油气输送管失效案例与原因分析.pdf

2 0 1 5年第 1卷第 3期 石油管材 与仪器 P ETRoL EUM TUBULAR Go0DS I NS TRUM ENTS 6 3 失效分析与预防 油气输送管失效案例与原 因分析 杨锋平 卓海森 罗金恒 张 良 贾海东。 1 ． 中国石油集团石油管工程技术研究院 中国石油集团石油管工程重点实验室 陕西西安7 1 0 0 7 7 ； 2 ． 中海福建天然气有限责任公司福建莆田3 5 1 1 0 0 ； 3 ． 中国石油西部管道公司新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 2 摘 要 文章介绍了油气输送管失效概率、 失效模式以及近几年几起失效案例， 并分析其中原因。其中管体失效与钢管本身质量 基本无关， 其失效主因为外力损伤及腐蚀， 其防治重点应放在 日 常维护上。环焊缝失效主因为焊接质量不稳定， 特别是根焊以及返 修、 补焊质量较差， 也有个别是附加载荷引起， 而腐蚀因素则没有发现 ， 其防治重点应放在管线建设质量控制上。管件失效基本由 制造因素引起 ， 其防治重点应放在管件生产加工质量控制上。对于在役管件而言， 通过便携式硬度、 金相、 化学成分检测是有效检 查措施。 关 键 词 油气管道； 失效分析； 失效概率； 失效原因； 失效案例 中图法分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 6 0 0 7 7 2 0 1 5 0 3 0 0 6 3 0 4 S t ud y o f Fa i l u r e Ca u s e i n S o me Fa i l u r e Ca s e s i n oi l a nd Ga s Pi p e l i n e YAN G F e n g p i n g 。 Z HUO Ha i s e n L UO J i n h e n g Z HA NG L i a n g J I A Ha i d o n g 1 ． C N P C T u b u l a r G o o d s R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C N P C K e y L a b o r a t o r y f o r P e t r o l e u m T u b ul a r G o o ds E n g i n e e r i n g ， ， S h a a n x i 7 1 -／ 7 ， C h i n a ； 2 ． C N O O C F u j i a n G a s C o ． ， L i d ． P u t i a n ， F u j i a n 3 5 1 1 0 0 ， Chi n a ； 3 ． P e t r o c h i n a W e s t P i p e l i ne C o m p a n y ， U r u m c h i ， X i n j i a n g 8 3 0 0 1 2 ， Chi na Ab s t r a c t I n o r de r t o r e s e a r c h f a i l u r e r e a s o n a n d t a k e o u t s o me p r e v e n t i o n me a s ur e s，f a i l u r ee q ue n c y，f a i l u r e mo de a nd s o me f a i l u r e c a s e s i n r e c e n t y e a r s we r e i n t r o d u c e d ．I t i s fou n d t h a t f o r p i p e b o d y，r a t h e r t h a n c o n s t r u c t i o n ／ p r o d u c e d e f e c t ，e x t e r n a l i n t e rf e r e n c e a n d c o r r o s i o n a r e t h e ma j o r c a u s e o f p i p e f a i l u r e ．S o m o r e r e s o u r c e s s h o u l d b e i n p u t o n r o u t i n e m a i n t e n a n c e o f p i p e l i n e t o p r e v e n t p i p e b o d y f a i l u r e ．