主講人戴聯(lián)雙博士：上一期談了Carlsbad天然氣管道爆炸事故概況和失效調查方面的內容，總結了導致該起事故發(fā)生的主要原因。本期將重點(diǎn)介紹EPNG公司、美國聯(lián)邦政府、行業(yè)協(xié)會(huì )、以及相關(guān)的科研機構在事故發(fā)生后采取的措施和所做改進(jìn)。同時(shí)，進(jìn)一步分析事故原因，剖析導致此次管道事故的管道內腐蝕成因，為國內類(lèi)似管道采取內腐蝕防控提供參考。

新墨西哥州Carlsbad天然氣管道爆炸事故（續）

1 事故后措施

1.1 管道重建

事故發(fā)生后，EPNG公司重新修建了1103和1110位于穿越河流區域的管道。1103管道重新啟用前進(jìn)行了水壓試驗，發(fā)現位于事故地點(diǎn)下游640 m處發(fā)生了泄漏，泄漏位置的管道底部?jì)缺砻嬗悬c(diǎn)狀腐蝕，腐蝕深度達到69%wt。2001年3月，對該管道進(jìn)行了內檢測，在進(jìn)行常規清管的管段（2號截斷閥到6號截斷閥之間），未發(fā)現需要修復的內腐蝕缺陷。

1.2 管道完整性管理

事故發(fā)生后，El Paso公司（EPNG公司的控股母公司）成立了監督管理委員會(huì )，對公司所轄的7 400多千米氣體管道實(shí)施了完整性管理計劃。監督委員會(huì )直接監督EPNG公司執行管道完整性管理計劃情況。該計劃的內腐蝕防護章節包括輸送介質(zhì)的流速、管道內低點(diǎn)、分液器、其它容器、氣體質(zhì)量分析、液體成分分析、維修歷史，以及制定補救措施等內容；還包括操作權限審核、建立最佳實(shí)踐方法供全員分享，并制定了持續改進(jìn)程序。

2003年1月，研究與特別項目管理處（管道與危險材料安全管理局PHMSA的前身）在聯(lián)邦法規中增加了幾條規定，要求輸氣管道的運營(yíng)商制定完整性管理計劃，識別并評估其處于高后果區管道的狀況及隱患，并采取措施預防管道失效。管道運營(yíng)商采取定期的內檢測、壓力試驗、直接評估或使用其他已證明有效的方法來(lái)識別管壁的缺陷，收集和評估管道性能相關(guān)數據，并根據評估結果做出及時(shí)響應。

1.3 美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )標準

1975年，美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )（NACE）出臺了《RP0175-75鋼質(zhì)管道系統的內腐蝕防護》標準，但因長(cháng)期未進(jìn)行復審和補充說(shuō)明，于1995年撤銷(xiāo)。NACE代表已經(jīng)告知國家運輸安全委員會(huì )（NTSB），NACE正在制定一項以RP0175-75為基礎的類(lèi)似標準。

1.4 美國機械工程師學(xué)會(huì )規范

美國機械工程師學(xué)會(huì )（ASME）規范（ASME B31.8《氣體輸送和分配管道系統》）針對的是氣體管道的設計、建造、運行及維護等。該規范對全生命周期的管道內腐蝕防護做了詳細的規定，其中包括：輸送腐蝕性氣體的管道，應考慮設計和建造新管道并對現有管道做出改進(jìn)。

設計和建造注意事項：①具備收發(fā)清管器的條件。②在最可能存在腐蝕的位置安裝腐蝕監測裝置（試片、探頭）。③對氣體進(jìn)行處理，降低其腐蝕性。④在建造管道時(shí)選用抗腐蝕材料。⑤管道涂敷內涂層。⑥在氣流中注入緩蝕劑。

