并行油气管道事故案例分析

张强1 戴联双2 韩小明1

1.国家管网集团研究总院； 2.国家管网集团公司

1  概述

管道并行敷设是将两条或多条输油气管道敷设在间距不大而又平行走向的管沟中。如同单条管道一样，并行敷设的管道在服役过程中，受到腐蚀、第三方损坏、地质灾害等因素影响，可能发生失效导致管内介质泄漏，进而造成严重的事故后果。由于天然气高压、易燃和火焰高温特性，输气管道是发生事故后果多米诺效应的主要考虑对象。当一条管道（以下简称源管道）发生爆炸、燃烧时，会对并行管道（以下简称目标管道）产生超压冲击波或热辐射，研究表明由于天然气的可压缩性，爆炸冲击波在土壤中所产生的压力比在空气中所产生的压力更大，对埋地管道的破坏程度也更严重。目标管道受到源管道泄漏后形成的火灾热辐射影响，可能会在持续高温下发生管材屈服破裂，而与水管线并行则可能是在高压水射流的影响下导致管体受损，如表 1所示。

表 1 并行敷设管道发生事故相互影响示例

2  典型案例分析

2.1  加拿大TransCanada管道公司并行管道事故

（1）事故概况。1995年7月29日，当地时间5:42，位于加拿大马尼托巴省拉皮德市附近，TransCanada管道公司Line 100-4号线（管径1016 mm/壁厚9.42 mm/管材X65/运行压力6.07 MPa，简称4号线）破裂起火，52分钟后与该处并行的Line 100-3号线（管径914 mm/壁厚8.74 mm/管材X60/运行压力6.07 MPa，简称3号线）破裂起火，而另一条Line 100-5号线（简称5号线）受火灾热辐射影响防腐层受损。事故造成1人轻伤。

事故形成了一个长51 m、宽23 m、深5 m的爆炸坑，面积约为725 m2，过火面积约19.6×104 m2，受热影响面积合计约80×104 m2。3号线和4号线破裂形成的4个管道碎片散落在爆炸坑周围90 m范围内。

事故现场共有6条管线（Line 100-1～6号）并行，按规定1～4号线的水平间距分别为9.1 m，但3号线和4号线之间的水平间距却降低为7.0 m，低于公司企业标准。5号线从1、2、3、4号线下方穿过，顶部与4条管线底部之间的间距0.8 m～1.7 m，符合CSA标准要求。事故源管道和目标管道的空间位置关系如图 1所示。

图 1 TransCanada公司事故管道空间位置关系

（2）事故原因。经调查，4号线（源管道）破裂的原因是由于管材的直焊缝根部存在缺陷，形成表面应力腐蚀开裂，受超载应力后引起的延性过载断裂。3号线（目标管道）破裂的原因是当源管道破裂起火后未能及时关断（在最初破裂后近2个小时内，系统并未完全切断隔离），受火焰高温影响，目标管道管材力学特性降低，在管道内应力作用下发生屈服破裂。

2.2  加拿大卑诗省Buick镇并行管道事故

（1）事故描述。2012年6月28日，当地时间23:05，加拿大Westcoast Energy公司所辖NigCreek管道（管径406.4 mm/壁厚6.35 mm/管材X52/运行压力6.9 MPa）破裂起火，25分钟后与该处并行的Bonavista Energy公司所辖的Bonavista天然气管道（管径168.3 mm/壁厚4 mm/管材X35/运行压力0.87 MPa）相继破裂起火。破裂发生时，两条管道均已关闭。事故地点位于加拿大卑诗省Buick镇西北40 km处，事故未造成人员伤亡。

事故形成了一个长17 m、宽7.6 m、深1.1 m的爆炸坑。事故过火面积10.2×104 m2。Nig Creek管道（源管道）一段6 m长管段被撕裂并抛出到爆炸坑东北约20 m处。事故现场如图 2所示。事故管道并行间距为3 m，两者间的位置关系如图 3所示。

（a）事故现场俯瞰图

（b）爆炸坑及被抛出的管段

图 2 并行管道Nig Creek与Bonavista事故现场图

图 3 Nig Creek与Bonavista并行管道位置关系

（2）事故原因。NigCreek管道（源管道）破裂原因是，采用低频电阻焊焊接工艺的管段在直焊缝处存在的环向裂纹发生了增长。破裂前，下游McMahon工厂临时停输使NigCreek管道压力升高（从4.1 MPa升到6.6 MPa），高压促使管道从环向裂纹处沿直焊缝破裂。

Bonavista管道（目标管道）暴露在NigCreek管道爆炸坑内，但并未因初始爆炸受到损坏。而在NigCreek管道喷射火焰的冲击下，Bonavista管道发生局部过热，管材强度和内部压力承受能力降低，出现局部膨胀屈服破裂，破裂部分呈现“薄鱼嘴唇”过热失效的典型特征，并进一步加大了火灾影响。

3  结论

并行管道在设计、建造和运行阶段都存在一定的风险因素，并行管道间交互影响所带来的风险，可从以下几个方面考虑采取措施。

（1）严格控制并行管道间距。并行管道之间的间距越大，发生多米诺效应的概率越低。并行管道间距受施工环境（爆炸/施工间距）、阴极保护、热影响、维抢修、安全管理等因素影响，要严格按照GB 50251―2015《输气管道工程设计规范》、SY/T 7365―2017《油气管道并行敷设技术规范》等相关标准规范的要求确定，并以事故后果为导向，在设计阶段控制其并行间距。

（2）优化管道设计参数。目标管道的失效包括弹坑和热辐射模型两种破坏形式，根据管道热失效作用机理，可从目标管道运行压力、管道壁厚、上下游截断阀室的间距、目标管道介质流速等开展多因素多参数优化设计，另外针对重点地段可考虑并行管道的抗爆隔离措施，如防爆墙等。

（3）加强并行管道安全管理。保障并行管道安全，关键要保证每条单一管道安全，才能减少并行管道失效后的相互影响，从而提高整体安全性。应从管道巡检、标识标牌、检测监测、维修维护、应急处置等方面加强并行管道的风险管理，降低事故发生概率和减轻事故后果影响。

编译自：

[1]Pipeline Investigation Report P95H0036：TransCanada PipeLines Limited Line 100-3, 914-millimetre (36-inch) Main Line Kilometre Post Main Line Valve 30-3 + 0.245 Kilometres Line 100-4, 1,067-millimetre (42-inch) Main Line Kilometre Post MainLine Valve 30-4 + 0.220 Kilometres, Rapid City, Manitoba, 29 July 1995.

[2]Pipeline Investigation Report P12H0105：Westcoast Energy Inc., Carrying on Business as Spectra Energy Transmission Nig Creek Pipeline, Kilometre Post 1.93 Near Buick, British Columbia, 28 June 2012.

作者简介：张强，1986年生，注册安全工程师、二级安全评价师、管道检验员，主要从事管道完整性相关的研究工作。先后参与编写《油气管道风险评价方法 第2部分 定量评价法》《油气管道基于风险的检测方法》等行业标准、《油气管道站场完整性管理》等书籍，曾获中石油集团公司科学技术进步奖等。联系方式：18630630987，zhangqiang14@pipechina.com.cn。