中石油管道有限責任公司

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(gè)方面的警示：一是管道內檢測必不可少。公司在事故后花費550萬(wàn)美元對管道進(jìn)行了內檢測適用性改造，并啟動(dòng)了其他類(lèi)似不具備內檢測條件管道的改造工作。二是SCADA系統存在缺陷。提出了關(guān)鍵改進(jìn)要素，包括圖形顯示、警報管理、調度員培訓、泄漏監測系統和自動(dòng)展示報警數據趨勢。

我國相關(guān)標準規范對管道內檢測都有明確規定，但仍有部分油氣管道尚不具備內檢測條件，導致管道失效風(fēng)險逐步加大。透過(guò)該事故更應該認識到管道內檢測及控制內檢測質(zhì)量的重要性。

1 事故概述

2012年12月11日12時(shí)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(xiàn)）發(fā)生破裂燃燒（圖 1）。影響了沿管道長(cháng)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(diǎn)附近的車(chē)輛，約245 m瀝青路面嚴重燒毀，州際公路關(guān)閉長(cháng)達19個(gè)小時(shí)。沒(méi)有造成人員死亡或嚴重傷害。泄漏天然氣2.15億m3，價(jià)值28.5萬(wàn)美元。管道修復花費290萬(wàn)美元，對該管道的內檢測適用性改造升級花費550萬(wàn)美元。

SM-80管線(xiàn)于1967年敷設，位于Ⅱ級高后果區，即管道中心線(xiàn)兩側各200 m內有10到46棟居民樓聚集。管道標稱(chēng)壁厚為7.1 mm，采用縱向電阻焊縫，由美國鋼鐵公司根據API 5L X60鋼級標準制造，防腐系統為聚合物涂層外加電流陰極保護。

管道破裂導致6.1 m長(cháng)的管段斷開(kāi)并彈出落在距離其原始位置約12 m的地方。該管道最大允許運行壓力為6.89 MPa，管道破裂時(shí)壓力約為6.40 MPa。破裂點(diǎn)位于靠近管頂的縱向焊縫�？拷�焊縫斷裂處中間以及斷裂周?chē)�的管道外表面已�?jīng)發(fā)生嚴重腐蝕，銹蝕對面 積為軸向約1.8 m長(cháng)和周向0.6 m寬，最小測量壁厚為2.6 mm。

與SM-80管線(xiàn)并行的另外2條管道分別是管徑660 mm的SM-86管線(xiàn)和管徑762 mm的SM-86環(huán)線(xiàn)，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

國家運輸安全委員會(huì )（NTSB）通過(guò)調查和分析得出結論：哥倫比亞輸氣公司的SCADA系統信息提示設置存在不足，沒(méi)有向調度員提供充足有效的信息來(lái)協(xié)助調度員確定管道的運行狀態(tài)。因此建議改進(jìn)SCADA系統：（1）向調度員提供可用于評估系統變化嚴重性的運行參數趨勢數據。（2）部署報警功能，對有可能是嚴重系統故障的趨勢發(fā)出警報，以便立即采取應對行動(dòng)。

當哥倫比亞輸氣公司的調度員和主管接到蘭哈姆壓縮機站調度員電話(huà)意識到SM-80管道可能發(fā)生泄漏后，指示壓縮機站操作員立即關(guān)閉了壓縮機，SCADA系統日志確認該壓縮機在13:02關(guān)閉。雖然SM-80管線(xiàn)被切斷，但是放空三個(gè)相互連接管道中的大量天然氣、直到系統壓力衰減至低于3.45 MPa的低壓報警設定值之前，共花了45分鐘。直到15:30火災才開(kāi)始消退，消防隊員才能夠進(jìn)入和撲滅建筑內的火災。 NTSB得出結論：自動(dòng)截斷閥（ASVS）或遠程控制閥（RCVs）可快速實(shí)現三個(gè)管道的隔離，縮短劇烈火災的持續時(shí)間。

NTSB調查了其他類(lèi)似管道事故，這些事故都存在管道調度員沒(méi)有察覺(jué)、誤解或者未能正確應對SCADA系統發(fā)出的管道系統異常情況的報警。

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(lái)并發(fā)生爆炸的事故，如果SCADA系統能夠提供歷史運行數據的圖形顯示，使調度員看到壓力和流量趨勢會(huì )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由此得出結論：儲配站的SCADA系統數據沒(méi)有以便于調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，管道調度員誤讀初始報警，且在解讀管線(xiàn)的壓力平衡報警文本時(shí)，沒(méi)有注意到管道已經(jīng)處于負壓，表明可能出現了管道泄漏。 NTSB確定調度員確認破裂滯后導致關(guān)閉管道和隔離破裂點(diǎn)延遲，從而增大了失效后果的嚴重程度。

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

2004年10月27日，堪薩斯州金曼事故發(fā)生后的5分鐘內調度員接收了很多警報。調度員錯誤地認為這些警報是由管線(xiàn)過(guò)量輸送氨引起的，并等待壓力恢復到正常。 NTSB發(fā)現，該調度員沒(méi)有使用SCADA系統監視顯示屏來(lái)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， SCADA系統的光纜中斷，導致未能及時(shí)監測到泄漏和定位。 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營(yíng)商裝備監控和數據采集系統與工具，以協(xié)助識別和精確定位泄漏位置；該系統可以包括一個(gè)實(shí)時(shí)泄漏檢測系統，并沿所覆蓋管線(xiàn)適當地隔開(kāi)設置流量和壓力傳送器。

