中石油管道有限責(zé)任公司

主持人戴聯(lián)雙博士： 美國哥倫比亞輸氣公司天然氣管道爆炸事故帶給我們兩個方面的警示：一是管道內(nèi)檢測必不可少。公司在事故后花費(fèi)550萬美元對管道進(jìn)行了內(nèi)檢測適用性改造，并啟動了其他類似不具備內(nèi)檢測條件管道的改造工作。二是SCADA系統(tǒng)存在缺陷。提出了關(guān)鍵改進(jìn)要素，包括圖形顯示、警報管理、調(diào)度員培訓(xùn)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)和自動展示報警數(shù)據(jù)趨勢。

我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對管道內(nèi)檢測都有明確規(guī)定，但仍有部分油氣管道尚不具備內(nèi)檢測條件，導(dǎo)致管道失效風(fēng)險逐步加大。透過該事故更應(yīng)該認(rèn)識到管道內(nèi)檢測及控制內(nèi)檢測質(zhì)量的重要性。

1 事故概述

2012年12月11日12時41分 ，位于美國西弗吉尼亞州的哥倫比亞輸氣公司管徑508 mm的州際埋地天然氣管道（SM-80管線）發(fā)生破裂燃燒（圖 1）。影響了沿管道長335 m、寬約250 m的范圍，摧毀了附近的三座房屋和停放在破裂中心點附近的車輛，約245 m瀝青路面嚴(yán)重?zé)龤�，州際公路關(guān)閉長達(dá)19個小時。沒有造成人員死亡或嚴(yán)重傷害。泄漏天然氣2.15億m3，價值28.5萬美元。管道修復(fù)花費(fèi)290萬美元，對該管道的內(nèi)檢測適用性改造升級花費(fèi)550萬美元。

SM-80管線于1967年敷設(shè)，位于Ⅱ級高后果區(qū)，即管道中心線兩側(cè)各200 m內(nèi)有10到46棟居民樓聚集。管道標(biāo)稱壁厚為7.1 mm，采用縱向電阻焊縫，由美國鋼鐵公司根據(jù)API 5L X60鋼級標(biāo)準(zhǔn)制造，防腐系統(tǒng)為聚合物涂層外加電流陰極保護(hù)。

管道破裂導(dǎo)致6.1 m長的管段斷開并彈出落在距離其原始位置約12 m的地方。該管道最大允許運(yùn)行壓力為6.89 MPa，管道破裂時壓力約為6.40 MPa。破裂點位于靠近管頂?shù)目v向焊縫。靠近焊縫斷裂處中間以及斷裂周圍的管道外表面已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，銹蝕對面 積為軸向約1.8 m長和周向0.6 m寬，最小測量壁厚為2.6 mm。

與SM-80管線并行的另外2條管道分別是管徑660 mm的SM-86管線和管徑762 mm的SM-86環(huán)線，此次事故中未遭受任何破壞（圖 2）。

2 事故關(guān)鍵信息分析

2.1 SCADA系統(tǒng)

國家運(yùn)輸安全委員會（NTSB）通過調(diào)查和分析得出結(jié)論：哥倫比亞輸氣公司的SCADA系統(tǒng)信息提示設(shè)置存在不足，沒有向調(diào)度員提供充足有效的信息來協(xié)助調(diào)度員確定管道的運(yùn)行狀態(tài)。因此建議改進(jìn)SCADA系統(tǒng)：（1）向調(diào)度員提供可用于評估系統(tǒng)變化嚴(yán)重性的運(yùn)行參數(shù)趨勢數(shù)據(jù)。（2）部署報警功能，對有可能是嚴(yán)重系統(tǒng)故障的趨勢發(fā)出警報，以便立即采取應(yīng)對行動。

當(dāng)哥倫比亞輸氣公司的調(diào)度員和主管接到蘭哈姆壓縮機(jī)站調(diào)度員電話意識到SM-80管道可能發(fā)生泄漏后，指示壓縮機(jī)站操作員立即關(guān)閉了壓縮機(jī)，SCADA系統(tǒng)日志確認(rèn)該壓縮機(jī)在13:02關(guān)閉。雖然SM-80管線被切斷，但是放空三個相互連接管道中的大量天然氣、直到系統(tǒng)壓力衰減至低于3.45 MPa的低壓報警設(shè)定值之前，共花了45分鐘。直到15:30火災(zāi)才開始消退，消防隊員才能夠進(jìn)入和撲滅建筑內(nèi)的火災(zāi)。 NTSB得出結(jié)論：自動截斷閥（ASVS）或遠(yuǎn)程控制閥（RCVs）可快速實現(xiàn)三個管道的隔離，縮短劇烈火災(zāi)的持續(xù)時間。