運行和維護注意事項：①制定檢測、預防或減緩內腐蝕的計劃（包括分析歷史泄漏和修復記錄，盡可能檢測管道的內表面，分析已知存在內腐蝕位置來(lái)確定腐蝕性物質(zhì)的種類(lèi)和濃度，分析清管器清理出的液體和固體成分來(lái)確定是否存在腐蝕性物質(zhì)以及有無(wú)腐蝕產(chǎn)物存在等）。②通過(guò)對管道進(jìn)行改造來(lái)控制腐蝕，避免水在低洼處積聚。③測量疑似發(fā)生內腐蝕位置的管道壁厚。

1.5 管道系統氣體運輸和分配的指南

美國天然氣協(xié)會(huì )標準《管道系統氣體運輸和分配的指南》（AGA GPTC GUIDE ADD 5）包括與內腐蝕防護相關(guān)的設計、檢測、監測和修復措施的指導方針。該指南明確指出，在有水的情況下，包含二氧化碳、硫化氫和氧氣等成分的氣體可能對鋼質(zhì)管道造成腐蝕，且管道液體可能包含損害管道完整性的成分。如果預計或已經(jīng)確定輸送的氣體具有腐蝕性，則應該考慮以下建議：建造時(shí)選用特殊材料、考慮流速的影響、及時(shí)清除管道中殘留的液體、控制水露點(diǎn)、減少氣體的腐蝕性成分、涂敷內涂層，以及進(jìn)行化學(xué)處理。檢測內腐蝕應考慮：對氣體、液體和固體進(jìn)行取樣和分析；目測管道與排液器；使用腐蝕監測裝置（試片、探頭）；開(kāi)展內檢測及其它無(wú)損檢測來(lái)確定壁厚。

2  分析

調查確定，1103管道發(fā)生破裂時(shí)的運行壓力（4.65 MPa）低于該管段規定的最大允許壓力（5.77 MPa）。破裂發(fā)生在因發(fā)生內腐蝕使管壁變薄的位置。從斷口形貌和微觀(guān)組織分析可知，管道的斷裂是因應力過(guò)大而導致的，沒(méi)有證據表明是疲勞斷裂。由此，NTSB做出結論，1103管道破裂的原因是嚴重的內腐蝕導致管壁變薄，致剩余的管壁不能承受管內的壓力。

雖然調控人員受監控及數據采集系統（SCADA）數據短時(shí)中斷以及Pecos河壓縮機站停電造成SCADA通信失靈的影響，沒(méi)能在破裂發(fā)生后立即查清Pecos河壓縮機站的情況，但是，其基于所獲取的信息及時(shí)做出了妥善回應。沒(méi)有證據表明管道破裂是由第三方損壞造成的，也沒(méi)有證據表明破裂處有外部腐蝕。由此，NTSB認為，下列原因不是導致事故發(fā)生或者后果擴大的因素：管道運行壓力過(guò)大、SCADA通信中斷或故障、第三方施工挖掘等對管道造成的外部損害以及管道的外腐蝕。

2.1 應急救援

在管道發(fā)生破裂后19分鐘內，EPNG公司員工采取了非常有效的措施，迅速關(guān)斷了破裂管道兩端的截斷閥，并開(kāi)展了滅火工作。最開(kāi)始因為不清楚4條管道中的哪一條發(fā)生了破裂，EPNG公司員工關(guān)閉了4條管道位于大火上游和下游的閥門(mén)。應急人員在發(fā)生破裂后25分鐘內到達現場(chǎng)，并進(jìn)入Pecos河壓縮機站。因事故發(fā)生在鄉村人煙稀少的地方，應急人員認為就是執行一項常規任務(wù)，等待截斷閥兩端的天然氣耗盡，大火就會(huì )自然熄滅。但是，發(fā)生破裂約40分鐘后，一名EPNG公司員工在周邊監測火災情況時(shí)發(fā)現起火地點(diǎn)有車(chē)輛�？�，隨后將這一信息傳達給了另一名員工。大約15分鐘后，泄漏的天然氣基本耗盡，大火熄滅，EPNG公司員工再次確認了火災區域停有車(chē)輛，并告知了應急人員。隨后，應急人員迅速開(kāi)展了救援工作。

