一起錨擊導致海底管道原油泄漏事故

張強1 戴聯(lián)雙2

1.國家管網(wǎng)集團科學(xué)技術(shù)研究總院； 2.國家管網(wǎng)集團公司

1  事故概況
  2021年10月1日，美國B(niǎo)eta Offshore公司所轄圣佩德羅灣海底管道發(fā)生一起原油泄漏事故，現場(chǎng)未造成起火爆炸和人員傷亡。泄漏原油約588桶，造成從亨廷頓海灘到墨西哥北部海灘的環(huán)境污染，浮油帶面積約33 km2，距離岸邊7.5 km，總經(jīng)濟損失（含清理費用）約1.6億美元，泄漏處進(jìn)行換管后于2023年4月重新啟輸。
  事故管道用于將海洋平臺開(kāi)采的重質(zhì)原油輸送到岸邊泵站（圖 1）。建于1980年，全長(cháng)27.8 km，管徑406 mm，管材X52，壁厚12.7 mm，設計壓力8.0 MPa，日常運行壓力2 MPa～4 MPa，日輸量4000桶。管道外表面包裹一層25.4 mm厚的混凝土配重層，敷設于水下29 m的海床上，管道流向自南向北，其中從平臺沿油流方向17.5 km敷設于海床，其余臨近岸邊的部分埋于海床下3.0 m～4.5 m。

圖 1 管道路由走向

2  應對措施
  10月1日16時(shí)至2日6時(shí)，管道控制室共發(fā)現8次事故管道泄漏監測系統報警，考慮當時(shí)正在進(jìn)行過(guò)濾器維護和清管等作業(yè)，且泄漏監測系統顯示泄漏位置在0 km處，值班人員判斷可能是系統誤報或者泄漏發(fā)生在平臺處而不是海底段管道，直到2日凌晨發(fā)現海面浮油后，控制中心關(guān)閉了海洋平臺上的主閥門(mén)，組織人員開(kāi)始在泵站從管道進(jìn)行抽油，以降低管道壓力。
  3日上午，當地成立以海岸警衛隊主導的應急指揮部，將該泄漏事件定義為重大海上事故，劃定應急指揮區，統一開(kāi)展泄漏原油的監測與處置工作（圖 2）。臨時(shí)關(guān)閉了受影響的海灘，要求公眾遠離該水域，沿海岸設置12個(gè)空氣采樣點(diǎn)，監測相關(guān)污染物。

圖 2 美國國家海洋和大氣管理局繪制的污染區域

  此次泄漏油品的清理工作累計1800余人參與，到11月30日累計回收油品132桶、水油混合物8063加侖、油砂混合物964加侖、含油垃圾549 658磅和部署圍油欄4000 m。至2022年1月4日才解除了所有應急響應和監測。
  10月22日，管道企業(yè)完成了水下調查，結果顯示有1230 m管道發(fā)生偏移（圖 3），最大偏移距離32 m，在臨近管道泄漏位置處有刮痕/沖刷的跡象，管道混凝土配重層有明顯的凹陷變形。

圖 3 涉事海底管道發(fā)生偏移

  對泄漏位置的管段進(jìn)行超聲和磁粉檢測發(fā)現，管道直焊縫的下方表面存在長(cháng)度為551.7 mm的軸向裂紋，順油流方向10:30～11:00的位置（圖 4）。為防止裂紋進(jìn)一步擴展，在裂紋兩端各鉆了一個(gè)10 mm的止裂孔，采用環(huán)氧樹(shù)脂和復合包裹材料（SynthoGlass® A+ Wrap™）進(jìn)行臨時(shí)堵漏。

圖 4 管道變形與裂紋

  11月20日，再次檢查時(shí)發(fā)現堵漏處出現了滲漏，考慮近30 m的水深和管道變形情況，管道企業(yè)設計并制作了一種修復裝置，將一段直徑254 mm的管段以修復補丁的方式焊接到失效位置（圖 5），其材料和厚度與受損管道相同。修復補丁帶有焊接的端蓋以及用于排氣、密封的螺紋配件，底部覆蓋整個(gè)裂紋，從大約9:00延伸到12:00方向的位置，采用水下焊接，防止換管前進(jìn)一步泄漏。后續在完成一系列的清管和清洗作業(yè)后，于2022年10月26日完成了對破裂點(diǎn)上下游共6段管道的切割并打撈至水面。

