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油气管道事故案例分析与对策研究
油气长输管道事故案例分析与对策研究
栾辉
（中国石油安全环保技术研究院，北京，102200）
摘要：
结合对国内外典型油气管道事故致因进行详细分析，完成管道事故的界定与致因分类，通过分析可知，外力、腐蚀、材料和施工缺陷是造成管道事故的主要原因。
相应提出具体的措施与建议，为保障油气管道的安全运行提供参考依据。
关键词：
油气管道事故案例分析对策
Abstract：
Thepaperanalyzedthereasonsofdomesticandforeigntypicalaccidentsofoilandgaspipelines,accomplishedthedivisionandclassificationofpipelineaccidents.Accordingtotheanalysis,externaldisturbance,corrosion,materialsandconstructiondefectsweretheprimarycauseofthepipelineaccidents.Thepaperalsoproposedconcreteadvancesandmeasurescorrespondinglytoprovidereferenceforthesecurityoperationofoilandgaspipelines.
KeyWords：
Oilandgaspipelines，accidentscaused，analysis，countermeasure
管道运输是国际货物运输方式之一，是随着石油生产的发展而产生的一种特殊运输方式。
具有运量大、不受气候和地面其他因素限制、可连续作业以及成本低等优点。
随着石油、天然气生产和消费速度的增长，管道运输发展步伐不断加快。
国内管道事业在近20年的时间里取得了迅速的发展，目前国内已建油气管道的总长度超过5万公里，其中天然气管道约3万公里。
[1]管道运输承担着我国大部分原油和天然气的运输，对经济发展、促进民生、社会安定和国防建设发挥着重要的保障作用。
[2]油气输送管道具有管径大、运距长、压力高、输量大的特点，一旦发生事故，会给人们的生命财产安全以及生态环境造成很大的影响。
目前我国在役的长直油气管道有80%进入了事故多发期。
[3]本文针对国外油气管道建设大国如俄罗斯、欧洲以及美国油气管道事故进行详细分析与比较，得出其管道事故的失效原因，同时借鉴国外管道建设管理和运营的先进经验，对我国油气输送管道的安全运行管理，提出有效的管理对策。
1输气管道事故界定及致因分类
1.1管道事故的界定
天然气管道事故一般是指造成输送介质从管道内泄漏并影响正常输气的意外事件，主要是管道区段的事故。
[4]
油气输送管道事故的发生伴随其投产至其服役终结，管道服役期间事故概率一般遵循“浴盆曲线”，即管道投产初期的事故多发阶段；管道稳定工作期的事故率稳定阶段；因管道腐蚀和管道设备老化导致事故率上升的阶段，如图1所示。
图1浴盆曲线
为了评价输气管道在运行过程中的安全性与可靠性，通过引入事故率的概念，来作为衡量管道可靠性的重要指示性指标。
管道事故率通常是指事故次数与管道的运行长度和持续使用年限的比值，是管道线路部分的可靠性指标，它并非专指线路的管道或其他构成单元，而是指整个管道的线路系统。
通常来说，管道事故率被定义为每年每公里管道上发生事故的平均次数。
[3]
1.2管道事故致因分类
美国运输部（DOT）研究与特殊项目委员会（RSPA）将各种致使管道失效的原因分为五类，分别是外力、腐蚀、焊接和材料缺陷、设备和操作以及其它。
虽然在不同地区、不同国家引起输气管道事故的失效原因种类及所占比例有所不同，但是通过排序可以很直观的发现，外力、腐蚀、材料和施工缺陷是造成管道失效最主要的原因。
