主講人戴聯(lián)雙博士：在美國油氣管道立法方面，寫(xiě)入聯(lián)邦法規的每一個(gè)條款幾乎都來(lái)自事故的警示，相關(guān)指標都得到了事故驗證。1999年6月10日，Olympic管道公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Olympic）運營(yíng)管理的成品油管道在華盛頓州Bellingham市發(fā)生破裂泄漏并引發(fā)火災，造成嚴重的人員傷亡、環(huán)境破壞和財產(chǎn)損失。該起事故和2000年發(fā)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(lián)邦政府于2002年頒布了《管道安全改進(jìn)法案》，首次以法律的形式明確要求管道運營(yíng)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(lián)邦級管理。此舉具有里程碑意義，極大地促進(jìn)了管道管理規范化，提升了管道行業(yè)的整體水平。

這起事故暴露了 Olympic在管理和技術(shù)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(shí)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�；�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(lèi)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(jìn)行開(kāi)挖驗證，并進(jìn)行修復”的要求寫(xiě)入了聯(lián)邦法規。

Olympic管道公司成品油管線(xiàn)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(fā)生破裂泄漏，有897 m3汽油流入了附近的一條小溪，小溪流經(jīng)WhatcomFalls公園。管道破裂1.5小時(shí)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(chǎng)嚴重受損，影響了周邊居民正常飲水。經(jīng)過(guò)近3年的深入調查，到2002年美國運輸安全委員會(huì )（NTSB）發(fā)布事故調查報告時(shí)，該事故造成的財產(chǎn)損失總值超過(guò)4 500萬(wàn)美元。

圖 1  事故發(fā)生后的Whatcom小溪局部航拍

NTSB通過(guò)對事故相關(guān)人員的訪(fǎng)談、管道運行與控制情況調查、管道附近開(kāi)挖歷史信息資料查閱、1991年以來(lái)管道漏磁內檢測數據信息排查、聯(lián)邦法規和行業(yè)標準的符合性檢查、以及事故管段實(shí)驗室分析等工作，確定管道發(fā)生破裂的可能原因為：①1994年Bellingham市水處理廠(chǎng)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(shí)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(shí)對第三方損壞管段進(jìn)行開(kāi)挖修復。③Olympic在啟輸前，沒(méi)有測試管道系統中的所有安全裝置，導致事故狀態(tài)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(fā)生非預期關(guān)閉，導致泄漏狀況進(jìn)一步惡化。⑤遠程監控及數據采集系統（SCADA）的數據庫開(kāi)發(fā)工作和常規操作存在問(wèn)題，導致SCADA系統關(guān)鍵時(shí)刻無(wú)法做出有效應答。

圖 2  水處理廠(chǎng)施工造成406 mm成品油管道損傷現場(chǎng)

2  失效分析

2.1  失效管段的開(kāi)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(kāi)挖，取出包含破裂部分的3.2 m長(cháng)管道。在破裂段管子上，可見(jiàn)大量溝槽和凹痕（圖3 、4）。

破裂點(diǎn)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(xiàn)在輸油管道上方1.7 m。破裂點(diǎn)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(cháng)0.69 m，最大開(kāi)口0.18 m的裂縫。在管子外表面有一條長(cháng)0.22  m的溝槽，沿著(zhù)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(diǎn)位置，沒(méi)有觀(guān)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(méi)有疲勞斷裂跡象，這也說(shuō)明此次破裂屬于一次性過(guò)應力破裂。在取出的管子上截取3個(gè)試件進(jìn)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(guò)規定的最小值。同時(shí)，標準規定7.9 mm壁厚的試樣最小延伸率為22%，而3個(gè)試樣的延伸率測量值介于32.6%～33.8%。對管材的化學(xué)成分進(jìn)行了分析，均符合法規標準要求。

在破裂源溝槽痕跡中的產(chǎn)物分析中發(fā)現金屬的化學(xué)成分為高含鉻鋼，與Bellingham水處理廠(chǎng)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(fā)現，當安全閥入口壓力達到事故狀態(tài)下的5.5 MPa時(shí)，就已經(jīng)超過(guò)了調節器設置點(diǎn)壓力1.0 MPa以上，調節器已經(jīng)不能正常運行，安全閥也無(wú)法打開(kāi)。通過(guò)X射線(xiàn)檢驗發(fā)現，安全閥設置到4.5 MPa時(shí)就已超過(guò)閥門(mén)彈簧的壓縮極限，因而調節器運行不可靠，會(huì )出現某些時(shí)候發(fā)生故障的現象。

