天然气管道事故分析.pdf

2 0 0 9 第 2期 警 遣 披 木 P i p e l i n e Te c h n i q u e 5 设 各 a nd Eq ui p me n t 2 0 0 9 No ． 2 天然气管道事故分析 杜艳 ， 谢英 ， 王子豪 ， 刘志成 1 ． 西南石油大学 ， 四川成都6 1 0 5 0 0； 2 ． 中国石油西南油气 田分公司输气 管理处 ， 四川成都6 1 0 2 1 3 ； 3 ． 中国石油西南油气 田分公司重庆气矿 ， 重庆4 0 0 0 2 1 摘要 长输天然气管道工程比较复杂 ， 一旦 出现事故 ， 将不能向下游正常供气。 因此 ， 天然气管道 的安全问题显得尤为重要。根据国内外天然气管道事故的统计数据， 对事故原因进行了分析。分析结 果表明 外部干扰 、 腐蚀 、 施工和材料缺 陷是 国内外天然气管道事故的三大主要原 因。对这些原因的特 点作了具体的描述 ， 为国内天然气管道安全管理工作提供 了借鉴材料。 关键词 天然气； 管道； 事故原因 中图分类号 T E 8 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 0 9 0 2 0 0 1 6 0 3 Ac c i de n t Ana l y s i s o f Ga s Pi pe l i ne DU Ya n ，XI E Yi n g。 ，W ANG Zi h a o ， LI U Zh i - c h e n g 1 ．S o u t h w e s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a ； 2 ． Na t u r a l Ga s Tr a n s p o r t a t i o n M a n a g e me n t o f Pe t r o Ch i n a S o u t h we s t Oi l Ga s F i e l d， Ch e n g d u 6 1 0 2 1 3， Ch i n a； 3 ．C h o n g q i n g N a t u r a l G a s Mi n e o f P e t r o C h i n a S o u t h we s t O i l G a s F i e l d， C h o n g q i n g 4 0 0 0 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t G a s t r a n s mi s s i o n p i p e l i n e i s a c o mp l e x s y s t e m． O n c e a n a c c i d e n t h a p pe n s ，i t C an n o t p r o v i d e g a s f o r d o w n l i n e ． T h e r e f o r e ，t h e s a f e t y i s s u e o f g a s tr a n s mi s s i o n p i pe l i n e b e c o me s q u i t e i mp o r t an t ．S t a t i s t i c d a t a o n o v e r s e a s an d i n t e r n a l g a s t r a n s mi s s i o n p i pe l i n e s h o w t h a t e x t e r n a l i n t e r f e r e n c e ，c o r r o s i o n an d c o n s t r u c t i o n d e f e c t ／ ma t e r i a l f a i l u r e a r e t h e ma i n c a u s e s o f g a s p i p e l i n e a c c i d e n t s． Me a n w h i l e ，t h e c h a r a c t e r i s t i c o f e v e r y c a u s e i s a n a l i z e d ， S O t h a t i t c a n p r o v i d e s o me e x p e r i e n c e for t h e s a f e t y o f i n t e rna l g a s t r a n s mi s s i o n pi p e l i n e． Ke y wor d s g a s ； p i pe l i ne；c a u s e o f a c c i de nt 0引言 天然气管道具有管径大、 运距长 、 压力高 、 输量大 的特点 ， 一旦 发生事故， 会给人们的生产生活造成很 大的影响。