并行油氣管道事故案例分析

張強1 戴聯(lián)雙2 韓小明1

1.國家管網(wǎng)集團研究總院； 2.國家管網(wǎng)集團公司

1  概述

管道并行敷設是將兩條或多條輸油氣管道敷設在間距不大而又平行走向的管溝中。如同單條管道一樣，并行敷設的管道在服役過程中，受到腐蝕、第三方損壞、地質(zhì)災害等因素影響，可能發(fā)生失效導致管內(nèi)介質(zhì)泄漏，進而造成嚴重的事故后果。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的主要考慮對象。當一條管道（以下簡稱源管道）發(fā)生爆炸、燃燒時，會對并行管道（以下簡稱目標管道）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，對埋地管道的破壞程度也更嚴重。目標管道受到源管道泄漏后形成的火災熱輻射影響，可能會在持續(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致管體受損，如表 1所示。

表 1 并行敷設管道發(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?shù)貢r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號線（管徑1016 mm/壁厚9.42 mm/管材X65/運行壓力6.07 MPa，簡稱4號線）破裂起火，52分鐘后與該處并行的Line 100-3號線（管徑914 mm/壁厚8.74 mm/管材X60/運行壓力6.07 MPa，簡稱3號線）破裂起火，而另一條Line 100-5號線（簡稱5號線）受火災熱輻射影響防腐層受損。事故造成1人輕傷。

事故形成了一個長51 m、寬23 m、深5 m的爆炸坑，面積約為725 m2，過火面積約19.6×104 m2，受熱影響面積合計約80×104 m2。3號線和4號線破裂形成的4個管道碎片散落在爆炸坑周圍90 m范圍內(nèi)。

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

圖 1 TransCanada公司事故管道空間位置關系

（2）事故原因。經(jīng)調(diào)查，4號線（源管道）破裂的原因是由于管材的直焊縫根部存在缺陷，形成表面應力腐蝕開裂，受超載應力后引起的延性過載斷裂。3號線（目標管道）破裂的原因是當源管道破裂起火后未能及時關斷（在最初破裂后近2個小時內(nèi)，系統(tǒng)并未完全切斷隔離），受火焰高溫影響，目標管道管材力學特性降低，在管道內(nèi)應力作用下發(fā)生屈服破裂。

2.2  加拿大卑詩省Buick鎮(zhèn)并行管道事故

（1）事故描述。2012年6月28日，當?shù)貢r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/運行壓力0.87 MPa）相繼破裂起火。破裂發(fā)生時，兩條管道均已關閉。事故地點位于加拿大卑詩省Buick鎮(zhèn)西北40 km處，事故未造成人員傷亡。

事故形成了一個長17 m、寬7.6 m、深1.1 m的爆炸坑。事故過火面積10.2×104 m2。Nig Creek管道（源管道）一段6 m長管段被撕裂并拋出到爆炸坑東北約20 m處。事故現(xiàn)場如圖 2所示。事故管道并行間距為3 m，兩者間的位置關系如圖 3所示。

（a）事故現(xiàn)場俯瞰圖

（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)場圖

圖 3 Nig Creek與Bonavista并行管道位置關系

（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。破裂前，下游McMahon工廠臨時停輸使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)生局部過熱，管材強度和內(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”過熱失效的典型特征，并進一步加大了火災影響。

3  結論

并行管道在設計、建造和運行階段都存在一定的風險因素，并行管道間交互影響所帶來的風險，可從以下幾個方面考慮采取措施。

（1）嚴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、熱影響、維搶修、安全管理等因素影響，要嚴格按照GB 50251―2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》、SY/T 7365―2017《油氣管道并行敷設技術規(guī)范》等相關標準規(guī)范的要求確定，并以事故后果為導向，在設計階段控制其并行間距。

（2）優(yōu)化管道設計參數(shù)。目標管道的失效包括彈坑和熱輻射模型兩種破壞形式，根據(jù)管道熱失效作用機理，可從目標管道運行壓力、管道壁厚、上下游截斷閥室的間距、目標管道介質(zhì)流速等開展多因素多參數(shù)優(yōu)化設計，另外針對重點地段可考慮并行管道的抗爆隔離措施，如防爆墻等。

（3）加強并行管道安全管理。保障并行管道安全，關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。應從管道巡檢、標識標牌、檢測監(jiān)測、維修維護、應急處置等方面加強并行管道的風險管理，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.

作者簡介：張強，1986年生，注冊安全工程師、二級安全評價師、管道檢驗員，主要從事管道完整性相關的研究工作。先后參與編寫《油氣管道風險評價方法 第2部分 定量評價法》《油氣管道基于風險的檢測方法》等行業(yè)標準、《油氣管道站場完整性管理》等書籍，曾獲中石油集團公司科學技術進步獎等。聯(lián)系方式：18630630987，zhangqiang14@pipechina.com.cn。