主講人戴聯雙博士：在美國油氣管道立法方面，寫入聯邦法規的每一個條款幾乎都來自事故的警示，相關指標都得到了事故驗證。1999年6月10日，Olympic管道公司（以下簡稱Olympic）運營管理的成品油管道在華盛頓州Bellingham市發生破裂泄漏并引發火災，造成嚴重的人員傷亡、環境破壞和財產損失。該起事故和2000年發生在新墨西哥州的Carlsbad天然氣管道爆炸事故共同促成美國聯邦政府于2002年頒布了《管道安全改進法案》，首次以法律的形式明確要求管道運營公司執行管道完整性管理程序，將防止第三方挖掘損壞管道的程序提升到聯邦級管理。此舉具有里程碑意義，極大地促進了管道管理規范化，提升了管道行業的整體水平。

這起事故暴露了 Olympic在管理和技術方面存在不足，美國運輸部管道安全辦公室（OPS）監管不到位。但同時也應看到，Olympic在對歷年內檢測數據應用方面、Bellingham市的應急指揮系統等都非常出色。基于此次事故，結合多次內檢測結果和管道地面信息的數據對齊，提升了區分劃傷、凹痕和腐蝕等金屬損失缺陷類型的能力，并將“劃傷、鑿痕等第三方損傷造成的金屬損失缺陷應在60天內進行開挖驗證，并進行修復”的要求寫入了聯邦法規。

Olympic管道公司成品油管線破裂火災事故

1  事故概述

1999年6月10日15:28，位于華盛頓州Bellingham市，Olympic一條直徑406 mm成品油管道發生破裂泄漏，有897 m3汽油流入了附近的一條小溪，小溪流經WhatcomFalls公園。管道破裂1.5小時后，汽油起火燃燒，火勢沿小溪蔓延約 2.4 km（圖 1）。事故導致2名10歲男童、1名18歲男性青年死亡，8人受傷， 1幢家庭住宅嚴重受損。Bellingham市水處理廠嚴重受損，影響了周邊居民正常飲水。經過近3年的深入調查，到2002年美國運輸安全委員會（NTSB）發布事故調查報告時，該事故造成的財產損失總值超過4 500萬美元。

圖 1  事故發生后的Whatcom小溪局部航拍

NTSB通過對事故相關人員的訪談、管道運行與控制情況調查、管道附近開挖歷史信息資料查閱、1991年以來管道漏磁內檢測數據信息排查、聯邦法規和行業標準的符合性檢查、以及事故管段實驗室分析等工作，確定管道發生破裂的可能原因為：①1994年Bellingham市水處理廠改造工程中，負責工程施工的IMCO公司造成Olympic管徑406 mm成品油管道損壞（圖 2），同時Olympic對IMCO公司施工監管不力。② Olympic對管道內檢測結果的評估不夠準確，導致未能及時對第三方損壞管段進行開挖修復。③Olympic在啟輸前，沒有測試管道系統中的所有安全裝置，導致事故狀態下安全閥未能正常工作。④未能調查和糾正該管道系統的終端截斷閥反復發生非預期關閉，導致泄漏狀況進一步惡化。⑤遠程監控及數據采集系統（SCADA）的數據庫開發工作和常規操作存在問題，導致SCADA系統關鍵時刻無法做出有效應答。

圖 2  水處理廠施工造成406 mm成品油管道損傷現場

2  失效分析

2.1  失效管段的開挖與損傷分析

1999年6月27日，在NTSB人員監督下，對破裂的輸油管道開挖，取出包含破裂部分的3.2 m長管道。在破裂段管子上，可見大量溝槽和凹痕（圖3 、4）。

破裂點管道埋深約3 m，南邊6 m處有一條管徑1 828 mm的水管與Olympic的管道交叉，水管的中心線在輸油管道上方1.7 m。破裂點南邊2.4 m，還有一條管徑406 mm水管，該水管在Olympic管道上方0.5 m。