国内管道事业在近 2 0年中得到了迅速发 展， 特别是川渝地区， 外输天然气管线长度超过6 0 0 0 k m ， 以 D N 7 0 0 m m为主干道的环形输气干线管网长 度近2 3 0 0 k m． 但是 ， 其 中一些管线服役时间较长， 仅 环形干线就有 4 0 ％运行年限超过 2 O年H ] 。由于以前 一 些未经净化的低含硫气直接进入管线 ， 加之运行环 境恶劣 ， 管线遭受了严重的内、 外腐蚀； 同时部分管道 受当时国内制管水平 、 施 工技术限制 ， 质量较差。通 过了解国内外天然气管道事 故状况 ， 分 析 了事故 原 因， 总结了事故类型， 为国内天然气管道事故预防工 作提供了参考。 1 输气管道事故的界定 天然气管道事故一般指造成输送介质从管道 内 收稿 丑期 2 0 0 8一 O l 一1 2 收修改稿 日期 2 0 0 81 0 2 O 泄漏并影响正常输气的意外事件 ， 主要是管道 区段的 事故。 事故类 型分为针 眼和破 裂 缺陷小 于或等 于 2 c m ； 穿孔 缺陷直径大于 2 e m且小于或等于管道直 径 ； 破裂 缺陷直径大于管道直径 。 事故率是衡量管道可靠性的重要指标 ， 管道事故 率是管道线路部分的可靠性指标， 它并非专 门指线路 的管子或其他组成单元 ， 而是针对整个管道线路系统 而言的。通常干线管道事故率被定义为每年每 k m管 道上发生事故 的平均次数。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。 工程设计遵循的“ 浴盆” 型事故概率曲线 ， 不但适 用于汽车、 飞机等行业 ， 也适用于管道运输业。一般 来说 ， 输气管道在试压投产运行后 ， 其事故率都会经 历“ 浴盆曲线” 的 3个阶段 ， 即管道投产初期的事故多 发阶段 ； 管道进人稳定工作期 的事故率稳定阶段 ； 因 管子结构和管道设备老化导致 事故率上升 的阶段。 “ 浴盆型” 管道事故曲线见图 1 _ 2 』 。 第 2期 杜艳等 天然气管道事故分析 1 7 褂 蜒 辑 碡 图 1 “ 浴缸型” 事故 曲线 管道投前初期是事故多发 阶段 ， 一般是在半年至 两年时间 内， 这期 间首先暴露 的是管道 内在质量 隐 患， 包括管材质量 、 设计缺陷 、 焊接质量和施工质量 问 题。在管道事故统计中， 第一阶段 的事故 占据主要份 额， 第二阶段为中间稳定工作期 ， 可持续的 2 0年。这 一 时期的运行环境对管道造成危害事故较明显， 如腐 蚀、 外力影响的损坏等， 这与施工质量、 输送介质及防 腐层的选择有关。第三阶段 ， 管道老化 ， 达到设计寿 命后期 ， 因腐蚀及磨损 ， 此阶段 的事故曲线明显上升。 管道操作者和管理者采用此曲线 ， 其 目的在于通过先 进的检测和维护手段 ， 借助管道系统的可靠性分析研 究来尽量延长图 1中的低概率部分， 使管道的设计寿 命延长到 8 0年 J 。 2 国内外输气管道事故分析 2 ． 1 国外天然气管道事故状况 为了掌握陆上输气干线的安全状况 ， 欧洲九家输 气公司进行了紧密的合作。1 9 8 2年 ， 欧洲天然气管道 事 故 数 据 库 E u r o p e a n G a s P i p e l i n e I n c i d e n t D a t a G r o u p ， 简称 E G I G 的建立标志着正式 合作的开始。 1 9 7 0年至 2 0 0 1年的管道事故数据 包括气体非 常规 泄漏 是由输气公司提供的， 这些数据组成 了数据库 ， 对管道设计 、 运营、 维修都有很大 的帮助。根据经验 ， 数据库可 以用来判断管道 的安全状况。欧洲输气管 道公司对输气管道进行调查时 ， 对符合 以下条件 的管 道损伤事件视为一次事故 设计压力高于 1 ． 5 MP a ， 在 输气站围墙外发生的事件 ， 独立设备 比如阀门、 压缩 机 发生故障除外。此次调查的总长度是 2 ． 4 11 0 k m． 1 9 7 0年至2 0 0 1年， 气体泄漏的频率是1 0 0 0 k m的 管道发生事故 0 ． 4 4次／ 年， 但是， 最近 5年 的频率更 低 ， 每1 0 0 0 k m管道发生事故 0 ． 