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          事故案例

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          美國X70及以上鋼級管道失效原因與統計分析

          來源:《管道保護》雜志 作者:戴聯雙 時間:2020-9-17 閱讀:

          欄目主持人戴聯雙博士:X70及以上鋼級管道(以下簡稱高鋼級管道)在國內外應用已有30余年歷史,隨著使用范圍逐步擴大,失效事件時有發生。目前高鋼級管道失效頻率已經控制在較低水平,但對其焊接結構完整性和系統可靠性方面的認知還存在一定的局限。因此通過失效數據的統計分析和系統性試驗查清發生失效的主因是當務之急。

           

          1 美國高鋼級管道失效情況及原因

          美國在2008年和2009年集中建設了一批高鋼級管道(每年大約6 400公里),在管道壓力試驗過程中發現了管材和環焊縫質量問題,出現了管道鼓脹變形、開裂和環焊縫泄漏,隨后在役管道也出現了環焊縫開裂事故。為此,美國政府要求各管道公司對2008年和2009年建設的DN 508口徑以上、管道材料等級X70及以上的管道進行全面排查,并于2010年3月18日由交通運輸部下屬的管道和危險物質安全管理局(PHMSA)發布PHMSA―2010―0078號公告《管道安全:針對大口徑管道由于變壁厚、錯邊和焊接不當造成的環焊縫質量問題》。事故分析表明這些失效事件都是由于變壁厚環焊縫焊接不當、錯邊、管道內部焊接不當、管道支撐不當和附屬物等原因造成的,大多數待焊接管端條件并沒有達到設計和施工要求(即坡口處理不到位)。

          2008年至2009年, Enbridge公司建設了全長504 km、管徑508 mm、管材X70和X80鋼、標稱壁厚6.4 mm的LSr管道。 LSr管道從加拿大曼尼托巴省Cromer至美國明尼蘇達州Clearbrook。在加拿大境內敷設管道長度為288 km,包括278 km長X70管道和10 km長X80管道;在美國境內敷設管道長度為216 km,全部為X70管道。鋼管均由加拿大的Evraz Inc.提供,采用電阻焊(ERW)工藝制造。Enbridge公司在LSr管道建設過程中除遵守加拿大CSAZ662―07《石油天然氣管道系統》第7.11條環焊縫無損檢測要求外,施工隊伍對所有環焊縫進行了100%射線檢測,并建立了延遲無損檢測方案,將大多數環焊縫納入到延遲無損檢測計劃中,主要目的是為了檢測環焊縫是否會出現延遲氫致裂紋。在加拿大境內共發現21處環焊縫裂紋,并進行了割口和換管處置。環焊縫裂紋產生的主要原因是在大風和嚴寒天氣條件下施工,預熱不充分、層間溫度不達標和焊后保溫措施不到位致使環焊縫出現裂紋。 Enbridge公司為了降低管道環焊縫裂紋存在的風險,對大部分(58%)環焊縫進行了延遲無損檢測,尤其是對2008年11月以后施工的環焊縫(主要為第9標段和第11標段)開展了 100%延遲無損檢測。

          2 美國高鋼級管道失效事件統計分析

          PHMSA記錄了X70及以上鋼級管道的歷年失效事件,最早記錄為1972年建設、材質為X70鋼的BLUE WATER天然氣管道, 2014年發生了因第三方損壞導致的管道本體開裂,共51起失效事件分類情況如下。

          2.1 失效事件數量與建設年代

          管道失效事件數量與管道建設年代總體分布較均勻,其中2008年、 2009年建設的管道失效事件數量突出(圖 1)。

          2.2 失效事件數量與輸送介質的關系

          主要失效管道的輸送介質分別為天然氣(28起,54.9%)、原油(13起, 25.5%)和二氧化碳CO2(8起, 15.7%),其他為液化石油氣(1起, 1.96%)和乙烷(1起, 1.96%),見圖 2。

          2.3 失效事件與管徑分布

          管道失效事件主要發生在609 mm (1 7 起 ,33.3%)和762 mm(17起, 33.3%)管徑的管道,X70及以上鋼級大口徑管線(>508 mm)失效事件數量約為小口徑(≤508 mm)管線的6倍(圖 3)。

          2.4 失效位置

          失效位置管體(22起, 43.1%)與焊縫(環焊縫、管體焊縫、焊縫、焊縫配件)大致相當(23起,45.1%),見圖 4。

          2.5 失效類型

          失效類型以泄漏(27起, 52.9%)為主,破裂(16起, 31.3%)、其他(8起, 15.7%),泄漏與破裂的比例約為8∶5。

          各 管 徑 管 道 泄 漏 占 比 ( 泄 漏 / ( 泄 漏 + 破裂))為:小于304.8 mm,泄漏占比為100%;508 mm ~ 762 mm , 泄漏占比為 64.7% ; 大 于 914.4 mm,泄漏占比為42.9%。大管徑管道更容易發生破裂失效(圖 5)。

          2.6 點火事件

          如圖 6所示,管道失效后發生點火事件6起,著火3起、爆炸3起(其中914.4 mm管道同時發生著火爆炸),未點火事件46起?傮w來講,點火的可能性為9.8%(即(1-46)÷51 = 0.098),點火后出現著火或爆炸的幾率大致相當。

          2.7 失效缺陷類型

          缺陷類型主要為腐蝕穿孔(針孔、穿孔)、開裂(環向開裂、縱向開裂、裂紋),其中腐蝕穿孔為16起,占比31.4%,開裂為18起,占比35.3%(圖 7)。

          2.8 失效原因

          失效主要原因為制造與施工缺陷(材料失效、施工/材料缺陷)共29起,占比56.9%;第三方損壞(開挖損傷)共7起,占比13.7%;腐蝕共6起,占比11.8%;自然與地質災害(自然災害)和誤操作各4起,分別占比7.84%;其他為1起,占比1.96%(圖 8)。

           

          下一期將為大家介紹“2007年7月24日TransMountain管道公司原油管道破裂事故”,并分享統計分析得出的經驗教訓,敬請關注。

           

          作者:戴聯雙,博士, 1983年生,湖南懷化人,現就職于中石油管道有限責任公司,注冊安全工程師、二級安全評價師、管道檢驗師。負責編寫了《油氣管道安全防護規范》( Q/SY1490),參與起草公安部標準《石油天然氣管道系統治安風險等級和安全防范要求》( GA 1166)、國家標準 《油氣輸送管道完整性管理規范》( GB 32167)等多項標準。在國內外期刊先后發表論文10余篇,參與編著了《管道完整性管理技術》《油氣管道事故啟示錄》《油氣管道清管技術與應用》等書籍。近年來多次獲得中石油集團科學技術進步獎、河北省科學技術進步獎、管道科學獎等。

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