圖 3  破裂段管子形貌

圖 4  破裂段管子內部形貌

破裂段管子有一條長0.69 m，最大開口0.18 m的裂縫。在管子外表面有一條長0.22  m的溝槽，沿著管子縱向延伸，溝槽處的管道壁厚減少了約20%。破裂處的裂縫源區域在管道頂部11點位置，沒有觀察到諸如包含夾渣及分層結構異常。在破裂面的任何位置，都沒有疲勞斷裂跡象，這也說明此次破裂屬于一次性過應力破裂。在取出的管子上截取3個試件進行拉伸試驗，其抗拉強度477.8MPa～483.3 MPa，屈服強度362.7 MPa～389.6 MPa，超過規定的最小值。同時，標準規定7.9 mm壁厚的試樣最小延伸率為22%，而3個試樣的延伸率測量值介于32.6%～33.8%。對管材的化學成分進行了分析，均符合法規標準要求。

在破裂源溝槽痕跡中的產物分析中發現金屬的化學成分為高含鉻鋼，與Bellingham水處理廠改造工程中的施工工具金屬成分相符。

2.2  安全閥RV-1919測試

在NTSB人員指導下，委托Stress Engineering Services公司測試了安全閥RV-1919。結果發現，當安全閥入口壓力達到事故狀態下的5.5 MPa時，就已經超過了調節器設置點壓力1.0 MPa以上，調節器已經不能正常運行，安全閥也無法打開。通過X射線檢驗發現，安全閥設置到4.5 MPa時就已超過閥門彈簧的壓縮極限，因而調節器運行不可靠，會出現某些時候發生故障的現象。

2.3  管道內檢測評估

1997年初，Olympic檢測與評價工程師收集了全部管道內檢測報告，包括1991年、1996年由Tuboscope檢測公司提供的漏磁檢測報告， 1997年由Enduro檢測公司提供的幾何變形檢測報告，并將這3次內檢測結果與管道地面特征進行了數據對齊，準確定位于水處理廠的異常特征位置。Olympic工程師也注意到了1996年漏磁檢測和1997年幾何變形檢測結果顯示跨越水管道位置的異常特征，這些異常在1991年漏磁檢測結果中不存在。但是該工程師沒有做進一步分析，從而錯失預防失效發生的機會。

1996年漏磁檢測結果中，Tuboscope確定破裂點存在23%的金屬損失，但是判定該金屬損失為制造缺陷，同時還可能存在皺褶彎曲。據此工程師進行了缺陷評估，判定該缺陷是一個可接受缺陷。但是通常制造缺陷于敷設管道以前就存在的，褶皺彎曲也發生在管道安裝時，因此這兩個狀況在1991年的漏磁檢測結果中應該存在才合理。但是，1991年的漏磁檢測結果并不存在這個特征，那么檢測與評價工程師就應該質疑該異常特征的類型，并做進一步的調查，確定是腐蝕或者劃傷造成的金屬損失，那么按照《液態烴和其他液體管線輸送系統》（ASME B31.4）“超過12.5%壁厚的溝槽都要進行修補”的規定進行修復，也會避免此次失效發生。但是工程師沒有這么做。

1997年Enduro幾何檢測中，在破裂區域也發現了凹坑變形，深度3%。Olympic人員到達區域計劃開挖時，發現太潮濕無法進行，就推遲了該工作。1997年7月檢測與評價工程師重新評估了該異常，但忘記了1991年漏磁檢測結果顯示這里沒有異常的情況，因此未對該異常做進一步的開挖檢查。

事故發生后，美國管道安全辦公室（OPS）增加了管道內檢測確定的缺陷修復要求，明確規定位于管道頂部任何尺寸的凹痕都要在60天內進行評估和開挖驗證。在OPS的完整性管理規則里，增加了要求：如果內檢測數據反映了在管道頂部可能存在機械損傷、或者顯示存在與先前檢測結果變化或者數據反映了存在突變的異常，那么要對該異常及時進行評估，并做出必要修補。

