中石油管道有限責任公司

欄目主持人戴聯(lián)雙博士：美國于2008年至2009年建設了大量的API5L X70級鋼管道，在打壓過(guò)程和運行初期集中出現了環(huán)焊縫開(kāi)裂、管體開(kāi)裂等問(wèn)題。發(fā)生事故的Keystone輸油管道，即屬于這一期間建設的管道。本起事故原因是由于建設施工期造成管道外表面機械損傷，運營(yíng)期受疲勞載荷作用、機械損傷形成的溝槽尖端的裂紋不斷增長(cháng)和擴展，最終導致失效。根據事故調查報告推測， TransCanada公司如果及時(shí)開(kāi)展針對裂紋的管道內檢測和提前開(kāi)展X70及以上鋼級管道對缺陷的容限能力研究、優(yōu)化缺陷修復標準，可能會(huì )避免此次事故發(fā)生。

1 事故概述

2017年11月16日，由TransCanada公司運營(yíng)管理的KeyStone輸油管道在美國南達科塔州的埃默斯特市附近發(fā)生破裂泄漏（圖 1）。該管道的運行控制中心位于加拿大阿爾伯特省卡爾加里，數據采集和控制系統（SCADA）監測到發(fā)生泄漏即刻關(guān)斷管道，現場(chǎng)確認管道發(fā)生破裂，泄漏量為794.9 m3。

美國運輸安全委員會(huì )（NTSB）和管道與危險物品安全管理局（PHMSA）開(kāi)展了失效管道的冶金檢測，分析管道發(fā)生破裂可能的原因。作為正常調查程序的一部分， PHMSA提出將事故管節開(kāi)挖、移送到NTSB位于華盛頓的實(shí)驗室。

管道發(fā)生破裂時(shí)， Keystone管道正在開(kāi)展內檢測前的清管和聲波泄漏檢測工作。破裂發(fā)生前，清管器和聲波泄漏檢測器已經(jīng)通過(guò)了距離破裂位置上游的盧登輸油站截止閥，在準備通過(guò)下游的費爾內輸油站 時(shí)，費爾內輸油站于5:03打開(kāi)了旁通，于5:24旁通完全打開(kāi)后引起了上游盧登站的分輸壓力緩慢升高。破裂發(fā)生時(shí)，盧登輸油站的壓力從8.07 MPa上升到9.32 MPa。該管道自投產(chǎn)以來(lái)尚未運行任何內檢測工具檢測管道裂紋。

5:33，最先發(fā)現管道發(fā)生破裂，當時(shí)盧登輸油站的分輸壓力明顯下降，同時(shí)流速增快； 5:34，費爾內輸油站壓力下降； 5:36，控制中心的調度員啟動(dòng)緊急關(guān)斷功能，隔離了事故管道； 5:45，通過(guò)遠程控制閥隔離了失效區域；職員調查發(fā)生泄漏的管道位置；9:15確認管道泄漏的具體位置；職員隨即通知了馬歇爾縣的應急服務(wù)機構、消防部門(mén)和馬歇爾縣的主管。應急響應啟動(dòng)后，設置了半徑1.6 km的安全警戒區域。

2 管道系統

Keystone管道起點(diǎn)位于加拿大阿爾伯特省哈迪斯蒂市，輸送原油至美國俄亥俄州庫欣市和伊利斯諾斯州帕托卡市的終端。破裂發(fā)生在盧登輸油站下游，里程位置為234.2 km，位于南達科塔州的馬歇爾縣。破裂位置管道2008年秋天開(kāi)工建設， 2010年投產(chǎn)；管徑762 mm，壁厚9.8 mm，按照API 5L X70標準制造，雙面埋弧焊直縫管，溶解環(huán)氧粉末防腐涂層。管道施工和運行獲得了特殊許可，運行壓力可以達到80%最小屈服強度（SMYS）。

管道開(kāi)挖后，在破裂位置發(fā)現了施工期間安裝的混凝土配重塊。破裂管段和一部分配重塊運往NTSB的材料實(shí)驗室進(jìn)行檢測。圖 2為開(kāi)挖后運送至NTSB前破裂管段形貌。

在NTSB材料實(shí)驗室，清洗破裂管段后進(jìn)行可視化檢查。冶金專(zhuān)家發(fā)現破裂表面（140 mm長(cháng)區域）沿長(cháng)度方向的中部、棘輪標志、止裂線(xiàn)和其他特征表明初始在管壁外部的溝槽位置發(fā)生了疲勞裂紋開(kāi)裂。疲勞的起源區域位于管道的頂部，距離縱焊縫165 mm，在開(kāi)裂終點(diǎn)的上游位置存在密集的溝槽（圖 3）。

3 事故原因

NTSB確定， Keystone管道發(fā)生失效的原因是疲勞裂紋開(kāi)裂，裂紋來(lái)源于管道施工建設期對管道外表面的機械損傷，運營(yíng)期受機械損傷的溝槽形成的裂紋不斷增長(cháng)和擴展到臨界尺寸，最終導致管道破裂。

下一期將為大家介紹 “2014年3月12日美國紐約燃氣管道爆炸著(zhù)火事故”原因，并分享這次事故帶來(lái)的經(jīng)驗教訓，敬請關(guān)注。