2.3  管道內檢測評估

1997年初，Olympic檢測與評價(jià)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(jìn)行了數據對齊，準確定位于水處理廠(chǎng)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(méi)有做進(jìn)一步分析，從而錯失預防失效發(fā)生的機會(huì )。

1996年漏磁檢測結果中，Tuboscope確定破裂點(diǎn)存在23%的金屬損失，但是判定該金屬損失為制造缺陷，同時(shí)還可能存在皺褶彎曲。據此工程師進(jìn)行了缺陷評估，判定該缺陷是一個(gè)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(fā)生在管道安裝時(shí)，因此這兩個(gè)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(gè)特征，那么檢測與評價(jià)工程師就應該質(zhì)疑該異常特征的類(lèi)型，并做進(jìn)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(tài)烴和其他液體管線(xiàn)輸送系統》（ASME B31.4）“超過(guò)12.5%壁厚的溝槽都要進(jìn)行修補”的規定進(jìn)行修復，也會(huì )避免此次失效發(fā)生。但是工程師沒(méi)有這么做。

1997年Enduro幾何檢測中，在破裂區域也發(fā)現了凹坑變形，深度3%。Olympic人員到達區域計劃開(kāi)挖時(shí)，發(fā)現太潮濕無(wú)法進(jìn)行，就推遲了該工作。1997年7月檢測與評價(jià)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(méi)有異常的情況，因此未對該異常做進(jìn)一步的開(kāi)挖檢查。

事故發(fā)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(jìn)行評估和開(kāi)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(shí)進(jìn)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(guān)閉管道，但是SCADA系統操作命令沒(méi)有響應。如果控制員能夠啟動(dòng)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(guān)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(fā)生破裂的可能性。由于破裂管道承受過(guò)高壓力，沒(méi)有疲勞跡象。因此，如果事故當天不發(fā)生超壓，管道應該不會(huì )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(huì )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(fā)現20個(gè)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(huì )影響SCADA運行。但是調查面談的所有人員中，沒(méi)人對此給出滿(mǎn)意解釋。

SCADA系統可以通過(guò)網(wǎng)橋連接到已建網(wǎng)絡(luò )的其他部分，也可以通過(guò)撥號調制解調器直接訪(fǎng)問(wèn)。系統中沒(méi)有防火墻或訪(fǎng)問(wèn)監控等保護措施。雖然未發(fā)現事故當天有未授權或者未知用戶(hù)入侵計算機，但是與SCADA系統相關(guān)的基本安全保障不足，可能在將來(lái)引起黑客入侵。事故后，Olympic已經(jīng)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(fǎng)問(wèn)安全。

2.5 應急響應

Bellingham市消防、警察和公共服務(wù)部門(mén)響應及時(shí)，來(lái)自當地、州和聯(lián)邦的其他人員也及時(shí)應對該起事故引起的火災和環(huán)境危害。事件指揮系統具備有效組織和管理�；�于對事件指揮系統的現場(chǎng)觀(guān)察，與不同應對部門(mén)的面談，對最初氣味報告的快速響應，對火災和環(huán)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(huán)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(shí)還有環(huán)境因素影響。事故主要的調查結果如下。

（1）如果事故管道沒(méi)有遭受第三方損壞而發(fā)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(huì )發(fā)生。

（2）如果Olympic對IMCO公司在水處理廠(chǎng)改建工程相關(guān)開(kāi)挖中監管到位，也可能避免失效事故發(fā)生。

（4）如果Olympic檢測與評價(jià)工程師能夠對發(fā)現的異常特征做進(jìn)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(lèi)型或者分析異常特征位置曾經(jīng)發(fā)生的開(kāi)挖施工活動(dòng)或者按照皺褶彎曲特征開(kāi)挖驗證，只要做到了其中一項就會(huì )避免失效事故發(fā)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(shí)響應，可能因SCADA系統上同時(shí)進(jìn)行的數據庫開(kāi)發(fā)工作所致。NTSB在調查后提出建議，不宜在運行狀態(tài)下在SCADA系統上進(jìn)行數據庫開(kāi)發(fā)和調試等工作。

（7）如果事故前在一個(gè)離線(xiàn)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(xiàn)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(fā)現安全閥RV-1919發(fā)生連續運行故障時(shí)就采取措施防止入口截斷閥關(guān)閉，將能夠發(fā)現閥門(mén)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。