NTSB指出，最初得知火災附近可能停有車(chē)輛的EPNG公司員工并未在大火熄滅前將這一消息通知應急救援人員，但是在當時(shí)的情況下應急救援人員難以在火災發(fā)生時(shí)進(jìn)入該區域。因此，NTSB認為，如果應急救援人員更早得到通知的話(huà)，可能對最終的救援結果不會(huì )產(chǎn)生太大的影響。

2.2 1103管道的內腐蝕

事故發(fā)生后，在1103管道破裂處內部發(fā)現有互相連接的腐蝕凹坑，呈條紋和側凹特征，這種形貌與微生物腐蝕有關(guān)。沿凹坑剖面顯示，凹坑內的氯化物濃度從坑頂至坑底持續增加，推斷可能是來(lái)自某種微生物活動(dòng)。在1103管道破裂處下游634 m位置發(fā)現了內腐蝕，經(jīng)對該處兩個(gè)凹坑取樣分析，觀(guān)察到了四種微生物（硫磺型、產(chǎn)酸型、一般需氧型以及厭氧型）。雖然無(wú)法測出微生物對腐蝕過(guò)程起到了什么作用，但是損傷形態(tài)與腐蝕產(chǎn)物的數據分析顯示，微生物活動(dòng)對腐蝕過(guò)程起到了促進(jìn)作用。

化學(xué)分析顯示，從Pecos河壓縮機站入口處收集的液體（pH 6.7～6.8）比從Keystone壓縮機站入口處收集的液體（pH 8.2）酸性更高。此外，在1100管道與1103管道的清管器接收裝置收集的物質(zhì)（pH6.2～6.3）與在破裂處以西1103管道的低洼處收集的物質(zhì)（pH 6.4），比從1103管道排液器疏水區附近收集的物質(zhì)（pH 8.9）酸性更高。樣品中pH值低，可能是因為水中溶有二氧化碳和/或硫化氫，或有pH值低的地下水滲入到輸氣管道中。一般來(lái)說(shuō)，酸性（pH值<7）水比一般水（pH值>7）對碳鋼的腐蝕性更大。

因此，水與氯化物、氧氣、二氧化碳和硫化氫等物質(zhì)都有可能對管道造成了腐蝕損害。由此，NTSB認為，在管道1103破裂處發(fā)現的腐蝕可能是由管道內微生物與濕氣、氯化物、氧氣、二氧化碳和硫化氫等相結合造成的。

2.3 1103管道的物理特征

檢測發(fā)現破裂處管道頂部有5處皺褶，原因可能是管道建成后受土體移動(dòng)等外力的影響。當管道頂部發(fā)生皺褶時(shí)，通常在底部相對應的位置會(huì )形成凹陷。破裂處管道的內腐蝕就發(fā)生在底部的凹陷處，因為水的密度比管道中的液烴密度大，凹陷處極易導致液體積聚，這也為內腐蝕提供了理想的環(huán)境。

1103管道最初建造時(shí)設置了一個(gè)截斷閥和排液器，該6號截斷閥位于Pecos河以西1.6 km、比Pecos河高19 m的山丘上。排液器安置在6號截斷閥下游，低于截斷閥9.5 m。從而有助于排液器收集的1103管道內的液體和固體進(jìn)入指定的收集裝置中。

事故后，目測排液器大約70%的截面充滿(mǎn)了發(fā)黑的油粉末/顆粒物，阻止一些進(jìn)入排液器的物質(zhì)繼續流到指定的收集裝置中。這種阻礙作用可能直接導致了流經(jīng)排液器的物質(zhì)進(jìn)入下游管道的低洼處——如破裂處的低洼處——聚積。

NTSB認為，破裂處上游排液器部分堵塞，可能導致了液體流經(jīng)排液器后繼續沿管道流動(dòng)，并在管道低洼處聚積并引發(fā)腐蝕。

事故發(fā)生后，在1103管道定期運行清管器（從2號截斷閥到6號截斷閥）的管段內檢測報告中，并未發(fā)現任何需要進(jìn)行修復的內腐蝕缺陷。由此，NTSB認為，如果1103管道的事故管段具備發(fā)送清管器的條件，且定期使用清管器將液體和固體從管道中徹底排出，那么所發(fā)生的內腐蝕就很可能沒(méi)有這么嚴重。

