主講人戴聯(lián)雙博士：上一期談了Carlsbad天然氣管道爆炸事故概況和失效調(diào)查方面的內(nèi)容，總結(jié)了導(dǎo)致該起事故發(fā)生的主要原因。本期將重點(diǎn)介紹EPNG公司、美國聯(lián)邦政府、行業(yè)協(xié)會、以及相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)在事故發(fā)生后采取的措施和所做改進(jìn)。同時，進(jìn)一步分析事故原因，剖析導(dǎo)致此次管道事故的管道內(nèi)腐蝕成因，為國內(nèi)類似管道采取內(nèi)腐蝕防控提供參考。

新墨西哥州Carlsbad天然氣管道爆炸事故（續(xù)）

1 事故后措施

1.1 管道重建

事故發(fā)生后，EPNG公司重新修建了1103和1110位于穿越河流區(qū)域的管道。1103管道重新啟用前進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)位于事故地點(diǎn)下游640 m處發(fā)生了泄漏，泄漏位置的管道底部內(nèi)表面有點(diǎn)狀腐蝕，腐蝕深度達(dá)到69%wt。2001年3月，對該管道進(jìn)行了內(nèi)檢測，在進(jìn)行常規(guī)清管的管段（2號截斷閥到6號截斷閥之間），未發(fā)現(xiàn)需要修復(fù)的內(nèi)腐蝕缺陷。

1.2 管道完整性管理

事故發(fā)生后，El Paso公司（EPNG公司的控股母公司）成立了監(jiān)督管理委員會，對公司所轄的7 400多千米氣體管道實(shí)施了完整性管理計劃。監(jiān)督委員會直接監(jiān)督EPNG公司執(zhí)行管道完整性管理計劃情況。該計劃的內(nèi)腐蝕防護(hù)章節(jié)包括輸送介質(zhì)的流速、管道內(nèi)低點(diǎn)、分液器、其它容器、氣體質(zhì)量分析、液體成分分析、維修歷史，以及制定補(bǔ)救措施等內(nèi)容；還包括操作權(quán)限審核、建立最佳實(shí)踐方法供全員分享，并制定了持續(xù)改進(jìn)程序。

2003年1月，研究與特別項(xiàng)目管理處（管道與危險材料安全管理局PHMSA的前身）在聯(lián)邦法規(guī)中增加了幾條規(guī)定，要求輸氣管道的運(yùn)營商制定完整性管理計劃，識別并評估其處于高后果區(qū)管道的狀況及隱患，并采取措施預(yù)防管道失效。管道運(yùn)營商采取定期的內(nèi)檢測、壓力試驗(yàn)、直接評估或使用其他已證明有效的方法來識別管壁的缺陷，收集和評估管道性能相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)評估結(jié)果做出及時響應(yīng)。

1.3 美國腐蝕工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)

1975年，美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）出臺了《RP0175-75鋼質(zhì)管道系統(tǒng)的內(nèi)腐蝕防護(hù)》標(biāo)準(zhǔn)，但因長期未進(jìn)行復(fù)審和補(bǔ)充說明，于1995年撤銷。NACE代表已經(jīng)告知國家運(yùn)輸安全委員會（NTSB），NACE正在制定一項(xiàng)以RP0175-75為基礎(chǔ)的類似標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 美國機(jī)械工程師學(xué)會規(guī)范

美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）規(guī)范（ASME B31.8《氣體輸送和分配管道系統(tǒng)》）針對的是氣體管道的設(shè)計、建造、運(yùn)行及維護(hù)等。該規(guī)范對全生命周期的管道內(nèi)腐蝕防護(hù)做了詳細(xì)的規(guī)定，其中包括：輸送腐蝕性氣體的管道，應(yīng)考慮設(shè)計和建造新管道并對現(xiàn)有管道做出改進(jìn)。

設(shè)計和建造注意事項(xiàng)：①具備收發(fā)清管器的條件。②在最可能存在腐蝕的位置安裝腐蝕監(jiān)測裝置（試片、探頭）。③對氣體進(jìn)行處理，降低其腐蝕性。④在建造管道時選用抗腐蝕材料。⑤管道涂敷內(nèi)涂層。⑥在氣流中注入緩蝕劑。

