鄭洪龍　王婷

中國石油管道科技研究中心

摘要：介紹了美國、歐洲、加拿大、英國以及中國石油天然氣與管道分公司所轄長(cháng)輸管道現狀及事故發(fā)生趨勢，分析了管道失效情況和失效原因，為我國開(kāi)展管道保護工作提供了參考。

關(guān)鍵詞：國內外油氣管道；事故；失效；原因

2016年底，我國陸上長(cháng)輸油氣管道總里程12.3×104 km，規劃2030年將超過(guò)20×104 km。

油氣管道安全影響因素多，部分因素偶發(fā)性強，運行風(fēng)險高，管理難度大。管網(wǎng)安全事關(guān)國家能源發(fā)展戰略和公共安全。

本文調研分析了美國、歐洲、加拿大、英國以及中國石油天然氣與管道分公司所轄長(cháng)輸管道（表1）失效情況和失效原因，對我國正在開(kāi)展的隱患整治和管道保護工作有借鑒作用。

1  美國

截至2015年，美國油品管道約21×104 km，天然氣管道約48×104 km，是世界上擁有管道里程最長(cháng)的國家。其管道和危險材料安全管理局（PHMSA）所管理的管道失效數據庫，定期更新發(fā)布近20年來(lái)的管道失效統計數據及每起失效的詳細信息。

1.1 失效率

近年來(lái)，美國油品管道年失效頻率保持在0.4—0.6次/103 km•a（圖1），天然氣管道年失效頻率由0.04次/ 103 km•a振蕩攀升至0.14次/ 103 km•a（圖2）。

圖1  美國油品管道里程及失效率

圖2  美國天然氣管道里程及失效率

1.2 失效原因

統計分析2010年以來(lái)美國432起油品管道事故和238起天然氣管道事故，排名前三位的失效原因分別為腐蝕、管體/焊縫材料失效和設備失效；管體/焊縫材料失效、開(kāi)挖損傷和腐蝕（圖3、4）。

圖3  美國油管道失效原因

圖4  美國氣管道失效原因

（1）腐蝕

腐蝕是液體管道失效的首要因素；排在氣體管道失效因素的第3位。腐蝕失效中外腐蝕因素占60%以上，主要以電偶腐蝕為主，內腐蝕主要以微生物腐蝕為主（圖5 a、5 b）。

圖5  美國管道腐蝕失效原因（a油管道,b氣管道）

（2）管體/焊縫材料失效

管體/焊縫材料失效是管道失效的又一重要因素，其中現場(chǎng)施工（包括現場(chǎng)環(huán)焊縫焊接、管體劃傷、回填凹坑等）是導致管體/焊縫失效的主要原因，占比在50%以上（圖6 a、6 b）。

圖6  美國管道管體/焊縫材料失效原因（a油管道,b氣管道）

（3）開(kāi)挖損傷

開(kāi)挖損傷占油品管道失效的15%，占天然氣管道失效的22%。開(kāi)挖損傷中，第三方開(kāi)挖損傷占比最大（圖7），主要原因為one-call（開(kāi)挖呼叫）系統使用不當和開(kāi)挖活動(dòng)傷害。

圖7  美國油氣管道開(kāi)挖損傷導致失效情況

（4）自然外力

土體移動(dòng)（包括地震、凍脹融沉、沉降、滑坡等）和暴雨洪水（包括泥石流、極端天氣等）是主要因素（圖8）。

圖8 美國油氣管道自然外力導致失效情況

（5）誤操作

在所有已知的誤操作失效因素中，設備未正確安裝占比較大（圖9）。

圖9  美國油氣管道誤操作導致失效情況

2  歐洲

截至2013年，歐洲氣體管道事故數據組織（EGIG）管理的歐洲輸氣管網(wǎng)總長(cháng)度為143 727 km（圖10）。自1970年以來(lái)，歷年管道事故數量呈下降趨勢（圖11）。

圖10  EGIG歷年管道總里程

圖11  EGIG歷年管道總失效數量

2.1　失效率

EGIG公布的管道整體平均失效率、5年移動(dòng)平均失效率以及各失效因素5年移動(dòng)平均失效頻率均呈下降趨勢（圖12、13）。

圖12 EGIG管道失效頻率

圖13 EGIG管道失效頻率（各因素5年移動(dòng)平均失效率）

2.2　失效原因

2004—2013年，EGIG天然氣管道事故的主要原因是外界干擾、腐蝕和施工缺陷/材料失效（圖14），主要失效形式為小孔/裂紋（圖15）。

圖14 　EGIG管道失效原因及占比

圖15  EGIG管道各因素失效率（含失效類(lèi)型）

3 加拿大

截至2013年，加拿大阿爾伯特能源與公用事業(yè)委員會(huì )（AER）管理的油氣管網(wǎng)總長(cháng)11.6×104 km，其中天然氣管道6.4×104 km，原油管道3.7×104 km，成品油管道1.5×104 km。