1.2.1外力
外力主要指因外在原因或由第三方的责任事故以及不可抗拒的外力而诱发的管道事故，它是输气管道泄漏事故的主要原因之一。
[2]
外力引起的管道失效的原因一般可以分为自然环境因素与人为破坏，其中自然环境因素又分为雷电引发的事故与地震破坏；人为破坏主要表现为在管道沿线修建违章建筑与在管道上打孔盗气。
（1）自然环境因素
雷电危害的表现形式一般为：
①阴极保护设备受损；②绝缘法兰的绝缘性降低；③雷雨季节触摸管道会感到电震等；地震破坏表现为：
当地震强度达到Ⅶ度或以上时就会引发管道的严重变形，管道因地层错动或土壤变形产生皱褶弯曲，严重时会出现开裂或者错断。
在自然灾害引发管道失效的事故中，地质灾害是最主要的原因，如山体滑坡或地基沉陷等，其他如雨水冲刷造成的管道暴露与悬空，洪水及泥石流冲断管道，管道穿越河流过程中被河水冲移也是引起管道失效事故的主要原因。
（2）人为破坏
进入20世纪90年代后期，管道侵权与人为破坏事件频发，主要表现为管道沿线修建违章建筑以及在管道上打孔盗气。
管道侵权的主要表现为违章建筑的修建以及在施工过程中对管道的破坏，违章建筑的修建使管道的生存空间日益缩小，同时违章建筑又具有势头猛、分布不均匀的特点，这对管道的安全运行构成极大的威胁；施工过程中，在管道上方或者两侧取土、采石、开矿，挖掘等会引起管道防腐层的破坏，施工机械或操作有可能引起管道破裂，管道上方种植根深植物，也会使管道的防腐层遭到破坏，而且这种情况发生的几率较大，难以预防。
1.2.2腐蚀
长输油气管道动辄数百公里或上千公里，管道穿越沿途所经环境也是十分复杂，外部的环境介质与内部的传输介质都会给管道本身带来不同程度的腐蚀。
随着管道服役年限增长，管道腐蚀概率增大，因管道腐蚀导致管道失效的事故时有发生。
据统计，1985～2000年间，美国输气管道共发生1318起事故，其中因管道内腐蚀导致失效的占12.8%，因管道外腐蚀导致管道失效的占15.3%，整体因管道腐蚀造成管道失效事故的比例占到28.1%；[5]通过对俄罗斯天然气管道的事故案例分析可以看出，因外部腐蚀导致管道失效的比例是33.0%，因内部腐蚀导致管道失效的比例是6.9%，因腐蚀导致管道失效事故的比例是总体比例是39.9%，由此可知腐蚀是造成输气管道失效的主要诱因；由于我国管材的生产技术与施工质量有限，输送介质又具有高腐蚀性等特点，我国管道因腐蚀而导致管道失效的事故率要高于发达国家。
[1]通过四川输气管道1969年～2003年事故统计资料可以看出，腐蚀造成的事故占第一位，其次为施工缺陷与外部影响。
[5]
1.2.3焊接与材料缺陷
焊接或是管道母材中的缺陷，在带压输送中常会引起管道破裂。
管道施工不够精细，焊接工艺欠佳，会使得焊口质量难以达到预期目标；同时焊缝内部承受压力较大，材质不够均匀密实，使得管道输送潜力无法得到有效发挥，也难以达到预期的使用年限；管道运行过程中，频繁受到温度变化及振动影响，焊缝处与材质缺陷的副作用会得到有效放大，引起管道失效，导致管道失效事故。
通过对有关资料分析表明，焊接与材料缺陷在欧洲、原苏联及美国是导致管道失效事故的第二大原因，在美国1970～1984年输气管道事故统计中，材料失效事故为990起，占全部事故总数16.9%；而在原苏联1981～1990年中，因材料失效和施工缺陷引起的事故分别为100次（占事故总数的13.3%）和168次（22.3%），其对输气管道安全运行的危害是显而易见的。
[6]
1.2.4设备和操作
违章操作同样会给管道本身或管道运行过程中的安全产生较大威胁，应该得到足够的重视。
在管道施工过程中，不按规划设计操作，如管体埋深不足，沼泽水网地区配重块未按规范设计要求填装，冬季施工管沟回填土壤中混有冰雪；管道系统开车运行或者停车检修过程中，未对管道系统进行清空置换，或采用非惰性气体进行置换，亦或置换的不够彻底，导致管道气体中混入空气，含氧量增加，这些操作均会使管道在生产运行过程中面临较大危险。
