油气管道失效原因分析.pdf

第 4 4卷 第 2期 2 0 1 5 年 2月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 4． N O ． 2 F e b r u a r y，2 0 1 5 油气管道失效原因分析 刘娇 阳，吴 明，胡志勇，葛 岚 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘 要对近年来国内外埋地钢制管道失效原因进行分析和总结，为我国油气管道失效的事故分析 、事故 诊断与预测、 应急处理、风险管理等方面工作提供了参考依据。对实际管道失效案例进行分析 ， 得出该管道失 效原因，指出该管道在以后的运行及管理中的注意事项，提高对螺旋焊缝缺陷的识别和分析水平，预防管道事 故 ，应从提高设计质量，强化运行管理人手，同时采用先进的施工技术和质检标准。 关键词 埋地钢制管道 ；管道失效 ；螺旋焊缝缺陷；施工技术 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 50 2 0 3 1 5 0 3 Re a s o n Ana l ys i s o f Oi l a nd Ga s Pi pe l i ne Fa i l ur e L I UJ i a o - y a n g， WUMi n g，HUZ h i - y o n g， G ELa n Co l l e g e o f P e t r o l e u m E n g i n e e rin g，Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 01 ，Ch i n a Ab s t r a c t Re a s o n s o f b u r i e d s t e e l p i p e l i n e f a i l u r e a t h o me a n d a b r o a d i n r e c e n t y e a r s we r e a n a l y z e d a n d s u mma r i z e d ， wh i c h c o u l d p r o v i d e s o me r e f e r e n c e f o r a n a l y s i s ， d i a g n o s i s ， f o r e c a s t ，e m e r g e n t t r e a t m e n t ， r i s k m a n a g e me n t o f o i l a n d g a s p i p e l i n e a c c i d e n t s ． B y a n a l y z i n g t h e a c t u a l p i p e l i n e f a i l ure c a s e s ， r e a s o n s o f the p ipe l i n e f a i l ure we r e c o n c l u d e d ； the ma t t e r s n e e d i n g a tt e n t i o n i n o p e r a t i o n a n d ma n a g e me n t o f the p i p e l i n e i n the fi a r t h e r we r e p u t f o r wa r d ． I t ’ s p o i n t e d o u t t h a t the l e v e l o f r e c o gn i t i o n an d a n a l y s i s o f t h e s p i r a l we l d d e f e c t a n d the d e s i g n q u a l i t y s h o u l d b e i mp r o v e d ， t h e o p e r a t i o n ma n a g e me n t s h o u l d b e a l s o s e n g t h e n e d ， a n d a d v a n c e d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y a n d q u a l i ty i n s p e c ti o n s t an d a r d s s h o u l d b e u s e d ． Ke y wo r d s B u ri e d s t e e l p ipe l i n e ； P i p e l i n e f a i l ure ； S p i r a l w e l d d e f e c t ； C o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y 管道输送是石油 、天然气最主要 的运输方式 ， 管道输送具有运输量大 、 受地形影响小 、 密闭安全、 运费低 、占地少 、 自动化程度高、便于管理 、劳动 生产效率高等优点 。 