張強(qiáng)1 戴聯(lián)雙2 楊玉鋒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  事故概述

2019年8月1日，Enbridge公司一條管徑762 mm（30英寸）、壁厚9.5 mm天然氣管道在美國(guó)肯塔基州丹維爾附近發(fā)生破裂爆炸事故。事故造成1人死亡、6人受傷、75人疏散，泄漏天然氣約297萬(wàn)立方米。一段10.12 m（33.2英尺）長(zhǎng)的管子被拋在距爆炸點(diǎn)西南約146.6 m（481英尺）處。引起的大火燒毀附近5棟房屋，另有14棟受損（最遠(yuǎn)距離335.28 m/1100英尺）；一條鐵路遭火災(zāi)破壞。事故現(xiàn)場(chǎng)形成一個(gè)長(zhǎng)16.76 m（55英尺）、寬10.67 m（35英尺）、深3.66 m（12英尺）的爆炸坑。如圖 1、圖 2、圖 3所示。

圖 1 事故管道位置示意圖

圖 2 事故形成爆炸坑現(xiàn)場(chǎng)

圖 3 拋射出的一段管子

事發(fā)地10號(hào)、15號(hào)和25號(hào)管線三管并行，其中事故管道為處于中間位置的15號(hào)線。事故管道材質(zhì)為X52，制造年份1957年，投產(chǎn)年份1958年，煤焦油瓷漆外防腐層，強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，MAOP（最大允許操作壓力）6.45 MPa，運(yùn)行壓力（破裂時(shí)）6.38 MPa，溫度（破裂時(shí)）46.1℃。

2  事故原因分析

美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB，National Transportation Safety Board）調(diào)查顯示，管道斷裂位置存在硬點(diǎn)（制造缺陷），因氫致開(kāi)裂導(dǎo)致管內(nèi)天然氣大量泄漏，與空氣混合形成爆炸性混合物發(fā)生燃燒爆炸，是事故發(fā)生的直接原因。管道硬點(diǎn)缺陷、防腐層老化破損和陰極過(guò)保護(hù)等因素共同為氫致開(kāi)裂創(chuàng)造了條件。同時(shí)，Enbridge公司未按照行業(yè)推薦指南對(duì)硬點(diǎn)缺陷進(jìn)行評(píng)估和管理，對(duì)2014年啟動(dòng)的反輸風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足，增加了管道外部腐蝕和氫氣析出，低估了各因素交互影響風(fēng)險(xiǎn)。

NTSB材料實(shí)驗(yàn)室對(duì)拋出的管段斷裂面進(jìn)行了分析，結(jié)果表明斷裂起源于管道外表面（圖 4）。黃色線區(qū)域表示斷裂起始區(qū)及其下方延伸的平坦區(qū)域，紋理粗糙。裂紋沿箭頭所示大致方向擴(kuò)展。斷裂起始位置未顯示鑿痕或凹痕跡象，也不是源自焊縫。外表面斷裂起始區(qū)長(zhǎng)度約為20.32 mm（0.8英寸），剪切唇從兩端延伸。內(nèi)表面斷裂面包含一個(gè)小的剪切唇，表明斷裂并非從管道內(nèi)表面開(kāi)始。平坦區(qū)域南北兩端外側(cè)的斷裂區(qū)域位于斜面上，并包含V字形圖案，與過(guò)應(yīng)力分離一致。對(duì)斷裂面進(jìn)行電子顯微鏡掃描檢查顯示，斷裂起源呈現(xiàn)晶間斷裂特征，與硬點(diǎn)缺陷處的氫致開(kāi)裂一致。

