并行油氣管道事故案例分析

張強(qiáng)1 戴聯(lián)雙2 韓小明1

1.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)研究總院； 2.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)公司

1  概述

管道并行敷設(shè)是將兩條或多條輸油氣管道敷設(shè)在間距不大而又平行走向的管溝中。如同單條管道一樣，并行敷設(shè)的管道在服役過(guò)程中，受到腐蝕、第三方損壞、地質(zhì)災(zāi)害等因素影響，可能發(fā)生失效導(dǎo)致管內(nèi)介質(zhì)泄漏，進(jìn)而造成嚴(yán)重的事故后果。由于天然氣高壓、易燃和火焰高溫特性，輸氣管道是發(fā)生事故后果多米諾效應(yīng)的主要考慮對(duì)象。當(dāng)一條管道（以下簡(jiǎn)稱源管道）發(fā)生爆炸、燃燒時(shí)，會(huì)對(duì)并行管道（以下簡(jiǎn)稱目標(biāo)管道）產(chǎn)生超壓沖擊波或熱輻射，研究表明由于天然氣的可壓縮性，爆炸沖擊波在土壤中所產(chǎn)生的壓力比在空氣中所產(chǎn)生的壓力更大，對(duì)埋地管道的破壞程度也更嚴(yán)重。目標(biāo)管道受到源管道泄漏后形成的火災(zāi)熱輻射影響，可能會(huì)在持續(xù)高溫下發(fā)生管材屈服破裂，而與水管線并行則可能是在高壓水射流的影響下導(dǎo)致管體受損，如表 1所示。

表 1 并行敷設(shè)管道發(fā)生事故相互影響示例

2  典型案例分析

2.1  加拿大TransCanada管道公司并行管道事故

（1）事故概況。1995年7月29日，當(dāng)?shù)貢r(shí)間5:42，位于加拿大馬尼托巴省拉皮德市附近，TransCanada管道公司Line 100-4號(hào)線（管徑1016 mm/壁厚9.42 mm/管材X65/運(yùn)行壓力6.07 MPa，簡(jiǎn)稱4號(hào)線）破裂起火，52分鐘后與該處并行的Line 100-3號(hào)線（管徑914 mm/壁厚8.74 mm/管材X60/運(yùn)行壓力6.07 MPa，簡(jiǎn)稱3號(hào)線）破裂起火，而另一條Line 100-5號(hào)線（簡(jiǎn)稱5號(hào)線）受火災(zāi)熱輻射影響防腐層受損。事故造成1人輕傷。

事故形成了一個(gè)長(zhǎng)51 m、寬23 m、深5 m的爆炸坑，面積約為725 m2，過(guò)火面積約19.6×104 m2，受熱影響面積合計(jì)約80×104 m2。3號(hào)線和4號(hào)線破裂形成的4個(gè)管道碎片散落在爆炸坑周圍90 m范圍內(nèi)。

事故現(xiàn)場(chǎng)共有6條管線（Line 100-1～6號(hào)）并行，按規(guī)定1～4號(hào)線的水平間距分別為9.1 m，但3號(hào)線和4號(hào)線之間的水平間距卻降低為7.0 m，低于公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。5號(hào)線從1、2、3、4號(hào)線下方穿過(guò)，頂部與4條管線底部之間的間距0.8 m～1.7 m，符合CSA標(biāo)準(zhǔn)要求。事故源管道和目標(biāo)管道的空間位置關(guān)系如圖 1所示。

圖 1 TransCanada公司事故管道空間位置關(guān)系

（2）事故原因。經(jīng)調(diào)查，4號(hào)線（源管道）破裂的原因是由于管材的直焊縫根部存在缺陷，形成表面應(yīng)力腐蝕開裂，受超載應(yīng)力后引起的延性過(guò)載斷裂。3號(hào)線（目標(biāo)管道）破裂的原因是當(dāng)源管道破裂起火后未能及時(shí)關(guān)斷（在最初破裂后近2個(gè)小時(shí)內(nèi)，系統(tǒng)并未完全切斷隔離），受火焰高溫影響，目標(biāo)管道管材力學(xué)特性降低，在管道內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生屈服破裂。

2.2  加拿大卑詩(shī)省Buick鎮(zhèn)并行管道事故

（1）事故描述。2012年6月28日，當(dāng)?shù)貢r(shí)間23:05，加拿大Westcoast Energy公司所轄NigCreek管道（管徑406.4 mm/壁厚6.35 mm/管材X52/運(yùn)行壓力6.9 MPa）破裂起火，25分鐘后與該處并行的Bonavista Energy公司所轄的Bonavista天然氣管道（管徑168.3 mm/壁厚4 mm/管材X35/運(yùn)行壓力0.87 MPa）相繼破裂起火。破裂發(fā)生時(shí)，兩條管道均已關(guān)閉。事故地點(diǎn)位于加拿大卑詩(shī)省Buick鎮(zhèn)西北40 km處，事故未造成人員傷亡。