我国的油气管道敷设长度一 直增加 ， 在预计到 2 0 2 0年 ， 我国将形成多个油气区 域性 网络体系 。油气管道敷设长度增加 ，随着运 行时间增加 ，管道失效的事故也增多 ，事故可能会 引起火灾 、爆炸 ，从而造成巨大的经济损失 、人员 伤亡和环境污染等灾难性后果。为预防管道事故及 更多灾难发生 ，国内外对于管道失效事故原因进行 了大量的调查分析与研究 。 1 国内外埋地钢质管道失效原因 国 际 管 道 研 究 委 员 会 f P i p e l i n e R e s e a r c h C o m m i t t e e I n t e r n a t i o n a 1 对输气管道发生事故的数据 进行了统计和分析，归纳总结出了引起管道失效的 2 2 种基本因素， 并对这些基本因素进行了分类。 美 国 A S M E B 3 1 ．8 S 一 2 0 0 4 输气管道完整性管理 中将管道发生事故原因分成 7 类，主要原因包括腐 蚀 、材料失效 、第三方破坏 、人为误操作 、自然灾 害、 其他外力损伤、 不明原因等。 美国运输部 D O T 与特殊项 目委员会 R S P A 将管道失效原 因分为五 种 ，分别是外力 、腐蚀 、焊接和材料缺陷、设备和 操作以及其他 。美 国能源部 曾对 1 9 7 0 1 9 8 4年间 及 1 9 8 5 2 0 0 0年的 1 6年间 运营的天然气干线管 道事故进行过统计分析 第三方、 管材失效和腐蚀原 因造成的事故占绝大多数。 2 0 0 2年 2 月 C O N C A WE 公布 “ 西欧长输石油管道 3 0午 l生能统计” ，1 9 7 1 2 0 0 0年运行的管道共发生泄漏事故 3 7 9起。其中， 第三方破坏导致的管道泄漏事故 占 3 4 ． 8 ％； 腐蚀 包 括内外腐蚀 导致的事故 占2 9 ． 8 ％； 机械损伤导致的 事故 占 2 4 ％；误操作导致的事故 7 ． 8 ％；自然灾害导 致 的 事 故 占3 ． 7 ％ 。 2 0 0 7 年 ， E G I G 通 过 对 1 9 7 0 2 0 0 7年期间内所管辖维护运行的输气管道进 行事故调查发现嘲 ，第三方破坏、 施工缺陷、材料缺 陷和腐蚀，是欧洲天然气管道事故的主要因素。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 9 - 1 8 作者简介 刘娇阳 i 9 9 0 一 ，女，辽宁沈 阳人，硕士学位，就读于辽宁石油化L T- 大学油气储运专业 ，研 究方 向油气管道完整性。E - m a i l 1 1 u j 1 a o y a n g 0 8 2 0 1 6 3 ． c o m 。 第4 4卷第2期 刘娇 阳，等油气管道失效原因分析 3 1 7 表 3出站压 力及温度数据 Ta bl e 3 The o ut bound pr e s s ur e and t e mpe r a t ur e dat a 2 ． 3 焊缝质量 目前评价方法基于强度 ，前题是焊缝 的冲击功 高于 3 O J ，而实际管 网中有很多焊缝质量未达标 如表 4所示 ，应该采用基于断裂 的评价方法 ， 但采用基于断裂的评价方法后 ，评价给出安全压力 会趋于保守 ，大幅增加需修复缺陷数量。如何识别 低性能焊缝 ，技术上不能解决 ，导致评价方法没有 区分 ，都采用统一 的方法 。而采用基 于断裂 的方 法，导致需修复缺陷数量过大，最终选择基于强度 的评价方法。 假如采用基于断裂的评价方法，该处缺陷失效 压力为 3 ． 1 MP a ， 安全压力为 2 ． 2 MP a 。 表 4管网部分管段冲击实验结果 Ta bl e 4 The r e s ul t of t he i mpac t e x pe r i m e nt f or pa r t pi pe s e c t i on o f pi l PI e l i ne ne t wor k 2 ． 4 其他因素 除了内压引起的应力外 ，还有管道弯曲产生 的 弯曲应力 管道沉降造成的变形等 、安装时可能 引入的残余应力 、焊接工艺引入的残余应力，管道 不同位置温度变化引起的热应力等不可忽视。均会 影响缺陷评价方法的可靠性。 综上所述 失效原因可能有 以下几点 1 由于输送工艺的变化 ，油温从高到低 ，导 致管道产生较大的轴向热应力，缺陷承压能力远低 于原有状态 。由于输送工艺的变化 ，管材 由于温度 大幅下降， 性能特别是冲击性能降低，管材可能发 生韧脆转变 ，导致管道失效。 2 由失效前的温度和压力变化统计情况初步 分析得出 1月 1日温度降到 7度左右 ，未发生螺旋 焊缝开裂 ，1 月 2日温度基本不变 ，压力升高到 3 ． 3 MP a ， 发生螺旋焊缝开裂 ，可能失效原 因是 1 月 1日 温降，导致材料性能下降，管道所受应力增加，但 1月 2 日内压升高是导致当天管道开裂的直接原 因。采用基于断裂的方法评价该处失效压力为 3 ． 1 M P a ，符合此推理。 3 目 前采用的评价方法前提是焊缝的冲击功 高于 3 O J ，根据 目前掌握东管网数据，很多焊缝质 量未达标，如何识别低性能焊缝，目 前技术上还不 能解决，导致评价方法没有区分，因此存在一定的 偏差。 