張強1 戴聯(lián)雙2 楊玉鋒1

1.國家管網(wǎng)集團研究總院；2.國家管網(wǎng)集團公司

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(cháng)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（最遠距離335.28 m/1100英尺）；一條鐵路遭火災破壞。事故現場(chǎng)形成一個(gè)長(cháng)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 事故形成爆炸坑現場(chǎng)

圖 3 拋射出的一段管子

事發(fā)地10號、15號和25號管線(xiàn)三管并行，其中事故管道為處于中間位置的15號線(xiàn)。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，強制電流陰極保護，MAOP（最大允許操作壓力）6.45 MPa，運行壓力（破裂時(shí)）6.38 MPa，溫度（破裂時(shí)）46.1℃。

2  事故原因分析

美國國家運輸安全委員會(huì )（NTSB，National Transportation Safety Board）調查顯示，管道斷裂位置存在硬點(diǎn)（制造缺陷），因氫致開(kāi)裂導致管內天然氣大量泄漏，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)推薦指南對硬點(diǎn)缺陷進(jìn)行評估和管理，對2014年啟動(dòng)的反輸風(fēng)險認識不足，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。

NTSB材料實(shí)驗室對拋出的管段斷裂面進(jìn)行了分析，結果表明斷裂起源于管道外表面（圖 4）。黃色線(xiàn)區域表示斷裂起始區及其下方延伸的平坦區域，紋理粗糙。裂紋沿箭頭所示大致方向擴展。斷裂起始位置未顯示鑿痕或凹痕跡象，也不是源自焊縫。外表面斷裂起始區長(cháng)度約為20.32 mm（0.8英寸），剪切唇從兩端延伸。內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表面開(kāi)始。平坦區域南北兩端外側的斷裂區域位于斜面上，并包含V字形圖案，與過(guò)應力分離一致。對斷裂面進(jìn)行電子顯微鏡掃描檢查顯示，斷裂起源呈現晶間斷裂特征，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)現的問(wèn)題

（1）潛在影響半徑計算公式對事故危害后果估計不足。按現有公式計算，事故管道潛在影響半徑（PIR）為192.9 m（633英尺），現場(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為335 m（1100英尺），事故現場(chǎng)危害后果半徑大于計算值。NTSB分析，其主要原因為潛在影響半徑計算模型基于以下假設，包括破裂后受限氣流的流量方程和流量系數，假設泄漏速率為破裂發(fā)生一段時(shí)間后而不是泄漏峰值時(shí)速率；假設氣體溫度為15℃（59°F）而斷裂時(shí)的管道內溫度要高得多；熱輻射閾值強度取15.8 kw/m2（5000 Btu/hr/ft2）并不是完全不受影響的范圍；假設火焰方向為垂直向上而事故現場(chǎng)火焰主要朝向為東，在該方向熱影響區更大。如圖 5所示。

圖 5 潛在影響半徑與實(shí)際危害后果對比

NTSB認為，當前潛在影響半徑計算公式與近期天然氣管道破裂事故現場(chǎng)實(shí)測結果不一致，其確定的危害區域不能涵蓋整個(gè)風(fēng)險區域。建議管道和危險材料安全管理局（PHMSA）修改其法規中使用的計算方法，以確定管道破裂的潛在危害區域。

（2）管道企業(yè)對反輸后的風(fēng)險認識不足。2014年事故管道開(kāi)展了反向輸送，公司發(fā)現壓氣站南側溫度升高可能會(huì )增加管道外腐蝕風(fēng)險，2010年和2018年兩次內檢測數據對比也進(jìn)一步表明管道金屬損失異常增加了166%；2018年和2019年密間隔電位檢測表明，陰極保護有效性不符合PHMSA標準要求。

NTSB認為，管道企業(yè)未能有效識別、調查或管理反輸項目對管道表面氫析出水平的影響，并最終導致了管道失效。因此建議管道企業(yè)在工藝發(fā)生重大變化（如反輸）后，應評估其腐蝕控制設備和管道的完整性。