1.2.5其它
在输气管道生产运行过程中，还会面临其他一些潜在的，影响管道运行安全的危害因素，例如管道内水汽凝结引发的冰堵，或者管道穿越过程中外力引起的断裂等。
2管道事故案例分析
2.1俄罗斯油气管道事故
俄罗斯现有的俄罗斯现有的石油管网总长5万km，由于国土辽阔，横贯俄罗斯大陆的每条输油管道的干线长度一般均在3500~4000km。
由于许多输油管道都已老化或超期服役，管道失效事故不断发生。
据资料报道，在1981～1990年这10年间，原苏联由于各种原因造成干线输气管道事故的总次数为752次，平均事故率为0.0004次/（km.a）。
事故原因、次数及事故频率统计结果见表1。
[7]由表1可以看出，按照导致事故发生总次数的百分比排序，10年间造成输气管道失效事故的首要原因为腐蚀，其事故比率占到39.9%，其次为外部干扰（16.9%）、材料缺陷（13.3%）、建设施工缺陷（11.5%）、焊接缺陷（10.8%）及设备缺陷（2.3%）和其它（5.3%）。
[6]
2.2欧洲输气管道事故
欧洲输气管道很发达，已构成地区网络系统。
1992年8家西欧主要气体输送管道系统公司建立了欧洲输气管道事故数据组织（EuropeanGasPipelineIncidentDataGroup，简称EGIG）。
[6]通过该组织的调查表2，对欧洲主要输气公司1970～2001年的输气管道事故进行了统计和分析，结果表明，欧洲输气管道事故主要原因为：
①外部影响；②施工缺陷和材料失效；③腐蚀；④地面运动；⑤热处理缺陷；⑥其它。
表21970年～2001年欧洲燃气管道事故统计（单位：
%）[4]
事故原因
所占比例
事故原因
所占比例
外部干扰
50
地面运动
7
施工和材料缺陷
17
热处理缺陷
5
腐蚀
15
其他原因
6
2.3美国天然气管道事故
美国现今约有40×104km的天然气运营管道，由于有关近10年管道运行事故的报道很少，故依据美国能源部对1970年～1984年间运营的天然气干线管道事故进行的统计分析（表3），外力是美国大多数天然气管道损坏的主要原因，其次是材料和腐蚀。
表31970年～1984年美国输气干线运行事故统计
事故原因
次数
事故率%
事故原因
次数
事故率%
外力
3144
53.5
其它
437
7.4
材料损坏
990
16.9
材料结构
284
4.8
腐蚀
972
16.9
结构或材料
45
0.8
图2不同国家地区管道事故原因分布比较
2.4小结
通过对俄罗斯1981～1990年10年间的油气管道事故统计资料及美国和欧洲20世纪70-80年代10年间的输气管道事故统计资料进行详细分析，对致使管道失效事故的诱因进行统计（如图2所示），在所有致使油气输送管道失效事故的诱因中，外部干扰、材料失效和腐蚀是造成管道失效的最主要三个原因。
表11981～1990年原苏联干线输气管道事故原因和事故次数分析
事故原因
事故次数（次）
事故百分比%
1981年
1982年
1983年
1984年
1985年
1986年
1987年
1988年
1989年
1990年
外部腐蚀
36
22
39
28
34
21
22
17
11
18
33.0
内部腐蚀
3
3
4
12
5
10
9
4
2
6.9
外部干扰
15
9
8
9
14
16
26
7
17
6
16.9
材料缺陷
14
6
10
9
16
10
7
9
10
9
13.3
焊接缺陷
7
5
3
13
13
8
12
4
10
6
10.8
施工缺陷
11
5
7
9
7
10
6
4
4
2
8.6
违反操作规程
1
3
2
2
4
3
3
4
2.9
设备缺陷
1
1
3
2
2
2
5
1
2.3
