安全生产事故案例分析课程论文

研 究 生 课 程 论 文(2013-2014学年第二学期)美国Carlsbad 天然气管线事故案例分析研究生： 程兴美国Carlsbad天然气管线事故案例分析管道是油气资源配送的主要方式，在国民经济中占有重要地位。

近年来，随着“西气东输”等一批重要的油气长输管道陆续建成与投产，我国已形成遍布全国并连接国外的油气输送管网，极大地促进了社会经济的发展，改善了人民生活。

由于输送介质的易燃、易爆特性，油气管道一旦失效，可能引发人员伤亡和环境污染等灾难性事故，如2006年1月20日四川仁寿的天然气管道爆炸事故、2009年12月30日山西渭南的成品油管道泄漏污染事故以及2010年5月2日山东胶州原油管道泄漏事故等。

在我国社会发展对能源需求日益增加、油气管道系统急剧扩张之际，管道安全更加受到重视。

了解国外油气管道事故及其原因，吸取其经验教训，有利于提升国内管道安全管理水平。

作为国际管道运输业最为发达的国家，美国非常重视管道安全立法。

1968年首次出台了与管道安全有关的法案，2002年通过了管道安全改进法案，2006年又通过了管道检测、保护、强制执行和安全法案，这些管道安全法案的通过，与美国历史上发生的重大管道事故有密切关系。

以下介绍的是在美国管道历史上具有较大影响的油气管道事故，暴露出美国管道安全管理和监管方面存在的问题，可供国内油气管道在安全管理中借鉴。

1、事故概要2000年8月19日早5点26分，美国El Paso天然气公司（El Paso Natural Gas Company，EPNG）在New Mexico州Carlsbad附近的天然气管道断裂，释放出的气体被引燃并持续燃烧55分钟，在事故发生地附近露营的12个人死亡，3辆汽车被烧毁，直接损失共计998296美元。

发生爆炸的管线建于1950年，符合管材标准API 5LX( 1948年，第一版) ，管材强度等级X52( 规定的最低屈服强度是358 MPa)，管道直径762mm，名义厚度是8.5mm。

事故发生时管道运行的压力约为最大允许运行压力的80 %。

2、事故经过该管道系统由设在Texas、EI Paso的EPNG的控制中心管理，8月19日早晨，三名EPNG的雇员（1名协调员、2名控制员）当班。

5点26分，SCADA系统收到Pecos河压缩机站的3号压缩机报警，不到一分钟，1号压缩机停机。

同时，SCADA数据明显中断约30秒。

5点30分控制员给在家中的Pecos河地区站的首席操作专家打电话，要求他派人到压缩机站。

首席操作专家立即指派的两名操作专家赶往Pecos河压缩机站。

5点31分，SCADA数据再次传输中断。

5点35分控制员再次给在家的首席操作专家打电话并告诉说他怀疑管线有可能破裂。

5点44分，控制员打电话给Keystone压缩机站要求3个压缩机停止运行，大约一分钟后，他打电话给Eunice工厂作出同样的请求。

5点50分，控制员给E1 Paso地区服务中心打电话，要求确保南Carlsbad压缩机站的所有压缩机关闭。

6点10分，控制中心命令下游储气库停止气体注入，并抽出气体继续向西部供气。

同时EPNG通知上游减少或停止气体供应，立即关闭这3条管线，管内气体都排向Pecos河中，6:25结束。

3、应急响应5点31分，断裂5分钟内，当地911收到很多居民（包括EPNG的员工）的电话。

一位操作专家在家中看到天空起火，立刻通知控制中心和管道首席操作专家。

大约在5点45分首席操作专家第一个抵达了事故现场，另一个操作专家随后赶到，一起关闭了1103和1110线的6 3/4截断阀，以及管线上的清管器发射筒的阀门。

5点51分，第一批紧急响应人员抵达现场，在离事故现场大约3/4英里处等待，其余的紧急响应人员同样等在该地。

6点05分，1100线的5号阀门关闭，火势没有减弱，直到1103线的6号阀关闭后火焰强度才明显减弱，但是仍在燃烧，关闭1103线支路的清管接收器的旁通阀门后几分钟内，火焰完全熄灭。

