张强1 戴联双2 杨玉锋1

1.国家管网集团研究总院；2.国家管网集团公司

1  事故概述

2019年8月1日，Enbridge公司一条管径762 mm（30英寸）、壁厚9.5 mm天然气管道在美国肯塔基州丹维尔附近发生破裂爆炸事故。事故造成1人死亡、6人受伤、75人疏散，泄漏天然气约297万立方米。一段10.12 m（33.2英尺）长的管子被抛在距爆炸点西南约146.6 m（481英尺）处。引起的大火烧毁附近5栋房屋，另有14栋受损（最远距离335.28 m/1100英尺）；一条铁路遭火灾破坏。事故现场形成一个长16.76 m（55英尺）、宽10.67 m（35英尺）、深3.66 m（12英尺）的爆炸坑。如图 1、图 2、图 3所示。

图 1 事故管道位置示意图

图 2 事故形成爆炸坑现场

图 3 抛射出的一段管子

事发地10号、15号和25号管线三管并行，其中事故管道为处于中间位置的15号线。事故管道材质为X52，制造年份1957年，投产年份1958年，煤焦油瓷漆外防腐层，强制电流阴极保护，MAOP（最大允许操作压力）6.45 MPa，运行压力（破裂时）6.38 MPa，温度（破裂时）46.1℃。

2  事故原因分析

美国国家运输安全委员会（NTSB，National Transportation Safety Board）调查显示，管道断裂位置存在硬点（制造缺陷），因氢致开裂导致管内天然气大量泄漏，与空气混合形成爆炸性混合物发生燃烧爆炸，是事故发生的直接原因。管道硬点缺陷、防腐层老化破损和阴极过保护等因素共同为氢致开裂创造了条件。同时，Enbridge公司未按照行业推荐指南对硬点缺陷进行评估和管理，对2014年启动的反输风险认识不足，增加了管道外部腐蚀和氢气析出，低估了各因素交互影响风险。

NTSB材料实验室对抛出的管段断裂面进行了分析，结果表明断裂起源于管道外表面（图 4）。黄色线区域表示断裂起始区及其下方延伸的平坦区域，纹理粗糙。裂纹沿箭头所示大致方向扩展。断裂起始位置未显示凿痕或凹痕迹象，也不是源自焊缝。外表面断裂起始区长度约为20.32 mm（0.8英寸），剪切唇从两端延伸。内表面断裂面包含一个小的剪切唇，表明断裂并非从管道内表面开始。平坦区域南北两端外侧的断裂区域位于斜面上，并包含V字形图案，与过应力分离一致。对断裂面进行电子显微镜扫描检查显示，断裂起源呈现晶间断裂特征，与硬点缺陷处的氢致开裂一致。

图 4 管道断裂位置

3  发现的问题

（1）潜在影响半径计算公式对事故危害后果估计不足。按现有公式计算，事故管道潜在影响半径（PIR）为192.9 m（633英尺），现场唯一死亡人员位于管道破裂位置以南195 m（640英尺）处，受损房屋距离破裂位置最远为335 m（1100英尺），事故现场危害后果半径大于计算值。NTSB分析，其主要原因为潜在影响半径计算模型基于以下假设，包括破裂后受限气流的流量方程和流量系数，假设泄漏速率为破裂发生一段时间后而不是泄漏峰值时速率；假设气体温度为15℃（59°F）而断裂时的管道内温度要高得多；热辐射阈值强度取15.8 kw/m2（5000 Btu/hr/ft2）并不是完全不受影响的范围；假设火焰方向为垂直向上而事故现场火焰主要朝向为东，在该方向热影响区更大。如图 5所示。

图 5 潜在影响半径与实际危害后果对比

NTSB认为，当前潜在影响半径计算公式与近期天然气管道破裂事故现场实测结果不一致，其确定的危害区域不能涵盖整个风险区域。建议管道和危险材料安全管理局（PHMSA）修改其法规中使用的计算方法，以确定管道破裂的潜在危害区域。

（2）管道企业对反输后的风险认识不足。2014年事故管道开展了反向输送，公司发现压气站南侧温度升高可能会增加管道外腐蚀风险，2010年和2018年两次内检测数据对比也进一步表明管道金属损失异常增加了166%；2018年和2019年密间隔电位检测表明，阴极保护有效性不符合PHMSA标准要求。