圖 5 臨時(shí)修復裝置

3  原因分析
  直接原因：管道受到外力撞擊產(chǎn)生凹陷變形，在長(cháng)期外部環(huán)境與內部壓力的循環(huán)載荷作用下，凹陷位置出現應力集中，萌生疲勞裂紋逐漸擴展直至泄漏。
  間接原因：應急錨地與管道距離較近，且實(shí)際管道位置比海圖上標注的距離錨地邊界小30 m。發(fā)生拖錨事件后，船舶交通服務(wù)中心（VTS）未及時(shí)將相關(guān)情況反饋給管道企業(yè)，管道企業(yè)未及時(shí)開(kāi)展相關(guān)檢查評估；發(fā)生泄漏后，企業(yè)員工無(wú)法及時(shí)判斷報警信息且泄漏監測系統顯示的定位錯誤，8次報警、14個(gè)小時(shí)后才完成停泵等因素綜合導致。
  （1）事故管段失效分析。
  對事故管段切割后（包括臨近的環(huán)焊縫、修復的補�。╅_(kāi)展失效分析，管材屈服強度、抗拉強度、夏比沖擊功、化學(xué)成分等符合API 5LX 的規范要求。
宏觀(guān)檢查受損管段發(fā)現明顯管體變形，順油流方向在6:00和12:00方向出現壓扁和局部凹陷，在3:00和9:00方向出現膨脹、拉伸，管道混凝土保護層出現損壞，管段從南向北端沿軸向彎曲，向外彎曲至3:00側。為了更直觀(guān)的了解變形損壞情況，采用3D掃描對管道表面輪廓進(jìn)行建模（圖 6），共計觀(guān)察到3個(gè)變形特征，其中變形深度76.2 mm～12.7 mm、長(cháng)度1630 mm～718 mm、寬度363 mm～129 mm。

圖 6 事故管段切割與3D建模分析

  裂紋沿直焊縫焊趾處由南向北延伸，其中外表面長(cháng)度457 mm、內表面長(cháng)度289 mm，呈“T”字形，外表面裂紋南側起始端位于止裂孔以北38.1 mm，北側末端距焊趾20 mm。裂紋由外表面向內表面擴展，最大裂紋開(kāi)口尺寸2.54 mm，由中心向兩端逐漸閉合，裂紋下方觀(guān)察到3個(gè)明顯的劃痕（圖 7），與管道軸線(xiàn)成約25度角。

圖 7 管道外表面裂紋形態(tài)

  在裂紋南端距離止裂孔約114 mm處取樣，進(jìn)行切割以觀(guān)察斷裂面（圖 8）。觀(guān)察到從外表面向外輻射呈紅褐色的彎曲區域以及外表面附近一個(gè)較淺的、更亮的平坦區域。平坦區域從外表面向外延伸約0.33 mm，顯示出從外表面向外輻射的棘輪標記特征，沒(méi)有觀(guān)察到明顯的斷裂源。在焊趾端的長(cháng)度上有一系列棘輪標記，從管道的外表面向外輻射出裂紋，與漸進(jìn)式斷裂機制一致（例如疲勞等），這種斷裂機制源自焊趾端的多個(gè)源主要從外表面向內表面擴展。

圖 8 斷裂面形態(tài)

  （2）關(guān)于拖錨情況。
  根據管道企業(yè)水下探測結果顯示，沿管道位移方向在海底形成的劃痕，與船只拖錨一致。事故調查組審查了最近一次路由檢測（2020年5月）結果，管道未出現偏移，因此將重點(diǎn)放到了自2020年5月到泄漏發(fā)生時(shí)間段的船只通過(guò)情況。調查泄漏點(diǎn)周?chē)鷧^域的船舶自動(dòng)識別系統（AIS）數據顯示，2021年1月25日，在附近等待入港的集裝箱船受強風(fēng)和強烈冷鋒產(chǎn)生的海浪影響，兩艘集裝箱船發(fā)生拖錨，錨撞擊管道導致移位并損壞（圖 9）。由于事故船只被分配的錨地位置與管道距離很近，在錨接觸管道之前，船員沒(méi)有足夠的時(shí)間在大風(fēng)和海浪中絞起船錨。錨地的東南邊界和錨地西南方的應急錨地位置，在拋錨船只和管道之間沒(méi)有留下足夠的安全余量。