3 结 论 1 管线从加热顺序输送运行方式改变为常 温输送时 ，管道温度场从热至冷 ，油温从高至低 。 温度的变化会对管体本身缺陷造成较大影响，在部 分应力较大区域 ，较小的管体缺陷亦可能发生开 裂。管道输送 的工艺变化给缺陷管道带来了新的问 题和认知 ，应开展工况变化对输油管道安全运行的 定量研究 ，给出冷热 油切 换时应采取的措施和对 策 ，规范和指导热输管道的冷热油切换运行 ，确保 切换期间的安全运行 。 2新增应力导致管道螺旋焊缝开裂一般分 两个 阶段 ，第一阶段 ，焊缝本体缺陷处张开，压力 急剧变化 ，油品喷出 ，如继续保持运行压力 ，则进 入撕裂的第二阶段。因此 ，生产运行调度人员应严 格监控管线运行压力变化 ，一旦有运行压力下降 ， 首先分析是否为焊缝开裂。 下转第3 2 0页 3 2 0 当 代 化 工 5 ． 2 产品 装置产品对比表见表 3 。 表 3 汽油产 品质量指标 Tabl e 3 M a i n s pe c i fic at i on of g as ol i ne pr o duc t 由表 3 可以看出 1 脱硫效果分析 本次原料总硫含量为 2 5 6 ．7 9 P g ／ g ，较设计值低，脱硫反应后产品硫含量 为 4 7 ． 1 2 t g ／ g ，产品硫含量达到生产要求。 2脱硫醇效果分析 标定产品混合汽油硫 醇硫含量为 9 g ，满足硫醇硫含量 ≯1 0 P g ／ g 的生 产要求 。 3辛烷值损失分析 分析本次标定样 ，原 料辛烷值为9 1 ， 产品辛烷值为 9 0 -3 ， 辛烷值损失 0 ．7 个单位， 小于设计值，满足≯1的生产指标，催化 剂的选择性发挥充分，催化剂性能好。 5 ． 3 物料平衡 装置的物料平衡和能耗见表 4 。 表 4 物料平衡表 Tah i e 4 M a t e r i a l ba l a nc e 本次标定 以装置催化汽油进料量为基准计算 ， 设计氢耗为 1 ． 5 3 ％，标定氢耗为 1 ． 4 2 ％，汽油产品 为 9 9 ． 2 9 ％，标定汽油产 品为 9 9 ． 9 0 ％，装置氢利用 率较设计值高 ，干气产率较设计低 ，装置的液收高 于设计值 。装置运行初期 ，催化剂选择性高 ，具有 较高的活性 ，装置的能耗较设计值要降低。 6 结 论 中国石油石油化工研究 院开发的 G HC 系列催 化剂具有极高的脱硫活性和选择性，辛烷值损失、 液收、氢耗等指标达到工业应用的目标值 ， D S O技 术再次得到成功验证 ，完全可 以满足国内日益迫切 的汽油质量升级的要求。 参考文献 [ 1 ] 刘传强，等．选择性加氢技术生产超低硫催化汽油的方案比较I J l 炼油技术与工程 ，2 0 1 4 ，4 4 9 2 4 ． 2 7 ． [ 2 ]刘晓步， 等． 采用 D S O技术催化汽油加氢装置的首次工业应用叫 炼油技术与工程．2 0 1 4，4 4 7 2 8 ． 3 1 ． 上接第 3 1 7页 3提高对螺旋 焊缝缺 陷 的识别 和分析水 平 ，进一步深入分析 内检测数据 ，不断改进螺旋 焊缝缺 陷评价技术 。加强科研工作 ，如开展热应 力工况变 化对输油管道安全运行 的定量研究 、焊 接修复有效性后评价 和低温条件下焊接工艺评定 等研究工作 ，为管道安全运行提供技术保障。 4加强检测风险分析与识别 ，制定检测风 险应急处置办法。完善体系文件 ，补充内检测风 险识别及应急处理办法方面的内容 。加强运行风险 分析 ，完善调度通知制度 ，同时开展针对性的调度 培训 ，向事件学习 ，提高复杂工况下的调度指挥水 平 。 参 考文献 [ 1 ]曲慎扬原 油管道工程 [ M]． 北京 石油工业出版社 ，1 9 9 h 2 5 9 3 ． [ 2]梅云新． 中国管道运输的发展与建设 [ J ]． 交通运输系统工程与信 息，2 0 0 5 ，2 5 1 0 8 1 1 1 ． [ 3] 王玉梅． 国外天然气管道事故分析【 J l _油气储运 ， 2 0 0 0 ，1 9 7 5 1 0 ． [ 4]C a r o l y n E K o l o v i c h ． A n a l y s i s o f U S L i q u i d a n d G a s I n c i d e n t d a t a [ C ] ． I n t e r n a t i o n a l P i p e l i n e C o n f e r e n c e C a l g a r y ， A l b e r t a ，C a n a d a ． O c t o b e r 4 8 ，2 0 0 4 ． [ 5 j 7 l h R e p o o f t h e 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 ta G r o u p 1 9 7 0 - 2 0 0 7 [R] ． D e c e m b e r ， 2 0 0 8 ． [ 6]杨筱蘅， 严大凡． 逐步实施我国油气管道的完整性管理f J 1 ． 天然气_T 业 ，2 0 0 4 ， 2 4 1 1 ．