NTSB調(diào)查了其他類似管道事故，這些事故都存在管道調(diào)度員沒有察覺、誤解或者未能正確應(yīng)對SCADA系統(tǒng)發(fā)出的管道系統(tǒng)異常情況的報警。

1992年4月17日，美國德州布倫納姆發(fā)生了高揮發(fā)性液體從地下儲存庫泄漏出來并發(fā)生爆炸的事故，如果SCADA系統(tǒng)能夠提供歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的圖形顯示，使調(diào)度員看到壓力和流量趨勢會更容易地意識到儲庫中高揮發(fā)性液體的流速是不正常的。 NTSB由此得出結(jié)論：儲配站的SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有以便于調(diào)度員解譯的方式顯示。

1996年5月23日，路易斯安那州Gramercy附近的汽油泄漏中，管道調(diào)度員誤讀初始報警，且在解讀管線的壓力平衡報警文本時，沒有注意到管道已經(jīng)處于負(fù)壓，表明可能出現(xiàn)了管道泄漏。 NTSB確定調(diào)度員確認(rèn)破裂滯后導(dǎo)致關(guān)閉管道和隔離破裂點延遲，從而增大了失效后果的嚴(yán)重程度。

1996年11月5日，田納西州Murfreesboro的超壓導(dǎo)致輸送柴油管道破裂事故，雖然SCADA系統(tǒng)顯示了2.87 MPa的壓力驟降， SCADA系統(tǒng)卻沒有發(fā)出警報，未能在管道破裂之前通知調(diào)度員。

2004年10月27日，堪薩斯州金曼事故發(fā)生后的5分鐘內(nèi)調(diào)度員接收了很多警報。調(diào)度員錯誤地認(rèn)為這些警報是由管線過量輸送氨引起的，并等待壓力恢復(fù)到正常。 NTSB發(fā)現(xiàn)，該調(diào)度員沒有使用SCADA系統(tǒng)監(jiān)視顯示屏來審查和評估警報和異常情況。

2010年9月9日， PG＆E公司加州圣布魯諾天然氣管道破裂中， NTSB發(fā)現(xiàn)， SCADA系統(tǒng)的光纜中斷，導(dǎo)致未能及時監(jiān)測到泄漏和定位。 NTSB隨后向管道和危險材料安全管理局（PHMSA）提出了如下安全建議：要求所有天然氣輸配管道運(yùn)營商裝備監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與工具，以協(xié)助識別和精確定位泄漏位置；該系統(tǒng)可以包括一個實時泄漏檢測系統(tǒng)，并沿所覆蓋管線適當(dāng)?shù)馗糸_設(shè)置流量和壓力傳送器。

2005年， NTSB開展了一項研究，探討管道公司如何使用SCADA系統(tǒng)來監(jiān)控和記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，并評估SCADA系統(tǒng)的泄漏監(jiān)測功能在危險液體管道行業(yè)中的作用。根據(jù)對以前事故信息的調(diào)查結(jié)果和實地考察調(diào)研， NTSB確定了可進(jìn)行改進(jìn)的五個方面：圖形顯示、警報管理、調(diào)度員培訓(xùn)、調(diào)度員疲勞和泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。隨后， PHMSA建議將此擴(kuò)大到整個輸氣管道行業(yè)。

2.2 管道腐蝕

破裂的埋地管段周圍和與管道直接接觸的土壤主要以巖石為主（圖 3）。鋪設(shè)管道時，管溝回填規(guī)范只提示如果回填材料含有大量巖石會損壞管道防腐 層，但未識別可能造成陰極保護(hù)屏蔽的問題。如果埋地管道表面電流被遮蔽（阻擋），那么它就不受保護(hù)而可能會腐蝕。各種材料，如樹根、石頭和防腐層的剝離，都可以導(dǎo)致屏蔽。 NTSB的結(jié)論是：斷裂管道附近的粗巖石回填最有可能損壞管道上的外防腐涂層并導(dǎo)致陰極保護(hù)電流的屏蔽。

實驗室測試表明，破裂管段長11.48 m，管徑520 mm，縱向斷裂長6.1 m（圖 4）。比較破裂部位上下游兩端的直焊縫斷裂特征和斷裂管段的直焊縫時鐘位置，調(diào)查人員判定縱向斷裂位置為管道底部附近�？ǔ邷y量結(jié)果表明，腐蝕面沿縱向斷裂擴(kuò)大了約1.8 m。超聲波測厚結(jié)果表明在長度方向上管壁變薄的程度與卡尺測量結(jié)果相似。沿油流方向管壁變薄在撕裂點附近達(dá)最大并延伸了約660 mm。最小超聲測厚為2.6 mm（原厚度的37％），位于破裂點上游25.4 mm處。