2.4 EPNG內防腐計劃

事故發(fā)生時(shí)EPNG公司正在實(shí)施一項內防腐計劃，并于2000年8月開(kāi)始對員工進(jìn)行培訓。由于事故發(fā)生時(shí)培訓活動(dòng)剛開(kāi)始，因此新防腐計劃還沒(méi)有得到完全實(shí)施，1103管道執行的仍是1999年9月20日的防腐規程。

事故發(fā)生之前幾年，NACE標準、ASME規范和《管道系統氣體運輸和分配指南》中都有管道腐蝕檢測和控制的行業(yè)標準，但是EPNG公司沒(méi)有把這些規定納入到管道內部防腐規程當中。也沒(méi)有采取必要的措施來(lái)保證其應用。例如公司未對氣體質(zhì)量進(jìn)行監測或者檢測，而這對確定氣體的腐蝕性非常必要；沒(méi)有系統的防腐方案以檢測可能存在的內腐蝕；沒(méi)能定期使用管道內部檢測裝置或者腐蝕試片，以對現有或者潛在的腐蝕進(jìn)行檢測。NTSB認為，EPNG公司內腐蝕相關(guān)規程表明，該公司沒(méi)有對發(fā)生嚴重內腐蝕的可能性給予足夠的重視，后果就是沒(méi)能及時(shí)檢測并減輕腐蝕，從而沒(méi)能阻止一起嚴重事故的發(fā)生，造成了1103管道的破裂。因此，NTSB認為，事故發(fā)生前，EPNG公司沒(méi)有一項實(shí)施中的內防腐控制方案能足以識別或者減輕正在發(fā)生的管道內部腐蝕。

事故發(fā)生后，NTSB對從輸氣管道中所取出液體和固體樣品進(jìn)行分析，確定管道中存在水、氯化物以及細菌等可能具有腐蝕性的成分。NTSB認為，如果EPNG公司有效地監測了進(jìn)入輸氣管道中的氣體質(zhì)量以及1103號管道的運行情況，并且定期對管道中取出的液體和固體進(jìn)行取樣和分析，那就很可能確定輸氣管道內發(fā)生的嚴重內腐蝕。

2.5 聯(lián)邦法規

美國聯(lián)邦法規中關(guān)于輸送氣體管道監管內容包括了對內腐蝕控制的相關(guān)要求，其中明確要求把防腐控制程序寫(xiě)進(jìn)運營(yíng)商運行維修手冊。但法規沒(méi)有特別強調微生物腐蝕或者促進(jìn)腐蝕過(guò)程的水與雜質(zhì)的混合方式，也沒(méi)有特別指出以下因素的重要性：把輸氣管道中的液體和液體的聚積程度降至最低，消除輸氣管道中的液體，以及控制氣體的流速在防腐方面發(fā)揮的作用。

NTSB認為，目前聯(lián)邦有關(guān)輸氣管道安全法規沒(méi)有對輸氣管道的運營(yíng)商或者減輕輸氣管道內腐蝕的執行人員提供足夠的指導。因此，研究與特別項目管理處（PHMSA前身）應該制定相應的要求來(lái)保證輸氣管道運營(yíng)商在管道內防腐方案中明確指出水和其它雜質(zhì)在腐蝕過(guò)程中起到的作用。

2.6 行業(yè)標準

NTSB認為，美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )（NACE）RP0175-75“鋼質(zhì)管道系統管道內腐蝕防護”不是現行標準，并且可能包含過(guò)時(shí)的信息，對于輸氣管道運營(yíng)商建立有效的內腐蝕防護方案可能很難提供積極的參考。NTSB建議NACE加快進(jìn)度，制定出控制鋼質(zhì)管道中內腐蝕防護的行業(yè)標準，這將取代或者更新NACE的RP0175-75標準。