。破裂處的裂縫源區(qū)域在管道頂部11點位置，沒有觀察到諸如包含夾渣及分層結(jié)構(gòu)異常。在破裂面的任何位置，都沒有疲勞斷裂跡象，這也說明此次破裂屬于一次性過應(yīng)力破裂。在取出的管子上截取3個試件進(jìn)行拉伸試驗，其抗拉強(qiáng)度477.8MPa～483.3 MPa，屈服強(qiáng)度362.7 MPa～389.6 MPa，超過規(guī)定的最小值。同時，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定7.9 mm壁厚的試樣最小延伸率為22%，而3個試樣的延伸率測量值介于32.6%～33.8%。對管材的化學(xué)成分進(jìn)行了分析，均符合法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。

在破裂源溝槽痕跡中的產(chǎn)物分析中發(fā)現(xiàn)金屬的化學(xué)成分為高含鉻鋼，與Bellingham水處理廠改造工程中的施工工具金屬成分相符。

2.2  安全閥RV-1919測試

在NTSB人員指導(dǎo)下，委托Stress Engineering Services公司測試了安全閥RV-1919。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)安全閥入口壓力達(dá)到事故狀態(tài)下的5.5 MPa時，就已經(jīng)超過了調(diào)節(jié)器設(shè)置點壓力1.0 MPa以上，調(diào)節(jié)器已經(jīng)不能正常運行，安全閥也無法打開。通過X射線檢驗發(fā)現(xiàn)，安全閥設(shè)置到4.5 MPa時就已超過閥門彈簧的壓縮極限，因而調(diào)節(jié)器運行不可靠，會出現(xiàn)某些時候發(fā)生故障的現(xiàn)象。

2.3  管道內(nèi)檢測評估

1997年初，Olympic檢測與評價工程師收集了全部管道內(nèi)檢測報告，包括1991年、1996年由Tuboscope檢測公司提供的漏磁檢測報告， 1997年由Enduro檢測公司提供的幾何變形檢測報告，并將這3次內(nèi)檢測結(jié)果與管道地面特征進(jìn)行了數(shù)據(jù)對齊，準(zhǔn)確定位于水處理廠的異常特征位置。Olympic工程師也注意到了1996年漏磁檢測和1997年幾何變形檢測結(jié)果顯示跨越水管道位置的異常特征，這些異常在1991年漏磁檢測結(jié)果中不存在。但是該工程師沒有做進(jìn)一步分析，從而錯失預(yù)防失效發(fā)生的機(jī)會。

1996年漏磁檢測結(jié)果中，Tuboscope確定破裂點存在23%的金屬損失，但是判定該金屬損失為制造缺陷，同時還可能存在皺褶彎曲。據(jù)此工程師進(jìn)行了缺陷評估，判定該缺陷是一個可接受缺陷。但是通常制造缺陷于敷設(shè)管道以前就存在的，褶皺彎曲也發(fā)生在管道安裝時，因此這兩個狀況在1991年的漏磁檢測結(jié)果中應(yīng)該存在才合理。但是，1991年的漏磁檢測結(jié)果并不存在這個特征，那么檢測與評價工程師就應(yīng)該質(zhì)疑該異常特征的類型，并做進(jìn)一步的調(diào)查，確定是腐蝕或者劃傷造成的金屬損失，那么按照《液態(tài)烴和其他液體管線輸送系統(tǒng)》（ASME B31.4）“超過12.5%壁厚的溝槽都要進(jìn)行修補”的規(guī)定進(jìn)行修復(fù)，也會避免此次失效發(fā)生。但是工程師沒有這么做。

1997年Enduro幾何檢測中，在破裂區(qū)域也發(fā)現(xiàn)了凹坑變形，深度3%。Olympic人員到達(dá)區(qū)域計劃開挖時，發(fā)現(xiàn)太潮濕無法進(jìn)行，就推遲了該工作。1997年7月檢測與評價工程師重新評估了該異常，但忘記了1991年漏磁檢測結(jié)果顯示這里沒有異常的情況，因此未對該異常做進(jìn)一步的開挖檢查。

事故發(fā)生后，美國管道安全辦公室（OPS）增加了管道內(nèi)檢測確定的缺陷修復(fù)要求，明確規(guī)定位于管道頂部任何尺寸的凹痕都要在60天內(nèi)進(jìn)行評估和開挖驗證。在OPS的完整性管理規(guī)則里，增加了要求：如果內(nèi)檢測數(shù)據(jù)反映了在管道頂部可能存在機(jī)械損傷、或者顯示存在與先前檢測結(jié)果變化或者數(shù)據(jù)反映了存在突變的異常，那么要對該異常及時進(jìn)行評估，并做出必要修補。