圖 9 管道與錨地位置及船只AIS軌跡

  事故調查建議，重新調整圣佩德羅灣錨地位置，增大與輸油管道之間的距離；在船舶交通服務(wù)船舶監控系統（VTS）上，增加管道路由并在海圖上實(shí)時(shí)顯示功能，一旦發(fā)現拖錨船與管道線(xiàn)路有交叉情況，及時(shí)進(jìn)行聲光報警；制定相關(guān)工作程序，一旦發(fā)現海底管道發(fā)生侵擾時(shí)，及時(shí)通知管道企業(yè)。
4  啟示
  對穿越航道及海洋工程頻繁作業(yè)海域的海底管道，存在落錨、落物撞擊損傷及拖錨、拖網(wǎng)損傷的風(fēng)險，如果防范措施落實(shí)不到位，則有可能發(fā)生事故。對此提出如下建議。
  （1）嚴格落實(shí)《石油天然氣管道保護法》的規定。該法第三十二條規定，在穿越河流的管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側各五百米地域范圍內，禁止拋錨、拖錨、挖砂、挖泥、采石、水下爆破。因拋錨、拖錨可能造成管道直接損傷，甚至穿孔、破裂，且短時(shí)間難以修復。對此，管道在建設期要按照國家有關(guān)技術(shù)規范的強制性要求，對穿越段的管道采取增加管材強度、增大管道壁厚、提高防腐層等級、埋深在沖刷線(xiàn)以下等措施，盡可能降低管道發(fā)生事故的可能性，保障管道本體安全。管道建成后要嚴格依照法律禁止危害管道安全的行為。
  （2）做好海底管道巡護、保護宣傳。進(jìn)一步搜集管道周邊采砂、錨地、航道、第三方施工、拋錨船舶等信息，重點(diǎn)面向持有采砂證的公司或個(gè)人、第三方施工單位、附近漁民和海事局等相關(guān)單位和人員，采用海上精準宣傳和陸上專(zhuān)項宣傳相結合的方式，介紹海底管道敷設位置、埋深等基礎信息以及海底管道保護的重要性和應急措施，及時(shí)獲取管道風(fēng)險信息。
  （3）開(kāi)展海底管道路由掃測和標識管理。及時(shí)組織海底管道路由掃測和風(fēng)險評估，密切關(guān)注海底管道埋深、周邊海床采砂區變化發(fā)展情況和障礙物（拋錨、漁網(wǎng)、落物等）等，準確掌握海底管道的路由狀態(tài)。同時(shí)完善海底管道海面、入�？诤统龊？诘南嚓P(guān)標識，在海底管道出入海點(diǎn)設置警示標牌，海面設置實(shí)體航標或者虛擬航標，標明海底管道位置和走向。
  （4）采取多種技防措施監控預警。融合無(wú)人機巡護，提升巡護工作效率。在海底管道登陸點(diǎn)兩端設置高清視頻監控系統并設置電子圍欄，利用AIS虛擬航標和岸基系統設施提供船舶動(dòng)態(tài)信息，對可能危及管道的船舶進(jìn)行預警，動(dòng)態(tài)跟蹤重點(diǎn)船舶，為船舶提供信息提醒，最大限度地防止或減少水上交通事故的發(fā)生；可考慮用碎石回填、混凝土壓塊、柔性防護墊等工程措施對海底管道加以保護。
  （來(lái)源：《Pipeline investigation report：Anchor Strike of Underwater Pipeline and Eventual Crude Oil Release》）  

  作者簡(jiǎn)介：張強，1986年生，高級工程師，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)的研究與應用工作。先后參與制修訂行業(yè)、企業(yè)標準5項，獲得國家石油天然氣管網(wǎng)集團科技進(jìn)步獎、中國職業(yè)安全健康協(xié)會(huì )科學(xué)技術(shù)獎、河北省石油學(xué)會(huì )科技進(jìn)步獎等獎項。聯(lián)系方式：0316-2072640，zhangqiang14@pipechina.com.cn。