（3）內檢測設備和數據分析受限。內檢測設備（包括硬點(diǎn)檢測工具）原始數據處理過(guò)度依賴(lài)技術(shù)人員的分析，而選擇不同軟件設置（如增益）和設備規格（包括檢測器分辨率）可能會(huì )導致結果的巨大差異，進(jìn)而影響內檢測的檢測效果。NDT檢測承包商采用HSMFL內檢測器共檢測事故管道及其他管道2125公里，但現場(chǎng)檢測不足以驗證檢測工具性能及數據精度。

NTSB認為，由于2013年之前（2013年后硬點(diǎn)檢測工作進(jìn)行了改進(jìn)）使用HSMFL內檢測器檢測及數據分析的局限性，已檢測的管道硬點(diǎn)缺陷范圍可能未知，企業(yè)據此無(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，并強調在進(jìn)行內檢測和數據分析時(shí)需要遵循行業(yè)最佳實(shí)踐。

（4）危害評估和交互因素風(fēng)險。Enbridge公司在2011年開(kāi)挖四個(gè)硬點(diǎn)缺陷后，認為消除了事故管道危害，未再持續性開(kāi)展評估和管理。盡管開(kāi)挖結果與內檢測結果基本一致，但與檢測里程相比，現場(chǎng)開(kāi)挖數量相對于內檢測異常數量和嚴重程度微乎其微。管道運行條件如溫度、陰極保護電位和反輸等的變化可能會(huì )影響硬點(diǎn)缺陷帶來(lái)的風(fēng)險，如管道輸送工藝變化可能導致防腐層退化、外部腐蝕速率加快和陰極保護效果降低。在實(shí)施反輸后，管道企業(yè)未評估事故管道運行條件變化對管道完整性的影響，因此錯過(guò)了識別管道完整性風(fēng)險的窗口。

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

（5）員工崗前培訓和再認證。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(huà)后，未在第一時(shí)間關(guān)閉事故管段閥門(mén)，直到地區主管指示他才在約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)生緊急停機事件誤關(guān)閉了與事件無(wú)關(guān)的閥門(mén)。當時(shí)，該員工未被取消上崗或進(jìn)行上崗再培訓和資格再認證。由此可見(jiàn)該員工對應急響應程序缺乏了解，閥門(mén)關(guān)閉延遲增加了泄漏量，增加了火災的持續時(shí)間和強度。

NTSB認為，管道企業(yè)應重新審查內部員工崗前資格認證和再培訓流程，并要求對所涵蓋的業(yè)務(wù)進(jìn)行補救培訓和重新認證。

4  建議

根據調查結果，NTSB分別針對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算方法，以準確確定管道破裂時(shí)的危害范圍。

（2）PHMSA建議管道企業(yè)評估反輸項目相關(guān)風(fēng)險及對氫致開(kāi)裂的影響，以及HSMFL內檢測設備和分析數據對硬點(diǎn)缺陷的局限性，并強調在內檢測時(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，評估腐蝕控制設備有效性和管道的完整性。修訂企業(yè)完整性管理計劃，包括支持識別評價(jià)隱患（包括硬點(diǎn)缺陷）危害狀態(tài)所需的數據；重新評估反輸和其他重大項目導致風(fēng)險的條件和情況，硬點(diǎn)缺陷和各腐蝕類(lèi)型之間的相互作用。

（4）管道企業(yè)針對員工在應對緊急停機、管道事故或其他異常操作時(shí)不遵守程序的，應取消其作業(yè)資格并要求對其進(jìn)行上崗再培訓和資格再認證。

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，注冊安全工程師、二級安全評價(jià)師、管道檢驗員，主要從事管道風(fēng)險評價(jià)和完整性相關(guān)的研究工作。先后參與制修訂多項行業(yè)與企業(yè)標準，曾獲中石油集團公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎等獎項。聯(lián)系方式：18630630987，zhangqiang14@pipechina.com.cn。