2.4  SCADA系統性能

事故當天，Olympic控制員曾試圖降低管道系統的輸送壓力或者關閉管道，但是SCADA系統操作命令沒有響應。如果控制員能夠啟動位于西雅圖Woodinville的泵，有可能減小輸送壓力，管道就能正常運行；或者具有SCADA系統的完全控制權，也有可能避免壓力積累和系統終端的截斷閥關閉導致的壓力升高超壓以及在溝槽附近的應力集中都加劇了管道最終發生破裂的可能性。由于破裂管道承受過高壓力，沒有疲勞跡象。因此，如果事故當天不發生超壓，管道應該不會破裂。NTSB得出結論，如果SCADA系統計算機對Olympic控制員的命令做出正確反應，可能會防止壓力上升最終引起管道破裂。

NTSB人員還檢查了SCADA系統的備用磁帶，總共發現20個缺失文件，包括初步核算和計算機操作系統管理數據，不包含管道數據，不會影響SCADA運行。但是調查面談的所有人員中，沒人對此給出滿意解釋。

SCADA系統可以通過網橋連接到已建網絡的其他部分，也可以通過撥號調制解調器直接訪問。系統中沒有防火墻或訪問監控等保護措施。雖然未發現事故當天有未授權或者未知用戶入侵計算機，但是與SCADA系統相關的基本安全保障不足，可能在將來引起黑客入侵。事故后，Olympic已經采取步驟提升SCADA系統性能、可靠性和安全性，包括增加計算機處理速度和容量，并加強了控制中心的物理安全以及SCADA計算機的電子訪問安全。

2.5 應急響應

Bellingham市消防、警察和公共服務部門響應及時，來自當地、州和聯邦的其他人員也及時應對該起事故引起的火災和環境危害。事件指揮系統具備有效組織和管理。基于對事件指揮系統的現場觀察，與不同應對部門的面談，對最初氣味報告的快速響應，對火災和環境損害的快速有效反應，以及Hannah和Whatcom溪流河床的快速恢復，NTSB得出結論，對泄漏的緊急及環境應對是有效的，管理良好。

3  調查結果

這起事故有人員失誤、設備缺陷、管理不善等原因，同時還有環境因素影響。事故主要的調查結果如下。

（1）如果事故管道沒有遭受第三方損壞而發生壁厚減薄，就能夠承受破裂當天的壓力峰值，事故也就不會發生。

（2）如果Olympic對IMCO公司在水處理廠改建工程相關開挖中監管到位，也可能避免失效事故發生。

（4）如果Olympic檢測與評價工程師能夠對發現的異常特征做進一步的調查分析，充分利用3次內檢測數據和管道地面特征對齊的成果，判定正確的缺陷類型或者分析異常特征位置曾經發生的開挖施工活動或者按照皺褶彎曲特征開挖驗證，只要做到了其中一項就會避免失效事故發生。

（5）如果SCADA系統計算機能夠對Olympic控制員的命令保持響應，操作事故管道的控制員就能夠采取措施防止壓力升高而避免管道破裂。

（6）管道控制員在事故當天遇到的SCADA性能不良，操作速度緩慢且不能及時響應，可能因SCADA系統上同時進行的數據庫開發工作所致。NTSB在調查后提出建議，不宜在運行狀態下在SCADA系統上進行數據庫開發和調試等工作。

（7）如果事故前在一個離線系統上運行并徹底測試SCADA數據庫修訂版，而不是在主機上在線測試，由那些修訂引起的錯誤就可以在影響管道之前被認定并加以修正。

（8）如果Olympic在發現安全閥RV-1919發生連續運行故障時就采取措施防止入口截斷閥關閉，將能夠發現閥門配置不當，從而采取措施以防止最終導致管道破裂的壓力沖擊。