2.4  SCADA系統(tǒng)性能

事故當(dāng)天，Olympic控制員曾試圖降低管道系統(tǒng)的輸送壓力或者關(guān)閉管道，但是SCADA系統(tǒng)操作命令沒有響應(yīng)。如果控制員能夠啟動位于西雅圖Woodinville的泵，有可能減小輸送壓力，管道就能正常運行；或者具有SCADA系統(tǒng)的完全控制權(quán)，也有可能避免壓力積累和系統(tǒng)終端的截斷閥關(guān)閉導(dǎo)致的壓力升高超壓以及在溝槽附近的應(yīng)力集中都加劇了管道最終發(fā)生破裂的可能性。由于破裂管道承受過高壓力，沒有疲勞跡象。因此，如果事故當(dāng)天不發(fā)生超壓，管道應(yīng)該不會破裂。NTSB得出結(jié)論，如果SCADA系統(tǒng)計算機(jī)對Olympic控制員的命令做出正確反應(yīng)，可能會防止壓力上升最終引起管道破裂。

NTSB人員還檢查了SCADA系統(tǒng)的備用磁帶，總共發(fā)現(xiàn)20個缺失文件，包括初步核算和計算機(jī)操作系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)，不包含管道數(shù)據(jù)，不會影響SCADA運行。但是調(diào)查面談的所有人員中，沒人對此給出滿意解釋。

SCADA系統(tǒng)可以通過網(wǎng)橋連接到已建網(wǎng)絡(luò)的其他部分，也可以通過撥號調(diào)制解調(diào)器直接訪問。系統(tǒng)中沒有防火墻或訪問監(jiān)控等保護(hù)措施。雖然未發(fā)現(xiàn)事故當(dāng)天有未授權(quán)或者未知用戶入侵計算機(jī)，但是與SCADA系統(tǒng)相關(guān)的基本安全保障不足，可能在將來引起黑客入侵。事故后，Olympic已經(jīng)采取步驟提升SCADA系統(tǒng)性能、可靠性和安全性，包括增加計算機(jī)處理速度和容量，并加強(qiáng)了控制中心的物理安全以及SCADA計算機(jī)的電子訪問安全。

2.5 應(yīng)急響應(yīng)

Bellingham市消防、警察和公共服務(wù)部門響應(yīng)及時，來自當(dāng)?shù)亍⒅莺吐?lián)邦的其他人員也及時應(yīng)對該起事故引起的火災(zāi)和環(huán)境危害。事件指揮系統(tǒng)具備有效組織和管理。基于對事件指揮系統(tǒng)的現(xiàn)場觀察，與不同應(yīng)對部門的面談，對最初氣味報告的快速響應(yīng)，對火災(zāi)和環(huán)境損害的快速有效反應(yīng)，以及Hannah和Whatcom溪流河床的快速恢復(fù)，NTSB得出結(jié)論，對泄漏的緊急及環(huán)境應(yīng)對是有效的，管理良好。

3  調(diào)查結(jié)果

這起事故有人員失誤、設(shè)備缺陷、管理不善等原因，同時還有環(huán)境因素影響。事故主要的調(diào)查結(jié)果如下。

（1）如果事故管道沒有遭受第三方損壞而發(fā)生壁厚減薄，就能夠承受破裂當(dāng)天的壓力峰值，事故也就不會發(fā)生。

（2）如果Olympic對IMCO公司在水處理廠改建工程相關(guān)開挖中監(jiān)管到位，也可能避免失效事故發(fā)生。

（4）如果Olympic檢測與評價工程師能夠?qū)Πl(fā)現(xiàn)的異常特征做進(jìn)一步的調(diào)查分析，充分利用3次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)和管道地面特征對齊的成果，判定正確的缺陷類型或者分析異常特征位置曾經(jīng)發(fā)生的開挖施工活動或者按照皺褶彎曲特征開挖驗證，只要做到了其中一項就會避免失效事故發(fā)生。

（5）如果SCADA系統(tǒng)計算機(jī)能夠?qū)�Olympic控制員的命令保持響應(yīng)，操作事故管道的控制員就能夠采取措施防止壓力升高而避免管道破裂。

（6）管道控制員在事故當(dāng)天遇到的SCADA性能不良，操作速度緩慢且不能及時響應(yīng)，可能因SCADA系統(tǒng)上同時進(jìn)行的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工作所致。NTSB在調(diào)查后提出建議，不宜在運行狀態(tài)下在SCADA系統(tǒng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)庫開發(fā)和調(diào)試等工作。

（7）如果事故前在一個離線系統(tǒng)上運行并徹底測試SCADA數(shù)據(jù)庫修訂版，而不是在主機(jī)上在線測試，由那些修訂引起的錯誤就可以在影響管道之前被認(rèn)定并加以修正。

（8）如果Olympic在發(fā)現(xiàn)安全閥RV-1919發(fā)生連續(xù)運行故障時就采取措施防止入口截斷閥關(guān)閉，將能夠發(fā)現(xiàn)閥門配置不當(dāng)，從而采取措施以防止最終導(dǎo)致管道破裂的壓力沖擊。