事故形成了一個(gè)長(zhǎng)17 m、寬7.6 m、深1.1 m的爆炸坑。事故過(guò)火面積10.2×104 m2。Nig Creek管道（源管道）一段6 m長(zhǎng)管段被撕裂并拋出到爆炸坑?xùn)|北約20 m處。事故現(xiàn)場(chǎng)如圖 2所示。事故管道并行間距為3 m，兩者間的位置關(guān)系如圖 3所示。

（a）事故現(xiàn)場(chǎng)俯瞰圖

（b）爆炸坑及被拋出的管段

圖 2 并行管道Nig Creek與Bonavista事故現(xiàn)場(chǎng)圖

圖 3 Nig Creek與Bonavista并行管道位置關(guān)系

（2）事故原因。NigCreek管道（源管道）破裂原因是，采用低頻電阻焊焊接工藝的管段在直焊縫處存在的環(huán)向裂紋發(fā)生了增長(zhǎng)。破裂前，下游McMahon工廠臨時(shí)停輸使NigCreek管道壓力升高（從4.1 MPa升到6.6 MPa），高壓促使管道從環(huán)向裂紋處沿直焊縫破裂。

Bonavista管道（目標(biāo)管道）暴露在NigCreek管道爆炸坑內(nèi)，但并未因初始爆炸受到損壞。而在NigCreek管道噴射火焰的沖擊下，Bonavista管道發(fā)生局部過(guò)熱，管材強(qiáng)度和內(nèi)部壓力承受能力降低，出現(xiàn)局部膨脹屈服破裂，破裂部分呈現(xiàn)“薄魚嘴唇”過(guò)熱失效的典型特征，并進(jìn)一步加大了火災(zāi)影響。

3  結(jié)論

并行管道在設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行階段都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)因素，并行管道間交互影響所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，可從以下幾個(gè)方面考慮采取措施。

（1）嚴(yán)格控制并行管道間距。并行管道之間的間距越大，發(fā)生多米諾效應(yīng)的概率越低。并行管道間距受施工環(huán)境（爆炸/施工間距）、陰極保護(hù)、熱影響、維搶修、安全管理等因素影響，要嚴(yán)格按照GB 50251―2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、SY/T 7365―2017《油氣管道并行敷設(shè)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求確定，并以事故后果為導(dǎo)向，在設(shè)計(jì)階段控制其并行間距。

（2）優(yōu)化管道設(shè)計(jì)參數(shù)。目標(biāo)管道的失效包括彈坑和熱輻射模型兩種破壞形式，根據(jù)管道熱失效作用機(jī)理，可從目標(biāo)管道運(yùn)行壓力、管道壁厚、上下游截?cái)嚅y室的間距、目標(biāo)管道介質(zhì)流速等開展多因素多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，另外針對(duì)重點(diǎn)地段可考慮并行管道的抗爆隔離措施，如防爆墻等。

（3）加強(qiáng)并行管道安全管理。保障并行管道安全，關(guān)鍵要保證每條單一管道安全，才能減少并行管道失效后的相互影響，從而提高整體安全性。應(yīng)從管道巡檢、標(biāo)識(shí)標(biāo)牌、檢測(cè)監(jiān)測(cè)、維修維護(hù)、應(yīng)急處置等方面加強(qiáng)并行管道的風(fēng)險(xiǎn)管理，降低事故發(fā)生概率和減輕事故后果影響。

編譯自：

[1]Pipeline Investigation Report P95H0036：TransCanada PipeLines Limited Line 100-3, 914-millimetre (36-inch) Main Line Kilometre Post Main Line Valve 30-3 + 0.245 Kilometres Line 100-4, 1,067-millimetre (42-inch) Main Line Kilometre Post MainLine Valve 30-4 + 0.220 Kilometres, Rapid City, Manitoba, 29 July 1995.

[2]Pipeline Investigation Report P12H0105：Westcoast Energy Inc., Carrying on Business as Spectra Energy Transmission Nig Creek Pipeline, Kilometre Post 1.93 Near Buick, British Columbia, 28 June 2012.

作者簡(jiǎn)介：張強(qiáng)，1986年生，注冊(cè)安全工程師、二級(jí)安全評(píng)價(jià)師、管道檢驗(yàn)員，主要從事管道完整性相關(guān)的研究工作。先后參與編寫《油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 第2部分 定量評(píng)價(jià)法》《油氣管道基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)方法》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、《油氣管道站場(chǎng)完整性管理》等書籍，曾獲中石油集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)等。聯(lián)系方式：18630630987，zhangqiang14@pipechina.com.cn。