圖 4 管道斷裂位置

3  發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

（1）潛在影響半徑計(jì)算公式對(duì)事故危害后果估計(jì)不足。按現(xiàn)有公式計(jì)算，事故管道潛在影響半徑（PIR）為192.9 m（633英尺），現(xiàn)場(chǎng)唯一死亡人員位于管道破裂位置以南195 m（640英尺）處，受損房屋距離破裂位置最遠(yuǎn)為335 m（1100英尺），事故現(xiàn)場(chǎng)危害后果半徑大于計(jì)算值。NTSB分析，其主要原因?yàn)闈撛谟绊懓霃接?jì)算模型基于以下假設(shè)，包括破裂后受限氣流的流量方程和流量系數(shù)，假設(shè)泄漏速率為破裂發(fā)生一段時(shí)間后而不是泄漏峰值時(shí)速率；假設(shè)氣體溫度為15℃（59°F）而斷裂時(shí)的管道內(nèi)溫度要高得多；熱輻射閾值強(qiáng)度取15.8 kw/m2（5000 Btu/hr/ft2）并不是完全不受影響的范圍；假設(shè)火焰方向?yàn)榇怪毕蛏隙�事故現(xiàn)場(chǎng)火焰主要朝向?yàn)闁|，在該方向熱影響區(qū)更大。如圖 5所示。

圖 5 潛在影響半徑與實(shí)際危害后果對(duì)比

NTSB認(rèn)為，當(dāng)前潛在影響半徑計(jì)算公式與近期天然氣管道破裂事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果不一致，其確定的危害區(qū)域不能涵蓋整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。建議管道和危險(xiǎn)材料安全管理局（PHMSA）修改其法規(guī)中使用的計(jì)算方法，以確定管道破裂的潛在危害區(qū)域。

（2）管道企業(yè)對(duì)反輸后的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足。2014年事故管道開(kāi)展了反向輸送，公司發(fā)現(xiàn)壓氣站南側(cè)溫度升高可能會(huì)增加管道外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，2010年和2018年兩次內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比也進(jìn)一步表明管道金屬損失異常增加了166%；2018年和2019年密間隔電位檢測(cè)表明，陰極保護(hù)有效性不符合PHMSA標(biāo)準(zhǔn)要求。

NTSB認(rèn)為，管道企業(yè)未能有效識(shí)別、調(diào)查或管理反輸項(xiàng)目對(duì)管道表面氫析出水平的影響，并最終導(dǎo)致了管道失效。因此建議管道企業(yè)在工藝發(fā)生重大變化（如反輸）后，應(yīng)評(píng)估其腐蝕控制設(shè)備和管道的完整性。

（3）內(nèi)檢測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析受限。內(nèi)檢測(cè)設(shè)備（包括硬點(diǎn)檢測(cè)工具）原始數(shù)據(jù)處理過(guò)度依賴技術(shù)人員的分析，而選擇不同軟件設(shè)置（如增益）和設(shè)備規(guī)格（包括檢測(cè)器分辨率）可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的巨大差異，進(jìn)而影響內(nèi)檢測(cè)的檢測(cè)效果。NDT檢測(cè)承包商采用HSMFL內(nèi)檢測(cè)器共檢測(cè)事故管道及其他管道2125公里，但現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)不足以驗(yàn)證檢測(cè)工具性能及數(shù)據(jù)精度。

NTSB認(rèn)為，由于2013年之前（2013年后硬點(diǎn)檢測(cè)工作進(jìn)行了改進(jìn)）使用HSMFL內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析的局限性，已檢測(cè)的管道硬點(diǎn)缺陷范圍可能未知，企業(yè)據(jù)此無(wú)法有效地保持管道完整性。建議PHMSA告知管道企業(yè)這一局限性，并強(qiáng)調(diào)在進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析時(shí)需要遵循行業(yè)最佳實(shí)踐。

（4）危害評(píng)估和交互因素風(fēng)險(xiǎn)。Enbridge公司在2011年開(kāi)挖四個(gè)硬點(diǎn)缺陷后，認(rèn)為消除了事故管道危害，未再持續(xù)性開(kāi)展評(píng)估和管理。盡管開(kāi)挖結(jié)果與內(nèi)檢測(cè)結(jié)果基本一致，但與檢測(cè)里程相比，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖數(shù)量相對(duì)于內(nèi)檢測(cè)異常數(shù)量和嚴(yán)重程度微乎其微。管道運(yùn)行條件如溫度、陰極保護(hù)電位和反輸?shù)鹊淖兓�可能�?huì)影響硬點(diǎn)缺陷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，如管道輸送工藝變化可能導(dǎo)致防腐層退化、外部腐蝕速率加快和陰極保護(hù)效果降低。在實(shí)施反輸后，管道企業(yè)未評(píng)估事故管道運(yùn)行條件變化對(duì)管道完整性的影響，因此錯(cuò)過(guò)了識(shí)別管道完整性風(fēng)險(xiǎn)的窗口。