2 1次／ 年。表 1的统 计结 果 表 明 外 部 干 扰 是 管 道 事 故 的 主 要 原 因 5 0 ％ ， 其次是施工和材料缺陷 1 7 ％ ， 第 3个主要 因素是腐蚀 1 5 ％ ] 。 表1 1 9 7 0年～2 0 0 1年欧洲燃气管道事故统计 ％ 事故原 因 所 占比例 事故原 因 所 占比例 外部干扰 5 O 地面运动 7 施工和材料缺陷 1 7 热处理缺陷 5 腐蚀 1 5 其他原 因 6 由于使用了大直径、 高强度钢， 应用了外涂层技 术， 管道事故率逐年下降。管道事故率的变化情况如 表 2所示 。 表2 改进技术后的欧洲燃气管道事故统计 苏联的输气管道干线总长在 1 9 8 1年至 1 9 9 0年间 增加 了8 ． 31 0 k m ， 至 1 9 9 0年初 ， 达到 2 ． 0 71 0 k m， 这期间共发生管道事故 7 5 2起 。 表 3给出了各种失效 因素所 占的比例 ， 其 中， 腐 蚀、 外部干扰分别 占3 9 ． 9 ％、 1 6 ． 9 ％ ， 在油气管道事故 因素中占主导地位。通过加强管理， 苏联每 1 0 0 0 k m 的管道事故发生率 由 1 9 8 1年的 0 ． 7 1次／ 年逐年下降 到 1 9 9 0年的 0 ． 2 6次／ 年 j 。 表3 1 9 8 1 1 年一1 9 9 0年苏联输气管道事故统计 事故 发生 所 占比例 事故 发生 所 占比例 原 因 次数 ／ ％ 原因 次数 ／ ％ 腐蚀 3 0 0 3 9 ． 9 施工缺陷 6 5 8 ． 6 外部干扰 1 2 7 1 6 ． 9 误操作 2 2 2 ． 9 材料缺陷 1 0 0 1 3 ． 3 设备缺陷 l 7 2 ， 3 焊接缺陷 8 1 l O ． 8 其他 4 o 5 ． 3 1 9 7 0年 ～2 0 0 0年 ， 美国天然气长输及集输管道 共发生事故8 8 1 4 次 ， 年平均发生事故 2 9 4次。统计结 果表明 外部干扰、 腐蚀、 焊接和材料缺陷、 设备和操 作是引发管道事故的主要原因 ， 见表 4 。 表 4 1 9 8 5年 一 2 0 0 0年美国天然气管道事故统计％ 事故原因 所 占比例 事故原 因 所 占比例 外部干扰4 3 ． 6 设备和操作8 ． 5 腐蚀 2 2 ． 2 其他 1 0 ． 4 焊接和材料缺陷 1 5 ． 3 2 ． 2 国内天然气管道事故状况 据统计， 四川地区 l 2条输气管每1 0 0 0 k m的管 道事故发生率平均为 4 ． 3次／ 年。表 5为 四川输气管 道在 1 9 6 9年 一 2 0 0 3年的事故统计。由于四川地区大 部分输气管道已接近或超出服役期 ， 加之早年施工技 术水平及材料问题， 使得管道的腐蚀问题 E t 益凸现。 1 8 Pi p e l i n e Te c h n i q u e a n d Eq u i p me n t Ma r ． 2 o 0 9 因此 ， 腐蚀造成 的事故 占第一位， 其次为施工缺陷和 外部干扰 ， 管道 的第三方破坏事件 E t 益严重 ， 是值得 关 注 的问题 。 表 5 1 9 6 9年 一 2 0 0 3年四川地区输气 管道事故统计 ％ 事故原因 所 占比例 事故原因 所 占比例 外部干扰 1 5 ． 8 施工缺陷 2 2 ． 7 材料缺陷 1 0 ． 9 地表移动 5 ． 6 腐蚀 3 9 ． 5 其他 5 ． 5 在 2 0世纪 6 0年代 ， 国内管径为 4 2 6 m m 以上的 管道虽然不多 ， 但由于当时螺旋焊缝钢管制管水平不 高， 焊缝总是存在夹渣 、 气孔 、 焊偏 和未焊透等缺 陷， 投入运行后螺旋焊缝开裂， 占当时管道事故的 7 0 ％。 以后改进了制管工艺 ， 基本上消除了这种现象。2 0世 纪 7 0年代 ， 累计发生管道事故 7 3次 ， 长输管道进入规 模建设期 ， 限于当时建设 的技术条件 ， 初期发生的管 道腐蚀穿孑 L 、 天然气泄漏的事故较多。2 0世纪 8 O年 代 ， 强化了安全管理， 管道事故明显下降 ， 累计发生 3 9 次。随着 电保护法 的不断完善 ， 泄漏现象呈 下 降趋 势 。到了2 0世纪 9 O年代， 防腐层老化， 泄漏现象又开 始增加。 2 ． 3 事故原因分析 事故原因主要有 以下几类 外界干扰、 腐蚀 、 施工 缺陷和材料失效 、 焊接 、 地 面运动。输气干线管道事 故的主要原因虽然在各地 区、 各国事故发生总次数 中 所 占的比例不同， 即事故主要原 因的前后排序不 同， 但主要原因均为外部干扰 、 腐蚀 、 材料失效和施工缺 陷。 