其它原因
1
4
4
4
2
3
5
4
5
8
5.3
3措施与建议
3.1建立、健全油气管道相关基础数据库
（1）建立油气管道事故案例基础数据库。
充分调研国内外油气管道事故案例，借鉴国外管道管理先进经验，结合我国管道特点，建立管道事故基础数据库。
（2）建立油气管道穿越区域环境本底值数据库。
开展对管道穿越区域地表水、地下水、大气、土壤以及管道沿线场站环境噪声、设备噪声等环境本底值调查与监测，建立管道环境本底值数据库。
（3）建立油气管道穿越区域潜在环境风险数据库。
开展油气管道在穿越过程中可能发生的危害事件以及事件后果的严重性进行分析和识别，建立潜在环境风险的动态数据库，同时利用科学的方法对识别出的危害因素进行评价，对于不可接受的风险制定相应的控制措施。
3.2制定并运行油气管道完整性管理计划
管道完整性管理（PipelineIntegrityManagement）是指管道公司面对不断变化的因素，对油气管道运行中面临的风险因素进行识别和评价，通过监测、检测、检验等各种方式，获取与专业管理相结合的管道完整性的信息，制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运行的风险水平控制在合理的、可接受的范围内，最终达到持续改进、减少和预防管道事故发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。
由于管道运营面临不断变化的因素，故管道的完整性管理是一个持续的循环进行的过程，需要在一定的时间间隔后再次对管道进行检测与检验、风险识别、风险评价及采取措施减轻风险，以减少和预防事故的发生。
[2]
3.3加强与油气管道相关安全技术研究
（1）加强长输油气管道防腐技术研究。
以国内外先进的防腐技术研究成果为基础，结果实际管道穿越区域环境特点，研发出技术可靠，防腐蚀性能好，具有较好的机械性能、绝缘性能和耐受性能，同时又经济合理的管道防腐技术。
（2）加强对地质灾害、地震、气象等对长输管道有较大影响问题的相关研究的力度。
[8]自然环境的变换带来的外部干扰是油气管道发生失效事故的重要诱因，加强以上各项自然环境因素的研究力度，建立其动态变换的数据库，可以有效降低管道所面临的失效风险。
（3）加强油气管道相关检测技术研究，提高检测能力与水平。
定期对管道进行内、外检测和评估，尽快推广并实施管道完整性管理。
在对国外管道腐蚀检测器的消化吸收基础上，研制开发适合我国管道实际状况的油气管道智能检测系统装置，对我国在役油气管道进行全面检测和安全评价工作具有至关重要的意义。
[9]
3.4开展油气管道风险识别、风险评价与风险管理相关工作
管道风险管理是一个连续不断的改进过程，它包括管道风险和完整性管理两个方面，涵盖了风险评价（分析）、风险控制和政策支持，效能测试和响应三大内容。
[10]借鉴欧美等发达国家油气管道风险分析方法，结合我国油气管道自身特点，逐步开展风险识别、风险评价相关工作，建立一套具有广适性的油气管道风险管理办法。
4结论
随着我国经济社会的高速发展，我国经济总量已跃居世界前列。
与之相应，能源消耗总量也持续大幅增长，我国已成为能源生产与消费大国。
油气的管道输送作为一种较为安全的运输方式，具有运输量大、占地少，管道运输建设周期短、费用低，安全可靠、连续性强等优点。
“十二五”期间，我国将继续大力开展油气管道建设，以满足油气输送与消费的需要。
然而，油气输送管道一旦发生事故影响面广、后果严重。
因此，需要加快油气输送管道安全的立法，建立并完善管道完整性管理体系与基础数据库，加强油气输送管道相关安全技术研究，建立一套具有广适性的油气管道风险管理办法，以保障油气管道安全、高效、经济的运行。
参考文献
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