2005年， NTSB開(kāi)展了一項研究，探討管道公司如何使用SCADA系統來(lái)監控和記錄運行數據，并評估SCADA系統的泄漏監測功能在危險液體管道行業(yè)中的作用。根據對以前事故信息的調查結果和實(shí)地考察調研， NTSB確定了可進(jìn)行改進(jìn)的五個(gè)方面：圖形顯示、警報管理、調度員培訓、調度員疲勞和泄漏監測系統。隨后， PHMSA建議將此擴大到整個(gè)輸氣管道行業(yè)。

2.2 管道腐蝕

破裂的埋地管段周?chē)�和與管道直接接觸的土壤主要以巖石為主（圖 3）。鋪設管道時(shí)，管溝回填規范只提示如果回填材料含有大量巖石會(huì )損壞管道防腐 層，但未識別可能造成陰極保護屏蔽的問(wèn)題。如果埋地管道表面電流被遮蔽（阻擋），那么它就不受保護而可能會(huì )腐蝕。各種材料，如樹(shù)根、石頭和防腐層的剝離，都可以導致屏蔽。 NTSB的結論是：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致陰極保護電流的屏蔽。

實(shí)驗室測試表明，破裂管段長(cháng)11.48 m，管徑520 mm，縱向斷裂長(cháng)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(shí)鐘位置，調查人員判定縱向斷裂位置為管道底部附近�？ǔ邷y量結果表明，腐蝕面沿縱向斷裂擴大了約1.8 m。超聲波測厚結果表明在長(cháng)度方向上管壁變薄的程度與卡尺測量結果相似。沿油流方向管壁變薄在撕裂點(diǎn)附近達最大并延伸了約660 mm。最小超聲測厚為2.6 mm（原厚度的37％），位于破裂點(diǎn)上游25.4 mm處。

破裂管段上覆蓋著(zhù)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(chǎng)制管一致。粗糙的煤焦油外觀(guān)也與現場(chǎng)應用一致。

該涂層在管道表面的覆蓋不同。沿管道底部許多區域，沒(méi)有任何的保護涂層。沿側面區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(jué)檢查顯示存在明顯的外部腐蝕破壞區域為長(cháng)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則的外觀(guān)，與韌性過(guò)載斷裂特征一致。

試樣管段平均屈服強度（0 . 5％伸長(cháng)法）為468 MPa，平均抗拉強度為606 MPa，平均伸長(cháng)率27％。結果表明，管道的機械性能和化學(xué)組成符合API標準的5L X60規范。

破裂管段包含無(wú)防腐的金屬裸露區，這些區域的防腐層發(fā)生剝離或破裂，但沒(méi)有外部腐蝕，因為陰極保護有可能發(fā)揮了作用。然而，超過(guò)2.79 ㎡管道的外表面被嚴重腐蝕，這表明該區域的陰極保護系統并沒(méi)有工作，可能是因為巖石回填所引起的局部屏蔽導致�；�于實(shí)驗室結果和現場(chǎng)觀(guān)察， NTSB的結論是：SM-80管線(xiàn)失效是因為外部腐蝕嚴重造成的壁厚減薄。腐蝕原因為外部保護層進(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 極保護電流。

3 調查結論

NTSB認為：（1）第三方損壞管道不是造成這起事故的原因。（2）調度員經(jīng)驗豐富、有資質(zhì)，并能勝任工作。（3）盡管系統在12分鐘多時(shí)間里發(fā)出了許多壓力偏差警報，公司調度員沒(méi)有意識到情況的嚴重性，也沒(méi)有關(guān)閉系統，直到蘭哈姆壓縮機站的調度員打電話(huà)給他。（4） SCADA系統沒(méi)有向調度員提供能協(xié)助他確定管道運行狀態(tài)的有用和有意義的信息。（5） SCADA系統趨勢數據報警有助于調度員識別異常情況。（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電流。（7） SM-80管線(xiàn)失效是外部腐蝕導致嚴重壁厚減薄造成的。（8）當評估SM-80管線(xiàn)緩蝕方法時(shí)，沒(méi)有充分考慮2009年在對SM-80管線(xiàn)系統中其他兩條管道的內檢測中發(fā)現的腐蝕損壞。（9）如果SM-80管線(xiàn)開(kāi)展了內檢測或壓力測試，那么很可能會(huì )發(fā)現在破裂位置的嚴重壁厚損失，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中，SM-80管線(xiàn)破裂區將被納入完整性管理控制范圍內，并將對其進(jìn)行評價(jià)。（11）鄰近主干道路的管道破裂后果類(lèi)似于居民樓附近管道破裂后果，相當于處于高后果區。

NTSB的調查報告中，還討論了管道外腐蝕防護、 SCADA系統的報警點(diǎn)設置、如何使用自動(dòng)截斷閥來(lái)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容。