2 ． 3 ． 1 外部干扰 外部干扰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。外部干扰是引起 欧洲和美 国天然气管道事故的第一大原因， 外部干扰 引起事故的发生频率与管道直径 、 壁厚和管道埋设深 度有着密切 的关系， 因为管径越小 ， 管道 的埋设深度 越小， 管壁厚度越小 ， 管道越容易在第三方施 工作业 过程中被破坏。随着大直径、 高强度钢的使用 ， 管道 事故率逐年下降。在苏联 的管道事故统计 中， 外部干 扰是第二大主要原因。 2 ． 3 ． 2腐蚀 腐蚀是造成天然气长输管道事故的主要 因素之 一 。腐蚀可能使管道壁厚大面积减薄， 从而导致管道 过度变形或破裂 ， 也有可能直接造成管道穿孔 ， 或应 力腐蚀开裂 ， 引发漏气事故。1 9 8 1 年 ～1 9 9 0年 ， 苏联 因腐蚀造成的管道事故次数累计为 3 0 0次 ， 其中内部 腐蚀和磨蚀引起的事故 5 2次 ， 占事故总数的 6 ． 9 ％； 外部腐蚀引起 的事故 2 4 8起 ， 占 l 0年中全部事故总数 的 3 3 ％ ， 是所 有管道事故中事故率最高的， 也是造成 干线天然气管道事故 的最 主要原 因。腐蚀也是欧洲 输气管道泄漏 的主要原因之一 ， 且常发生在中 、 小管 径的薄壁管上 。但从 2 O世纪 8 0年代开始， 管道腐蚀 事故率明显 降低 ， 且仅为针孔裂纹 ， 而这类缺陷不会 导致气体大量泄漏 。随着防腐保护材料的不断发展， 通过采用防腐性能优 良的防腐层 F B E 、 P E胶带或挤 出 P E等 ， 加强 日常管道维护和监测 ， 改进 阴极保护 措施等手段， 使管道的腐蚀状况得到了一定的改善。 1 9 7 5年， 美国由于腐蚀造成的经济损失约为 7 0 0亿美 元 ， 为当年国民经济生产总值 的 4 ． 2 ％ ， 而 1 9 8 6年高 达1 2 6 0 亿美元 ， 1 9 9 5年上升到3 0 0 0 亿美元。 2 ． 3 ． 3 材料失效和施工缺陷 材料失效和施工缺陷是天然气管道事故 的主要 原因之一。管材本 身质量差所引起 的事故一般由金 属缺陷所致 ， 主要 由管材卷边 、 分层 、 制管焊缝缺 陷、 管段热处理工艺有误等造成。管道施工缺陷主要是 指管道施工过程中 ， 因某些原因使管道造成刮伤及擦 伤 ， 或违反和不严格遵 守操作 规程造成 的损 伤缺 陷 等。1 9 8 1年 一1 9 9 0年 ， 苏联因这两种缺陷所造成的管 道 事 故 共 计 1 6 5起 ，占全 部 管 道 事 故 总 次 数 的 2 1 ． 9 ％ ； 后 5年比前 5年的事故次数有所下降 ， 说明施 工质量对管道安全运行的重要性 已得到重视。E G I G 也曾对 1 9 5 4年以来因施工缺陷和材料失效造成 的输 气管道事故进 行 了调查。调查结 果表 明 1 9 5 4年 ～ 1 9 6 3年间建设的管道 ， 因施工缺陷和材料失效引起的 事故频率相对较高， 以后各阶段明显减少 。 3 结 束语 对国内外天然 气长输 管道事故 的统计 、 分析 表 明， 外部干扰 、 腐蚀 、 施工和材料缺陷是管道事故发生 的主要原因。研究国内油气管道的事故特点 ， 搜集事 故资料 ， 建立全国性的管道事故数据库是一项必要的 基础工作。 建立和完善天然气管道完整性管理体 系是保证 天然气管道系统长期 、 稳定 、 安全运转的必要手段 ， 可 以有效减少 管道现存 的各种安全 隐患， 降低 运营风 险 ， 实现管道 的高效 、 安全和经济运行。开展油气管 道完整性管理 ， 提高管道系统安全运行水平 ， 是我 国 当前面临的紧迫任务。 下转第 3 7页 第 2期 王建国 橇装式调压装置在天然气管道站场的应用 3 7 表 1 参数设置表 MP a 3 ． 1 监控调压器与主调压器的切换 在正常情况下 ， 工作调压器 向下游管路供气 ， 由 于监控调压器的设定值较高， 因此监控调压路一直处 于完全开启状态。一旦工作调压器发生了故障 ， 整站 的出口压力升 高， 待升 高至监控调压 器压力设定值 时， 监控调压器接替工作调压器进行调压， 此时的下 游压力比客户给定的压力稍微高些， 一般监控调压器 不易长时间工作。需要立即对工作调压器进行检修。 3 ． 2 调压路 自动切换基本原理 在正常情况下 ， 主调压路的调压器 向下游管路供 气， 备用调压路处于热备份状态。