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以案说法

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美国一起树根缠绕引起的成品油管道重大泄漏事故

来源:《管道保护》2021年第3期 作者:戴联双 张强 杨玉锋 时间:2021-7-6 阅读:

戴联双1 张强2 杨玉锋2

1.国家管网集团安全环保与运维本部;2.国家管网集团北方管道公司科技研究中心


栏目主持人戴联双博士:近年来,国内外针对深根植物对埋地管道的影响开展了大量研究工作,但主要聚焦在对防腐层完整性的影响方面,对根系扩张影响管道受力的探讨较少。介绍一起树根缠绕引起成品油管道重大泄漏事故案例,通过这起事故,启示我们应关注管道周边深根植物根系对管道的安全影响。


1  事故经过

2020年11月20日,金德摩根(Kinder Morgan)所辖LS-16成品油管道在加利福尼亚州康特拉科斯塔县(Contra Costa)发生一起重大泄漏事故,初步估计泄漏量750~1000桶(50桶以上为重大事故),未起火,未造成人员伤亡。LS-16成品油管道全长82.7 km,建于1960年代,管径254 mm,设计压力9 MPa,管道输量约4483桶/h,沿线设5座阀室(图 1)。


1 LS-16成品油管道走向示意图


20日15:00控制室发现事故管段压力波动,但巡线队未发现泄漏迹象;直到24日22:03发现漏点,开挖检查发现管道出现139.7 mm(5.5 in)裂纹, 并报告OES/NRC(州应急服务中心/国家应急中心);26日管线经换管处置重新启输。12月2日,在距离泄漏点下游2.4 km处防洪排水渠发现大量油品,经大范围检测确定管道未发生二次泄漏,是11月20日管道泄漏油品迁移至此(图 2、图 3)。



2 油品回收工作现场

3 管道泄漏点、漏油区域及2004年爆炸事故位置


2  应急响应

油品清理:截至2021年2月1日,通过开挖,使用土壤气体萃取和真空卡车已回收约458桶(19 236加仑)油品(图 2)。

油品拦截:在下游河床部署了围油栏,以拦截可能因暴雨导致向下游迁移的油品。

空气监测:开展全天候社区空气监测,尚未监测到挥发性有机化合物(VOC)。

地下水监测:利用/安装土壤钻孔和地下水井,以评估场地周围区域对水质的潜在影响。

现场管制:工作区附近对通道进行控制和限制,以保护作业者和公众安全。

3  事故原因

根据之前Kinder Morgan一段因橡树长期挤压变形的管道(图 4),初步判断管道泄漏与周边橡树树根侵害有关。橡树根系发达,持久扩张力强(图 5),树根形似蟒蛇缠绕在管道上,挤压管道直至薄弱处发生破裂。此次管道裂纹成因有待实验室进行材料金相分析等试验后进一步确定。



4 Kinder Morgan一段因橡树长期挤压变形的管道

5 橡树植物根系发达示意图


4  管理实践

美国运输部管道与知情规划联盟(PIPA)于2010年开展的一项研究表明,管道周边树根可能对管道造成潜在损害,有以下几种形式。

(1)影响巡线:树木会影响管道日常巡线与维护,对空中巡线尤甚。

(2)树根挤压:生长的树根会对管道施加巨大压力将其充分挤压(图 6),造成管道薄弱点发生裂缝。根部缠绕管道也会干扰检查和维护。


6 树根挤压导致管道变形典型示例



(3)破坏防腐层:树根经常刺穿损坏管道涂层,加剧管道腐蚀,会导致管道泄漏。

(4)树木移动:管道上方树木被移走或倒下也会损坏管道。如卡特里娜飓风期间,一棵树倒下时将一条天然气管道拉出地面。

(5)肥料孔:有些树木需要在其根部钻出15.2 mm~30.4 mm(6 in~12 in)深孔,这个深度会对管道造成威胁。

(6)雷击伤害:闪电能量沿树根向下穿过进入土壤,导致土壤水分蒸发。剧烈的水分蒸发使土壤结构发生改变,可能导致管道破裂。

2017年美国太平洋煤气电力公司(PG&E)发布了TD―4490S《天然气管道入侵管理》企业标准,旨在确定天然气管道被植物侵害的后果(不适用于果园或葡萄园等商业性土地区域),规定了管道周边三个区域及其种植要求(图 7)。


7 管道周边种植限制区域划分


(1)管道安全区域(Pipe Safety Zone):管道中心线两侧1.5 m(5 ft)。不得种植任何阻碍视线和管道通道的树木和植物(如灌木丛或灌木)。允许种植草坪、花朵、低矮植物。 

(2)管道边界区域(Border Zone):从管道安全区域边缘向外1.5 m(5 ft)。不得种植直径超过0.2 m(8 in)或胸径可能超过0.2 m(8 in)、其主干或主分支距管道中心线超过1.5 m~3.0 m(5 ft~10 ft)的树木和植物。

(3)管道外部区域(Outer Zone):从管道边界区域边缘向外1.21 m(4 ft)。不允许种植胸径超过或可能超过0.9 m(36 in)且其主干或主分支距管道中心线超过3.0 m~4.2 m(10 ft~14 ft)的树木。若不满足上述条件,则须开展风险评价以确定其对管道的威胁程度。参考表 1风险矩阵,根据成龄树胸径、成龄树与管道的距离、管道埋深等初步筛查风险。




若风险筛查判定为“进一步分析”,则应考虑树木可能造成防腐层损坏、雷击伤害、外力损伤(飓风、洪水、树根挤压等)、交互作用(外力与老式建筑)、标识不清致巡线受阻、应急救援现场受限等因素。

 

下一期将为大家介绍 “雷击致管道损伤典型案例及其机理分析”,并分享经验教训,敬请关注。

 


戴联双,博士, 1983年生,现就职于国家石油天然气管网集团有限公司,注册安全工程师、二级安全评价师、管道检验师。负责编写了《油气管道安全防护规范》( Q/SY1490),参与起草公安部标准《石油天然气管道系统治安风险等级和安全防范要求》( GA 1166)、国家标准 《油气输送管道完整性管理规范》( GB 32167)等多项标准。在国内外期刊先后发表论文数十篇,参与编著了《管道完整性管理技术》《油气管道事故启示录》《油气管道清管技术与应用》等书籍。近年来多次获得中石油集团科学技术进步奖、河北省科学技术进步奖、管道科学奖等。

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