運(yùn)行和維護(hù)注意事項(xiàng)：①制定檢測、預(yù)防或減緩內(nèi)腐蝕的計劃（包括分析歷史泄漏和修復(fù)記錄，盡可能檢測管道的內(nèi)表面，分析已知存在內(nèi)腐蝕位置來確定腐蝕性物質(zhì)的種類和濃度，分析清管器清理出的液體和固體成分來確定是否存在腐蝕性物質(zhì)以及有無腐蝕產(chǎn)物存在等）。②通過對管道進(jìn)行改造來控制腐蝕，避免水在低洼處積聚。③測量疑似發(fā)生內(nèi)腐蝕位置的管道壁厚。

1.5 管道系統(tǒng)氣體運(yùn)輸和分配的指南

美國天然氣協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《管道系統(tǒng)氣體運(yùn)輸和分配的指南》（AGA GPTC GUIDE ADD 5）包括與內(nèi)腐蝕防護(hù)相關(guān)的設(shè)計、檢測、監(jiān)測和修復(fù)措施的指導(dǎo)方針。該指南明確指出，在有水的情況下，包含二氧化碳、硫化氫和氧氣等成分的氣體可能對鋼質(zhì)管道造成腐蝕，且管道液體可能包含損害管道完整性的成分。如果預(yù)計或已經(jīng)確定輸送的氣體具有腐蝕性，則應(yīng)該考慮以下建議：建造時選用特殊材料、考慮流速的影響、及時清除管道中殘留的液體、控制水露點(diǎn)、減少氣體的腐蝕性成分、涂敷內(nèi)涂層，以及進(jìn)行化學(xué)處理。檢測內(nèi)腐蝕應(yīng)考慮：對氣體、液體和固體進(jìn)行取樣和分析；目測管道與排液器；使用腐蝕監(jiān)測裝置（試片、探頭）；開展內(nèi)檢測及其它無損檢測來確定壁厚。

2  分析

調(diào)查確定，1103管道發(fā)生破裂時的運(yùn)行壓力（4.65 MPa）低于該管段規(guī)定的最大允許壓力（5.77 MPa）。破裂發(fā)生在因發(fā)生內(nèi)腐蝕使管壁變薄的位置。從斷口形貌和微觀組織分析可知，管道的斷裂是因應(yīng)力過大而導(dǎo)致的，沒有證據(jù)表明是疲勞斷裂。由此，NTSB做出結(jié)論，1103管道破裂的原因是嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕導(dǎo)致管壁變薄，致剩余的管壁不能承受管內(nèi)的壓力。

雖然調(diào)控人員受監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）數(shù)據(jù)短時中斷以及Pecos河壓縮機(jī)站停電造成SCADA通信失靈的影響，沒能在破裂發(fā)生后立即查清Pecos河壓縮機(jī)站的情況，但是，其基于所獲取的信息及時做出了妥善回應(yīng)。沒有證據(jù)表明管道破裂是由第三方損壞造成的，也沒有證據(jù)表明破裂處有外部腐蝕。由此，NTSB認(rèn)為，下列原因不是導(dǎo)致事故發(fā)生或者后果擴(kuò)大的因素：管道運(yùn)行壓力過大、SCADA通信中斷或故障、第三方施工挖掘等對管道造成的外部損害以及管道的外腐蝕。