一旦主调压路的工 作调压器和监控器均发生 了故障 ， 整站 的出 口压力升 高， 一直升高至紧急切断 阀的压力设定值时， 主凋压 路紧急切断阀切断； 之后 ， 出口压力降低， 当降低至备 用调压路的主调压器设定压力值时， 备用调压路的调 压器正常工作， 向下游管路供 气， 需要立 即对主调压 路的设备进行维修。 需要说明的是 由于主调压路的调压器故 障而引 起的出口压力升高， 不会导致备用调压路紧急切断阀 切断 。 3 ． 3 调压系统出口压力遥控原理 出口压力电气遥控系统可实现远程控制功能， 出 口压力变送器把调压器后 的调压压力 三表平均值 变送至控制中心， 主控中心可设置 自动／ 手动按钮 ， 如 在 自动状态 ， 可设定一个压力调节范 围进行 自动的调 节 ， 控制中心主控计算机根据压力信号与设定 的压力 比较， 计算 出需要调节指挥器 的调节驱动压力 ， 再 由 主控计算机给现场 R T U发送指令 ， 由 R T U输出相对 应的4～ 2 0 m A的控制信号给现场伺服电机 ， 现场伺 服 电机得到信号动作 ， 调节调压阀上指挥器的压力调 节杆， 并有伺服系统的2～1 0 V的反馈信号给主控计 算机 ， 当调压系统压力 达到设定值时， 伺服电机停止， 这样可以实现全 自动的压力调节 。 3 ． 4 调压后压力超高或超低远控保护 为实现调压后压力超高的进一步保护， 防止因调压 后压力变送器故障产生误动作， 在调压后设置 3块压力 变送器， 设置压力高报及高高报、 低报及低低报报警功 能， 当有 1 块仪表发生高报或低报时， 主控计算机发出 声光报警并作报警事件打印输出。当有两块及以上的 压力变送器产生高高报或低低报时， 主控计算机启动 E S D程序 ， 关闭进出站 E S D阀及调压橇进 口电动球阀 A1 ／ B 1 ， 以保护洪湾末站和下游用户安全 。 4 结束语 洪湾末站调压橇具有 自力式调压器和 电动调压 器的双重优点 。一般情况下采用 自力式调压 ， 具有调 压平稳 、 相应快等优点。 工作调压器和监控调压器的设置， 提 高了单路调 压的高可靠性。设置两路配置 一用一备 调压橇 ， 即 保证了供气的平稳性和可靠性 ， 又可以实现不停输进 行设备维修和更换 ， 为洪湾末站实现无人值守提供 了 保证。 参考文献 [ 1 ] 吴麒． 自动控制原理． 北京 清华大学出版社， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 陆培文． 调压阀实用技术． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 王宏如． 阀门国内外最新标准及其工程应用技术丛书． 北 京 银色音像出版社， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 吴明， 孙万富， 周诗岽． 油气储运自动化． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 孙豫龙， 朱瑞苗， 张少仲， 等． 小型 S C A D A系统在联合站 应用 的技术方案． 管道技术与设备 ， 2 0 0 3 4 2 9 3 1 ． 作者简介 王建国 1 9 7 0 一 ， 工程师， 从事管道运行管理和技术 管理工作。 上接 第 l 8页 研制开发适合国内管道实际状况的油气管道智 能检测系统装置 ， 对国内在役天然气管道进行全面检 测和安全评价工作具有至关重要的意义。 参考文献 [ 1 ] 罗敏， 马雪峰， 刘军， 等． 川渝天然气管道工程建设发展情 况及建议． 天然气工业， 2 0 0 6 3 2 6 2 7 ． [ 2 ] 王福胜 译 ． 输气管道如何提高管道的完整性和预 防事故． 1 9 9 5年国际管道技术会议， 北京， 1 9 9 5 ． [ 3 ] G a s P i p e l i n e I n c i d e n t 1 9 7 0 2 0 0 1 5 t h R e p o r t o f T h e E u r o - p e a n Ga s Pi p e l i ne I nc i d e n t Da t e Gr o u p，2 0 02． [ 4 ] 王玉梅， 郭书平． 国外天然气管道事故分析． 油气储运 ， 2 0 0 0 1 51 0 ． [ 5 ] 杨筱蘅， 严大凡． 逐步实施我国油气管道的完整性管理． 天然气工业 ， 2 0 0 4 2 1 2 01 2 3 ． 作者简介 杜艳 1 9 8 2 一 ， 硕士研究生， 主要研究方向为油气管 道腐蚀与防腐。