大约6点21分，管道首席操作专家通知控制中心，报告阀门的情况以及火已经熄灭。

6点10分，另一名操作专家赶到Whitethorn路压缩机站的入口时，遇到了早先通知的两个操作专家，并看到消防车辆。

随后进入站内，这名操作专家发现站内已停电，启动了备用电源。

6点16分，首席操作专家向气体控制中心报告阀门全部关闭，并让两名员工回到Whitethorn路帮助控制人群。

医疗单位接到起初的电话，并前往Pecos河压缩机站，一直等到救护车救走受害者时候，他们才到离开。

EPNG雇员容许小型消防车通过，阻止了其他车辆。

首席管道操作员告诉消防员等他关闭更多的阀门后再前进，并只让EPNG的车辆或闪烁红光的车辆通过。

4、事故原因分析4.1 现场调查管道断裂的力量和逸出气体发生的爆炸造成的凹坑大约51英尺宽、113英尺长。

爆炸使49英尺的管道被撕裂成3段，长度分别是3英尺，20英尺和26英尺，其中两条管片被各自抛出了234英尺和287英尺，一块碎片击中了河上吊桥的缆绳。

吊桥的钢结构以及掉落地面的管道都受到烧伤，没有泄漏。

河北岸的三辆汽车和露营用具都被毁坏，河岸两边的植物都被烧毁。

现场观察这3段管道的碎片，发现管道内底部严重腐蚀。

这 3 段管道经实验室检查，没有发现明显的外部腐蚀，沿着上半部管道内表面也未发现腐蚀，但在管道底部的内表面观察到腐蚀造成的严重壁厚损失。

腐蚀损伤区域长约 6.5 m。

在管道下半部的环焊缝和轴向焊缝区域也显示了与管道底部内腐蚀类似的腐蚀损伤。

管道底部腐蚀损伤的程度(金属损失和蚀坑数量) 最为严重，腐蚀最严重区域的管壁厚度减少达管道原壁厚的72 %，见图1。

显微镜下显示蚀坑壁上含有绕着蚀坑的条纹，见图2。

图 1 断裂附近管道内表面的蚀坑图 2 蚀坑壁上的条纹断口检查表明断裂发生在腐蚀区域的剩余壁厚上，由于作用在剩余壁厚上的过量应力而断裂，没有疲劳裂纹或腐蚀退化的证据，在断裂处的腐蚀没有穿透管壁。