F o r g i r t h w e l d s ，t h e ma i n f a i l u r e c a u s e i s p o o l we l d i n g i n p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n ，e s p e c i a l l y t h e q u a l i t y o f r o o t w e l d i n g ，r e p a i r we l d i n g i s n o t s t a b l e ．E x t e r n a l i n t e rfe r e n c e i s i n f r e q u e n t a n d c o r r o s i o n i s r a r e i n o u r c a s e s ． S o t h e k e y o f p r e v e n t i o n s h o u l d b e f o c u s o n we l d i n g q u a l i t y i n c o n s t r u c t i o n ．F o r p i p e fi t t i n g s ，s u c h a s fl a n g e ，e l b o w，s u b s t a n d a r d p i p e fi t t i n g i t s e l f i s t h e ma i n c a u s e ． An d p r o d u c t i o n q u a l i t y c o n t r o l i n f a c t o r y i s t h e ma i n w a y ．F o r fi t t i n g s i n s e r v i c e ，p o r t a b l e h a r d n e s s i n s p e c t i o n，me t a l l o g r a p h i c i n s p e c t i o n a n d c h e mi c a l a n a l y s i s a r e t h e e f f e c r i v e a pp r o a c h t o c h e c k t h e fit t i ng q ua l i t y ． Ke y wo r do i l a n d g a s p i p e l i n e ，f a i l u r e a n a l y s i s ，f a i l u r e f r e q u e n c y ， f a i l u r e c a u s e， f a i l u r e c a s e 0 引 言 十一五、 十二五期间， 中国石油以前所未有 的速度 ， 建成了西气东输二线、 中缅管线、 中亚管线 B 、 C 、 中俄 原油管道 、 陕京三线、 中贵线等。截至 2 0 1 4年 7月 ， 我国 陆上油气管道总里程超过 1 2万公里， 覆盖 3 1 个省区市 和特别行政区， 近 1 0亿人受益， 标志着我 国油气骨干管 网保障格局基本形成， 在保障国家能源安全方面发挥了 重要作用。 油气管道服役初期以及长时间服役后， 会因外部干 扰、 腐蚀 、 管材和施工质量等因素发生失效事故， 导致火 灾 、 爆炸、 中毒， 进而可能造成重大人员伤亡、 经济损失 及环境污染。相比过去 ， 近年来随着高钢级、 大 口径、 高 压力天然气管道的大量服役， 一次失效造成 的损失更 大。因此 ， 避免油气管道出现失效事故 ， 是管道科研、 设 计 、 建设、 运行等各阶段的一个重要任务。失效分析是 指在油气管道失效事故发生后， 及时对失效模式、 机理、 原因进行分析和诊断的一种措施， 这对减少管道失效事 故、 防止类似事故重演具有重要意义。因此 ， 失效分析 一 直是保障油气管道安全运行的重要技术手段。本文 以天然气管道为主， 介绍近几年几起失效事故以及防止 措施， 为油气管道的安全运行提供一定参考。 第一作者简介 杨锋平 ， 男 ， 1 9 8 2年生 ， 工程师， 2 0 1 0年毕业于西北工业大学获博士学位， 主要从事油气长输管道完整性评价与失效分析工 作。