NTSB認(rèn)為，Enbridge公司針對(duì)硬點(diǎn)缺陷的處置和管理流程與PHMSA推薦的指南和行業(yè)認(rèn)知不一致，尤其是低估了各因素交互影響帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）員工崗前培訓(xùn)和再認(rèn)證。事故管道發(fā)生破裂時(shí)，正在值班的某員工查看了破裂造成的火球并在接到氣體控制中心電話后，未在第一時(shí)間關(guān)閉事故管段閥門，直到地區(qū)主管指示他才在約16分鐘后關(guān)閉。而該員工在事故發(fā)生前的5月8日，因壓氣站發(fā)生緊急停機(jī)事件誤關(guān)閉了與事件無(wú)關(guān)的閥門。當(dāng)時(shí)，該員工未被取消上崗或進(jìn)行上崗再培訓(xùn)和資格再認(rèn)證。由此可見(jiàn)該員工對(duì)應(yīng)急響應(yīng)程序缺乏了解，閥門關(guān)閉延遲增加了泄漏量，增加了火災(zāi)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。

NTSB認(rèn)為，管道企業(yè)應(yīng)重新審查內(nèi)部員工崗前資格認(rèn)證和再培訓(xùn)流程，并要求對(duì)所涵蓋的業(yè)務(wù)進(jìn)行補(bǔ)救培訓(xùn)和重新認(rèn)證。

4  建議

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，NTSB分別針對(duì)PHMSA和管道企業(yè)提出如下安全建議。

（1）PHMSA重新修定潛在影響半徑計(jì)算方法，以準(zhǔn)確確定管道破裂時(shí)的危害范圍。

（2）PHMSA建議管道企業(yè)評(píng)估反輸項(xiàng)目相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)氫致開(kāi)裂的影響，以及HSMFL內(nèi)檢測(cè)設(shè)備和分析數(shù)據(jù)對(duì)硬點(diǎn)缺陷的局限性，并強(qiáng)調(diào)在內(nèi)檢測(cè)時(shí)遵循行業(yè)最佳實(shí)踐。

（3）管道企業(yè)在工藝發(fā)生重大變化（如反輸）后，評(píng)估腐蝕控制設(shè)備有效性和管道的完整性。修訂企業(yè)完整性管理計(jì)劃，包括支持識(shí)別評(píng)價(jià)隱患（包括硬點(diǎn)缺陷）危害狀態(tài)所需的數(shù)據(jù)；重新評(píng)估反輸和其他重大項(xiàng)目導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的條件和情況，硬點(diǎn)缺陷和各腐蝕類型之間的相互作用。

（4）管道企業(yè)針對(duì)員工在應(yīng)對(duì)緊急停機(jī)、管道事故或其他異常操作時(shí)不遵守程序的，應(yīng)取消其作業(yè)資格并要求對(duì)其進(jìn)行上崗再培訓(xùn)和資格再認(rèn)證。

編譯自：Enbridge Inc. Natural Gas Transmission Pipeline Rupture and Fire(Pipeline Investigation Report: NTSB/PIR-22/02).

作者簡(jiǎn)介：張強(qiáng)，注冊(cè)安全工程師、二級(jí)安全評(píng)價(jià)師、管道檢驗(yàn)員，主要從事管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和完整性相關(guān)的研究工作。先后參與制修訂多項(xiàng)行業(yè)與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，曾獲中石油集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。聯(lián)系方式：18630630987，zhangqiang14@pipechina.com.cn。