戴聯雙1 張強2 楊玉鋒2

1.國家管網集團安全環保與運維本部；2.國家管網集團北方管道公司科技研究中心

欄目主持人戴聯雙博士：近年來，國內外針對深根植物對埋地管道的影響開展了大量研究工作，但主要聚焦在對防腐層完整性的影響方面，對根系擴張影響管道受力的探討較少。介紹一起樹根纏繞引起成品油管道重大泄漏事故案例，通過這起事故，啟示我們應關注管道周邊深根植物根系對管道的安全影響。

1  事故經過

2020年11月20日，金德摩根（Kinder Morgan）所轄LS-16成品油管道在加利福尼亞州康特拉科斯塔縣（Contra Costa）發生一起重大泄漏事故，初步估計泄漏量750～1000桶（50桶以上為重大事故），未起火，未造成人員傷亡。LS-16成品油管道全長82.7 km，建于1960年代，管徑254 mm，設計壓力9 MPa，管道輸量約4483桶/h，沿線設5座閥室（圖 1）。

圖 1 LS-16成品油管道走向示意圖

20日15:00控制室發現事故管段壓力波動，但巡線隊未發現泄漏跡象；直到24日22:03發現漏點，開挖檢查發現管道出現139.7 mm（5.5 in）裂紋， 并報告OES/NRC（州應急服務中心/國家應急中心）；26日管線經換管處置重新啟輸。12月2日，在距離泄漏點下游2.4 km處防洪排水渠發現大量油品，經大范圍檢測確定管道未發生二次泄漏，是11月20日管道泄漏油品遷移至此（圖 2、圖 3）。

圖 2 油品回收工作現場

圖 3 管道泄漏點、漏油區域及2004年爆炸事故位置

2  應急響應

油品清理：截至2021年2月1日，通過開挖，使用土壤氣體萃取和真空卡車已回收約458桶（19 236加侖）油品（圖 2）。

油品攔截：在下游河床部署了圍油欄，以攔截可能因暴雨導致向下游遷移的油品。

空氣監測：開展全天候社區空氣監測，尚未監測到揮發性有機化合物（VOC）。

地下水監測：利用/安裝土壤鉆孔和地下水井，以評估場地周圍區域對水質的潛在影響。

現場管制：工作區附近對通道進行控制和限制，以保護作業者和公眾安全。

3  事故原因

根據之前Kinder Morgan一段因橡樹長期擠壓變形的管道（圖 4），初步判斷管道泄漏與周邊橡樹樹根侵害有關。橡樹根系發達，持久擴張力強（圖 5），樹根形似蟒蛇纏繞在管道上，擠壓管道直至薄弱處發生破裂。此次管道裂紋成因有待實驗室進行材料金相分析等試驗后進一步確定。

圖 4 Kinder Morgan一段因橡樹長期擠壓變形的管道

圖 5 橡樹植物根系發達示意圖

4  管理實踐

美國運輸部管道與知情規劃聯盟（PIPA）于2010年開展的一項研究表明，管道周邊樹根可能對管道造成潛在損害，有以下幾種形式。

（1）影響巡線：樹木會影響管道日常巡線與維護，對空中巡線尤甚。

（2）樹根擠壓：生長的樹根會對管道施加巨大壓力將其充分擠壓（圖 6），造成管道薄弱點發生裂縫。根部纏繞管道也會干擾檢查和維護。

圖 6 樹根擠壓導致管道變形典型示例

（3）破壞防腐層：樹根經常刺穿損壞管道涂層，加劇管道腐蝕，會導致管道泄漏。

（4）樹木移動：管道上方樹木被移走或倒下也會損壞管道。如卡特里娜颶風期間，一棵樹倒下時將一條天然氣管道拉出地面。

（5）肥料孔：有些樹木需要在其根部鉆出15.2 mm～30.4 mm（6 in～12 in）深孔，這個深度會對管道造成威脅。

（6）雷擊傷害：閃電能量沿樹根向下穿過進入土壤，導致土壤水分蒸發。劇烈的水分蒸發使土壤結構發生改變，可能導致管道破裂。

2017年美國太平洋煤氣電力公司（PG&E）發布了TD―4490S《天然氣管道入侵管理》企業標準，旨在確定天然氣管道被植物侵害的后果（不適用于果園或葡萄園等商業性土地區域），規定了管道周邊三個區域及其種植要求（圖 7）。

圖 7 管道周邊種植限制區域劃分

（1）管道安全區域（Pipe Safety Zone）：管道中心線兩側1.5 m（5 ft）。不得種植任何阻礙視線和管道通道的樹木和植物（如灌木叢或灌木）。允許種植草坪、花朵、低矮植物。 

（2）管道邊界區域（Border Zone）：從管道安全區域邊緣向外1.5 m（5 ft）。不得種植直徑超過0.2 m（8 in）或胸徑可能超過0.2 m（8 in）、其主干或主分支距管道中心線超過1.5 m～3.0 m（5 ft～10 ft）的樹木和植物。

（3）管道外部區域（Outer Zone）：從管道邊界區域邊緣向外1.21 m（4 ft）。不允許種植胸徑超過或可能超過0.9 m（36 in）且其主干或主分支距管道中心線超過3.0 m～4.2 m（10 ft～14 ft）的樹木。若不滿足上述條件，則須開展風險評價以確定其對管道的威脅程度。參考表 1風險矩陣，根據成齡樹胸徑、成齡樹與管道的距離、管道埋深等初步篩查風險。

若風險篩查判定為“進一步分析”，則應考慮樹木可能造成防腐層損壞、雷擊傷害、外力損傷（颶風、洪水、樹根擠壓等）、交互作用（外力與老式建筑）、標識不清致巡線受阻、應急救援現場受限等因素。

 

下一期將為大家介紹 “雷擊致管道損傷典型案例及其機理分析”，并分享經驗教訓，敬請關注。

 

戴聯雙，博士， 1983年生，現就職于國家石油天然氣管網集團有限公司，注冊安全工程師、二級安全評價師、管道檢驗師。負責編寫了《油氣管道安全防護規范》（ Q/SY1490），參與起草公安部標準《石油天然氣管道系統治安風險等級和安全防范要求》（ GA 1166）、國家標準 《油氣輸送管道完整性管理規范》（ GB 32167）等多項標準。在國內外期刊先后發表論文數十篇，參與編著了《管道完整性管理技術》《油氣管道事故啟示錄》《油氣管道清管技術與應用》等書籍。近年來多次獲得中石油集團科學技術進步獎、河北省科學技術進步獎、管道科學獎等。