E m a i l y a n g f e n g p i n g O 0 8 c n p c ． c o ln ． e n 6 4 石油管材与仪器 P E T R0L E U M T U B U L A R GOoD S I N S T R U ME N T S 2 0 1 5年 6月 1 国内外管道失效概率对比 根据文献 ， 美 国 O P S O f f i c e o f P i p e l i n e S a f e t y 统 计结果显示， 1 9 7 01 9 8 4年， 美国共发生天然气管道失 效事故 5 8 7 2 起 ， 平均每年 4 0 4起； 1 9 8 51 9 9 2年， 平均 每年 2 3 8 起 ， 直接经济损失超过 3 5 0 0万美元。 根据文献 。 ， E G I G 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 e G r o u p 统计数据显示 1 9 7 02 0 1 0年间， 欧洲天然 气管道失效事故共生 1 2 4 9 起， 4 0年间的平均失效概率 为 0 ． 3 5 1次／ 1 0 0 0 k m． a ， 且随着时间的推移， 失效概 率越来越低 ， 2 0 0 6 2 0 1 0年问， 平均失效仅为 0 ． 1 6 2次／ 1 0 0 0 k m a ， 详细情况见表 1 。 表 1 E G I G失效事故统计表 与欧美国家相 比， 我国油气管道安全性依然有一定 的差距 ， 2 0 1 4年 ， 国家安全监管总局发布消息显示_ 4 J ， 我 国陆上油气管道 3 0 ％以上已经运行 了 1 0年 以上， 千公 里泄露事故率年均 4次， 远远高于美国和欧洲。同时， 在 国家层面或部委层面， 缺少一个机构对全国油气管道失 效事故进行统计和管理。2 0 1 3年， 国家安全生产监督管 理总局开始组织全 国创建安全科技支撑平台 ， 中国石油 集团石油管工程技术研究 院申报的“ 石油管及装备安全 技术创新中心” ， 有望依托安监总局力量， 开展全国性油 气管道失效数据收集、 整理工作。 2 管道失效模式及机理 2 ． 1 失效模 式 李鹤林院士提出 J ， 油气管道失效模式是失效的表 现形式 ， 一般认为装备 的失效模式主要包括 断裂 、 变 形、 表面损伤 3大类。考虑到油气管道的特殊性 ， 又将爆 炸失效单列一类 ， 这样 ， 油气管道的失效模式就包括爆 炸、 断裂、 变形、 表面损伤4大类 ， 如图 1 所示。 2 ． 2失效原因 油气管道的失效原因通常可 以划分为 外部干扰、 腐蚀、 焊接和材料缺陷、 设备和操作及其他 ， 如图2所示。 E G I S将天然气管道失效的主要原因归为 6类 外部 干扰／ 外力损伤、 材料缺 陷／ 建设质量、 腐蚀 、 地层移动、 带压开孔操作失当、 其他／ 未知， 其 占事故比例见图3 ， 可 知外部干扰所 占比例将近一半， 材料缺陷／ 建设质量 和 腐蚀各占约 1 ／ 6 。 油 气 管 道 主 要 失 效 模 式 油 气 管 道 失 效 原 因 爆炸 物理爆炸 物理原因 温度、内压 使 应力 超过 钢管强 度级 限 化学爆炸 异常化学反应使压力急剧增 加超 过钢 管强度 极 限 厂 1 脆性断裂应力腐蚀、 氰 致开裂、 低温 脆断 断裂 韧性断裂I 疲劳 断裂膻 力疲劳 、应 变疲劳腐蚀疲 劳 变形 表 面 损 伤 过 载 引起 的鼓 胀 、屈 曲 、伸 、凹坑 些亘 垡堡 量 塑塑 星堕I 腐蚀 土壤引起的外腐蚀与输送介质弓 起 的 内腐蚀 机械损伤 第j方造成的沟槽、凹陷、空} 图 1 油气管道的主要失效模 式 二方造 成 的人 外部干扰H I 自 然灾葺 地震、 地睫 言 腐蚀 焊接和 材料缺陷 设 备和 操 作 地 面交通 因素 引起 的疲 劳失效 外腐蚀 I I 埋孤焊 未熔合、未焊透、 内腐 蚀 焊接 缺 陷 材料 缺 陷 设备 故障 违 章操作 6 O 5 0 4 0 妄3 o I 叮 2 O l O O 末孔 和夹渣 、焊接 裂纹 电阻焊 沟状裂纹、焊缝夹杂 冷焊、接触烧伤、过大毛刺 现 场环焊 缝 、未熔合 、 气孑 L 和夹渣、焊接裂纹 图2油气管道 的主要失效原 因 图 3 E GI S各 种 失 效 原 因 比例 图 3 几起管道失效案例 3 ． 1 管体失效 1 2 0 1 3年 1 1月 2 2日， 中石化东黄输油管道由于 外腐蚀， 导致原油泄漏后进入青岛市政排水暗渠 ， 油气 积聚发生燃爆 ， 造成 6 2人死亡 、 1 3 6人受伤 ， 直接经济损 失 7 5 1 7 2万元 。管道局部腐蚀如图4所示。 2 2 0 1 0年 7月和 9月， 某管段两次试压后 ， 在排水