3.1　失效率

1990年以來(lái)，加拿大管道失效頻率逐年下降（圖16）。

圖16  加拿大歷年管道失效頻率

3.2　失效原因

原油、天然氣管道失效原因按比例高低均分別為：內腐蝕、第三方破壞和外腐蝕（圖17、18）。

圖17 加拿大原油管道失效原因

圖18 加拿大天然氣管道失效原因

4  英國

4.1　失效率

截至2014年底，英國陸上管道運營(yíng)協(xié)會(huì )（UKOPA）管理的管道總長(cháng)度為22 409 km。1962—2014年共記錄了192起泄漏事故，平均失效頻率總體呈持續下降趨勢（圖19、20）。

圖19  UKOPA歷年管道失效數量（1962-2014年）

圖20  整體和5年移動(dòng)平均失效頻率（1962-2014年）

4.2　失效原因

主要失效原因包括外腐蝕、外部干擾和環(huán)焊縫缺陷。管體缺陷和制管焊縫缺陷導致的失效在近5年（2010-2014年）沒(méi)有發(fā)生（圖21），這與制管水平的提高有較大關(guān)聯(lián)。

圖21  各因素失效頻率（1962-2014）

外部腐蝕失效主要發(fā)生在老舊、薄壁（<5mm）管，失效管道防腐層類(lèi)型按大小比例依次為：瀝青、聚乙烯和煤焦油，熔結環(huán)氧未報告失效。外部干擾失效主要發(fā)生在郊區和城鄉結合處小口徑（<10mm）、薄壁（<5mm）管。環(huán)焊縫缺陷失效主要發(fā)生在1985年以前建設的管道。

5  中國石油天然氣與管道分公司

截至2015年6月，中國石油天然氣與管道分公司所轄5家地區公司油氣長(cháng)輸管道總里程5.3×104 km。

5.1　失效率

2006—2015年，管道總體失效率穩中有降。

圖22  中國石油管道里程及失效數量

圖23  中國石油管道失效率

5.2　失效原因

2006—2015年共發(fā)生管道泄漏事件134起，打孔盜油是最主要的失效因素，制造缺陷次之，施工質(zhì)量居第三位（圖）。

圖24  中國石油管道失效原因

6  結論

（1）受經(jīng)濟發(fā)展現狀制約，打孔盜油成為我國管道失效的最主要因素，而國外卻較少發(fā)生。隨著(zhù)相關(guān)立法和宣傳的不斷加強，這一失效因素的比例將不斷降低。

（2）國內外管道因管體/焊縫材料缺陷（制造缺陷+施工缺陷）導致失效的比例都較高。隨著(zhù)制管技術(shù)和質(zhì)量控制的提升，管體缺陷能夠得到有效控制；但現場(chǎng)施工由于受到各方面條件限制，質(zhì)量難以保證，環(huán)焊縫缺陷、凹陷、劃傷等缺陷還將不同程度的存在。

（3）隨著(zhù)中國石油大批老管道廢棄，以及大力推行完整性管理并開(kāi)展周期性?xún)葯z測，因腐蝕導致失效的案例數量得到了有效控制。雖然目前腐蝕仍是國外管道失效主要因素，但隨著(zhù)時(shí)間的推移，腐蝕將成為我國管道失效的重要因素，需要及早開(kāi)展相關(guān)研究及預防工作。

（4）國內外由于第三方損傷導致的管道失效均發(fā)生在經(jīng)濟活躍的城鄉結合處。國外管道巡護沒(méi)有國內及時(shí)和密集，該因素占整體失效因素的比例略高于我國。

（5）國內外因自然與地質(zhì)災害導致管道失效的比例（占整體失效）相當，其中主要因素均為暴雨洪水和土體移動(dòng)。

作者簡(jiǎn)介：鄭洪龍，男， 1973年生，高級工程師，2005年博士畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運專(zhuān)業(yè)，現在中國石油管道科技研究中心從事管道完整性管理、可靠性技術(shù)研究等工作。

《管道保護》2017年第4期（總第35期）