NTSB认为，管道企业未能有效识别、调查或管理反输项目对管道表面氢析出水平的影响，并最终导致了管道失效。因此建议管道企业在工艺发生重大变化（如反输）后，应评估其腐蚀控制设备和管道的完整性。

（3）内检测设备和数据分析受限。内检测设备（包括硬点检测工具）原始数据处理过度依赖技术人员的分析，而选择不同软件设置（如增益）和设备规格（包括检测器分辨率）可能会导致结果的巨大差异，进而影响内检测的检测效果。NDT检测承包商采用HSMFL内检测器共检测事故管道及其他管道2125公里，但现场检测不足以验证检测工具性能及数据精度。

NTSB认为，由于2013年之前（2013年后硬点检测工作进行了改进）使用HSMFL内检测器检测及数据分析的局限性，已检测的管道硬点缺陷范围可能未知，企业据此无法有效地保持管道完整性。建议PHMSA告知管道企业这一局限性，并强调在进行内检测和数据分析时需要遵循行业最佳实践。

（4）危害评估和交互因素风险。Enbridge公司在2011年开挖四个硬点缺陷后，认为消除了事故管道危害，未再持续性开展评估和管理。尽管开挖结果与内检测结果基本一致，但与检测里程相比，现场开挖数量相对于内检测异常数量和严重程度微乎其微。管道运行条件如温度、阴极保护电位和反输等的变化可能会影响硬点缺陷带来的风险，如管道输送工艺变化可能导致防腐层退化、外部腐蚀速率加快和阴极保护效果降低。在实施反输后，管道企业未评估事故管道运行条件变化对管道完整性的影响，因此错过了识别管道完整性风险的窗口。

NTSB认为，Enbridge公司针对硬点缺陷的处置和管理流程与PHMSA推荐的指南和行业认知不一致，尤其是低估了各因素交互影响带来的风险。

（5）员工岗前培训和再认证。事故管道发生破裂时，正在值班的某员工查看了破裂造成的火球并在接到气体控制中心电话后，未在第一时间关闭事故管段阀门，直到地区主管指示他才在约16分钟后关闭。而该员工在事故发生前的5月8日，因压气站发生紧急停机事件误关闭了与事件无关的阀门。当时，该员工未被取消上岗或进行上岗再培训和资格再认证。由此可见该员工对应急响应程序缺乏了解，阀门关闭延迟增加了泄漏量，增加了火灾的持续时间和强度。

NTSB认为，管道企业应重新审查内部员工岗前资格认证和再培训流程，并要求对所涵盖的业务进行补救培训和重新认证。

4  建议

根据调查结果，NTSB分别针对PHMSA和管道企业提出如下安全建议。

（1）PHMSA重新修定潜在影响半径计算方法，以准确确定管道破裂时的危害范围。

（2）PHMSA建议管道企业评估反输项目相关风险及对氢致开裂的影响，以及HSMFL内检测设备和分析数据对硬点缺陷的局限性，并强调在内检测时遵循行业最佳实践。

（3）管道企业在工艺发生重大变化（如反输）后，评估腐蚀控制设备有效性和管道的完整性。修订企业完整性管理计划，包括支持识别评价隐患（包括硬点缺陷）危害状态所需的数据；重新评估反输和其他重大项目导致风险的条件和情况，硬点缺陷和各腐蚀类型之间的相互作用。

（4）管道企业针对员工在应对紧急停机、管道事故或其他异常操作时不遵守程序的，应取消其作业资格并要求对其进行上岗再培训和资格再认证。

编译自：Enbridge Inc. Natural Gas Transmission Pipeline Rupture and Fire(Pipeline Investigation Report: NTSB/PIR-22/02).

作者简介：张强，注册安全工程师、二级安全评价师、管道检验员，主要从事管道风险评价和完整性相关的研究工作。先后参与制修订多项行业与企业标准，曾获中石油集团公司科学技术进步奖等奖项。联系方式：18630630987，zhangqiang14@pipechina.com.cn。