对取自管道内部蚀坑、腐蚀损伤区域材料的X 射线衍射光谱分析，发现金属中有高含量的氯和钠。

除此以外，在这段腐蚀区域的管道上部有5个环状的褶皱。

4.2 EPNG 公司方面的原因1、在事故管道中观察到管内有相连的凹坑。

这些凹坑呈现条纹状和凹痕状(图2)，腐蚀损伤形态同水线腐蚀相似，这经常是与微生物腐蚀有关。

事故发生后，在管道断裂处下游大约634 m的管段内发现了内腐蚀，从两个凹坑收集的样品中，检测到总共有4种微生物( 硫酸盐菌、酸性菌、普通的有氧菌和厌氧菌)。

在腐蚀产物和沉淀物的样品中可以观察到有氯化物，凹坑处氯化物的浓度比凹坑外的浓度高得多。

因而，可以得出结论:管线断裂处发现的腐蚀是由管道内的微生物和湿气、氯化物、O2、CO2和H2S等因素综合造成的。

断裂处管道顶部管壁上有5个褶皱，褶皱的原因是管道弯曲，弯曲是在施工期间布管或者管道运行后如土体移动等外力造成的。

管道由于弯曲而形成褶皱时，正对着褶皱的管道底部就出现了低点位置。

在断裂管道上观察到的内腐蚀就发生在这个低点处，液体可能在此处积聚成液面上下波动的液池。

因为水的体积质量大于管中碳氢化合物，所以水在池子的底部，碳氢化合物液体在上面，给管道内腐蚀创造了良好的环境。

积水的原因是由于断裂处上游排液口局部堵塞，不能完全排除管道内的液体，经过分液管的液体通过管道并在管道弯曲造成的低点处积聚导致腐蚀。

定期清管能清出管内的水和其它固、液沉聚物，按照ENPG 公司内部的规定，每年应该至少进行 2 次清管器清理管道。

但由于管道设计上的原因以及管道后来的改造，使得事故发生处的这段管线不能清管，积聚的固、液体不可能完全排出。

该管线的其它部分能定期清管，经事故后的线内检测，这些部分没有发现需要维修的内腐蚀区域。

2、事故的发生还与EPNG公司的内腐蚀控制程序有关: 尽管公司的气体质量标准中考虑了H2O、H2S、CO2和O2在内的几种有害成分，但是没有规定这些污染物所允许的界限。

而且尽管EPNG 与气体供应商有关于气体质量标准的合同，但是管线断裂处上游与气体供应商的大部分连接处没有设置污染物超标报警装置，其它部位也仅是对气体定期取样分析。

所以，该公司没有采取必要措施，有效地监督和控制进入管线的气体性质。

4.3 管道安全监管上的疏漏1968年的《天然气管线安全法案》( the Natural Gas Pipeline Safety Act，P.L.90- 481) 是美国国会通过的第一部与管道安全有关的立法，1979年又通过了《危险液体管道法案》( Hazardous Liquid Pipeline Act，P.L.96- 129) ，这两项法案是美国关于管道运输安全的基本法律，列入《美国法典》第49篇运输( United States Code Title 49，Transportation)，这些法律已被重新授权和修改达十几次。

Carlsbad 天然气管线事故也暴露出美国联邦管道安全的法规和安全监管方面也存在疏漏。

4.3.1 联邦安全规章管道事故发生时，天然气管道的联邦规章中有两个部分涉及内腐蚀控制程序的要求，一部分要求内腐蚀控制程序的步骤应该写在管道公司的操作维修手册中。

但该规章没有定义“腐蚀性气体”，只是指出如果没有调查这种气体对管道的影响，且没有采取措施使腐蚀影响降至最低，就不能用管道输送这样的气体。

该规章也没有特别指出微生物能引起腐蚀或与管内水、污染物共同影响腐蚀过程，也没有特别指出以下问题的重要性: 使管内的液体和液体积聚最少化、从管内清出液体、维修排液口和气体流速在腐蚀控制中的作用。

因此，当时的联邦管道安全规章未能在减缓管道内腐蚀方面给管道运营商或工作人员提供适当的指南或强制措施。

4.3.2 管道安全办公室对该管道的检验在管道发生事故之前，管道安全办公室(OPS)对该管线进行了数次安全检验，每一次检验中，检验员在关于内腐蚀控制方面遵守的联邦规章的情况的记录都是“满意”。

1998年12月，OPS发起了一个为期3年的名为“系统完整性检验试点程序”。

在审查了EPNG的资质后，OPS在2000年4月接受EPNG进入这个程序。

作为“系统完整性检验试点程序”的一部分，OPS让一组人员检查了EPNG的操作和维修程序。

这些检验中也没有鉴别出该公司在内腐蚀控制程序方面的缺陷。

因此，可以认为OPS没有对EPNG内腐蚀控制程序进行准确的评估。

4.4 事故原因总结1、由于严重的内腐蚀使得管壁厚度减薄到不能承受管内压力，导致管道发生断裂。

管道断裂处的腐蚀可能是由管线内的微生物和湿气、氯化物、O2、CO2和H2S等因素的综合作用造成的。

因此，如果能有效地监控进入管道的气体质量和管线的操作条件，并且定期取样分析管线清出的液体和固体，就能够判断出管道内部发生严重腐蚀的可能性，从而避免事故的发生。