岩溶地区天然气管道环焊缝断裂爆炸事故分析

张强1 戴联双2

1.国家管网集团科学技术研究总院分公司；2.国家管网集团公司 

2014年2月13日，哥伦比亚海湾输气公司所辖Line 200管道在里程4164＋02 m处发生爆炸，事故造成2人受伤，摧毁附近2栋房屋，损坏1栋房屋、3栋小型建筑、1个车库、4辆汽车和周围的树木。损坏管段炸裂成3段管体和2个管道碎片从爆炸点抛出，分别是在破裂位置中心以东约60.9 m处发现的长约13.4 m的两端断裂的大型管段，中间有约6.1 m长的完整管段；以北约115.8 m处发现长约0.6 m的管道碎片；以南约42.6 m处发现长约9.4 m的管段；以东约94.4 m处发现长约1.82 m的管段；以东约48.7 m处发现长约0.6 m的管道碎片（图 1）。

图 1 破裂的管段和碎片

该管道管径762 mm，工作压力6.8 MPa。事故发生后，CGT天然气控制中心工作人员对克莱门茨维尔压气站和哈茨维尔压气站之间的事故管段进行放空，形成了一个约40.6 km的隔离段；在管道破裂数小时后使用泄漏检测设备在破裂位置上下游约300 m的范围内徒步巡检，同时采用直升机进行仪器化空中泄漏巡检，均未发现泄漏。

事故现场爆炸坑大约长32 m、宽13.4 m，深度从3.96 m～7.62 m不等。破裂现场南侧管道埋深约1.43 m、北侧约2.59 m，破裂位置剩余管道的开口端间距约24.38 m（图 2）。北侧管道末端环绕管道周长约一半的环焊缝断裂，南侧管道末端则表现出不均匀的外观，表明相邻管道从该位置撕裂。

图 2 管道失效后形成的爆炸坑

2月15日，地质灾害分析专家对Line 200管道事故后的地表和管沟进行了初步勘察，以确定地面移动的相关证据。但事故对现场破坏严重，无法确认地面移动是由事故造成还是现场存在可能对管道施加外力的因素，但这些因素在事故发生后已无法观察到。

2月17日，爆炸抛出的管段及相邻完好管段样本被送到实验室进行失效分析。分析结果表明，管道环焊缝在施工过程中产生了氢致裂纹，未观察到裂纹在服役期间发生疲劳增长。断裂的主要原因是作用在环焊缝上的高拉伸轴向应力过载，导致管道沿裂纹失效。应力来自较大的外部载荷，如地面或土壤移动。对失效管道碎片的环焊缝进行了额外磁粉检测，没有发现裂纹。

管道企业对隔离管段的路由进行低空空中勘测，其目的是确定管道路由中潜在地面移动和未经授权的第三方活动区域。在40 km长的管道沿线发现了9处潜在地面移动位置，主要为“地表塌陷”或“可能塌陷”。经进一步勘察，9处地表塌陷中有8处与岩溶活动有关，其中5处未对管道构成直接或重大的潜在威胁，另外3处归类为“局部地面塌陷或天坑”，并对岩土工程进一步评估和修复。在跟踪管道路由上方未经授权的第三方活动方面，观察到隔离管段沿线进行的16起第三方穿越事件中，有1起是未经授权的推土机穿越和沟渠开挖作业，有可能导致管道路由受到侵害。企业对管道进行了定位和探测，联系未经授权工程的土地所有人和承包商，讨论修复管道路由的方法。在扩大地质灾害排查范围（紧邻失效位置上下游压气站之间的管段）时排查出塌陷24处，将其中6处纳入日常巡护和监测的重点，并建议对位于岩溶易发区的其他地点也进行定期监测。

综上调查分析，事故的直接原因是管道穿越岩溶发育中等地区，地表土层的长期缓慢蠕动致使垂直于管道方向产生的轴向应力过载，加之环焊缝处存在氢致裂纹，以致引发管道断裂。

岩溶地区大落差下管道应力不均匀和过度弹性变形，容易引发管道断裂失效，且岩溶地质因地下暗河较多、地下水丰富，易造成管道支撑土层塌陷使管道悬空，给管道运行带来安全隐患。此次事故给我带来的启示是：

（1）应加强源头预防。在管道建设期应优化路由设计，尽量避开易滑坡、泥石流、坡面水毁等地质灾害地段，无法避让时应采取工程防治或监测等必要的防护措施。

（2）应提前识别地质灾害风险。岩溶地区缓慢的土层蠕动，可能出现如树干向坡下弯曲或呈现“醉汉林”，地表电线杆、篱笆、栏杆等发生顺层倾斜，残墙破裂等现象。因此在日常巡线过程中应对此类现场情况进行排查，提前采取针对性的风险消减措施。

（3）应加强运行阶段日常维护管理。定期开展陡坡、横坡敷设管道隐患专项排查，加强横坡敷设管段基础数据收集，特别是竣工后管道中心线数据。开展管道应力检测、监测、焊缝质量排查等工作，确保管道运行安全。

（4）应进一步完善焊接工艺评定。考虑不同环境因素对焊接质量的影响，开展预热温度、焊道层数、大风和严寒天气等因素的正交实验，规定不同条件下每个焊工可完成的焊道数量，为第三方监理作业提供充分的依据。开展在役管道环焊缝缺陷识别方法研究，通过多因素分析，确定环焊缝质量排查范围，评估最有可能存在危害性环焊缝缺陷的位置，及时开展隐患治理，确保管道本质安全。

（来源：Failure Investigation Report-Columbia Gulf Transmission Company，Line 200 failure in Adair County，Kentucky.）

作者简介：张强，1986年生，高级工程师，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与应用工作。先后参与制修订行业、企业标准5项，获得国家石油天然气管网集团科技进步奖、中国职业安全健康协会科学技术奖、河北省石油学会科技进步奖等奖项。联系方式：0316-2072640，zhangqiang14@pipechina.com.cn。