破裂管段上覆蓋著厚約0.25 mm的綠色聚合物涂層。在沿頂部的部件和管道的兩側(cè)的綠色涂層的頂部施加有煤焦油瓷漆涂層。煤焦油涂層并不均勻，而綠色涂層在部分區(qū)域發(fā)生剝離（圖 5）。厚度均勻的綠色涂層和相對光滑的表面與工廠制管一致。粗糙的煤焦油外觀也與現(xiàn)場應(yīng)用一致。

該涂層在管道表面的覆蓋不同。沿管道底部許多區(qū)域，沒有任何的保護(hù)涂層。沿側(cè)面區(qū)域管道覆蓋在綠色涂層下而不是煤焦油之下。沿管道頂部，綠色涂層大部分被煤焦油覆蓋。壁厚測量結(jié)果表明，上游管段平均壁厚為7.06 mm，下游管段平均壁厚為7.19 mm。清潔后縱向斷裂視覺檢查顯示存在明顯的外部腐蝕破壞區(qū)域為長1.90 mm，寬0.74 m（圖 6）。斷裂表面的目視檢查確定該斷裂立即引起了上游的橫向撕裂。斷裂表面有粗糙和不規(guī)則的外觀，與韌性過載斷裂特征一致。

試樣管段平均屈服強(qiáng)度（0 . 5％伸長法）為468 MPa，平均抗拉強(qiáng)度為606 MPa，平均伸長率27％。結(jié)果表明，管道的機(jī)械性能和化學(xué)組成符合API標(biāo)準(zhǔn)的5L X60規(guī)范。

破裂管段包含無防腐的金屬裸露區(qū)，這些區(qū)域的防腐層發(fā)生剝離或破裂，但沒有外部腐蝕，因為陰極保護(hù)有可能發(fā)揮了作用。然而，超過2.79 ㎡管道的外表面被嚴(yán)重腐蝕，這表明該區(qū)域的陰極保護(hù)系統(tǒng)并沒有工作，可能是因為巖石回填所引起的局部屏蔽導(dǎo)致�；�于實驗室結(jié)果和現(xiàn)場觀察， NTSB的結(jié)論是：SM-80管線失效是因為外部腐蝕嚴(yán)重造成的壁厚減薄。腐蝕原因為外部保護(hù)層進(jìn)入水分并與管道接觸，而附近管段使用粗巖石回填屏蔽了流向裸露管道的陰 極保護(hù)電流。

3 調(diào)查結(jié)論

NTSB認(rèn)為：（1）第三方損壞管道不是造成這起事故的原因。（2）調(diào)度員經(jīng)驗豐富、有資質(zhì)，并能勝任工作。（3）盡管系統(tǒng)在12分鐘多時間里發(fā)出了許多壓力偏差警報，公司調(diào)度員沒有意識到情況的嚴(yán)重性，也沒有關(guān)閉系統(tǒng)，直到蘭哈姆壓縮機(jī)站的調(diào)度員打電話給他。（4） SCADA系統(tǒng)沒有向調(diào)度員提供能協(xié)助他確定管道運(yùn)行狀態(tài)的有用和有意義的信息。（5） SCADA系統(tǒng)趨勢數(shù)據(jù)報警有助于調(diào)度員識別異常情況。（6）粗巖石回填最容易損壞管道外部防腐涂層，并屏蔽斷裂位置附近管道的陰極保護(hù)電流。（7） SM-80管線失效是外部腐蝕導(dǎo)致嚴(yán)重壁厚減薄造成的。（8）當(dāng)評估SM-80管線緩蝕方法時，沒有充分考慮2009年在對SM-80管線系統(tǒng)中其他兩條管道的內(nèi)檢測中發(fā)現(xiàn)的腐蝕損壞。（9）如果SM-80管線開展了內(nèi)檢測或壓力測試，那么很可能會發(fā)現(xiàn)在破裂位置的嚴(yán)重壁厚損失，并且可能避免破裂發(fā)生。（10）如果靠近公路的管道被列入高后果區(qū)中，SM-80管線破裂區(qū)將被納入完整性管理控制范圍內(nèi)，并將對其進(jìn)行評價。（11）鄰近主干道路的管道破裂后果類似于居民樓附近管道破裂后果，相當(dāng)于處于高后果區(qū)。

NTSB的調(diào)查報告中，還討論了管道外腐蝕防護(hù)、 SCADA系統(tǒng)的報警點設(shè)置、如何使用自動截斷閥來改善高壓管道隔離、以及完整性管理中如何考慮與公路交叉和并行的管道等內(nèi)容。