2.1 應(yīng)急救援

在管道發(fā)生破裂后19分鐘內(nèi)，EPNG公司員工采取了非常有效的措施，迅速關(guān)斷了破裂管道兩端的截斷閥，并開展了滅火工作。最開始因?yàn)椴磺宄?條管道中的哪一條發(fā)生了破裂，EPNG公司員工關(guān)閉了4條管道位于大火上游和下游的閥門。應(yīng)急人員在發(fā)生破裂后25分鐘內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場，并進(jìn)入Pecos河壓縮機(jī)站。因事故發(fā)生在鄉(xiāng)村人煙稀少的地方，應(yīng)急人員認(rèn)為就是執(zhí)行一項(xiàng)常規(guī)任務(wù)，等待截斷閥兩端的天然氣耗盡，大火就會自然熄滅。但是，發(fā)生破裂約40分鐘后，一名EPNG公司員工在周邊監(jiān)測火災(zāi)情況時發(fā)現(xiàn)起火地點(diǎn)有車輛�？�，隨后將這一信息傳達(dá)給了另一名員工。大約15分鐘后，泄漏的天然氣基本耗盡，大火熄滅，EPNG公司員工再次確認(rèn)了火災(zāi)區(qū)域停有車輛，并告知了應(yīng)急人員。隨后，應(yīng)急人員迅速開展了救援工作。

NTSB指出，最初得知火災(zāi)附近可能停有車輛的EPNG公司員工并未在大火熄滅前將這一消息通知應(yīng)急救援人員，但是在當(dāng)時的情況下應(yīng)急救援人員難以在火災(zāi)發(fā)生時進(jìn)入該區(qū)域。因此，NTSB認(rèn)為，如果應(yīng)急救援人員更早得到通知的話，可能對最終的救援結(jié)果不會產(chǎn)生太大的影響。

2.2 1103管道的內(nèi)腐蝕

事故發(fā)生后，在1103管道破裂處內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有互相連接的腐蝕凹坑，呈條紋和側(cè)凹特征，這種形貌與微生物腐蝕有關(guān)。沿凹坑剖面顯示，凹坑內(nèi)的氯化物濃度從坑頂至坑底持續(xù)增加，推斷可能是來自某種微生物活動。在1103管道破裂處下游634 m位置發(fā)現(xiàn)了內(nèi)腐蝕，經(jīng)對該處兩個凹坑取樣分析，觀察到了四種微生物（硫磺型、產(chǎn)酸型、一般需氧型以及厭氧型）。雖然無法測出微生物對腐蝕過程起到了什么作用，但是損傷形態(tài)與腐蝕產(chǎn)物的數(shù)據(jù)分析顯示，微生物活動對腐蝕過程起到了促進(jìn)作用。

化學(xué)分析顯示，從Pecos河壓縮機(jī)站入口處收集的液體（pH 6.7～6.8）比從Keystone壓縮機(jī)站入口處收集的液體（pH 8.2）酸性更高。此外，在1100管道與1103管道的清管器接收裝置收集的物質(zhì)（pH6.2～6.3）與在破裂處以西1103管道的低洼處收集的物質(zhì)（pH 6.4），比從1103管道排液器疏水區(qū)附近收集的物質(zhì)（pH 8.9）酸性更高。樣品中pH值低，可能是因?yàn)樗�中溶有二氧化碳�?或硫化氫，或有pH值低的地下水滲入到輸氣管道中。一般來說，酸性（pH值<7）水比一般水（pH值>7）對碳鋼的腐蝕性更大。

因此，水與氯化物、氧氣、二氧化碳和硫化氫等物質(zhì)都有可能對管道造成了腐蝕損害。由此，NTSB認(rèn)為，在管道1103破裂處發(fā)現(xiàn)的腐蝕可能是由管道內(nèi)微生物與濕氣、氯化物、氧氣、二氧化碳和硫化氫等相結(jié)合造成的。

2.3 1103管道的物理特征

檢測發(fā)現(xiàn)破裂處管道頂部有5處皺褶，原因可能是管道建成后受土體移動等外力的影響。當(dāng)管道頂部發(fā)生皺褶時，通常在底部相對應(yīng)的位置會形成凹陷。破裂處管道的內(nèi)腐蝕就發(fā)生在底部的凹陷處，因?yàn)樗�的密度比管道中的液烴密度大，凹陷處極易導(dǎo)致液體積聚，這也為內(nèi)腐蝕提供了理想的環(huán)境。

1103管道最初建造時設(shè)置了一個截斷閥和排液器，該6號截斷閥位于Pecos河以西1.6 km、比Pecos河高19 m的山丘上。排液器安置在6號截斷閥下游，低于截斷閥9.5 m。從而有助于排液器收集的1103管道內(nèi)的液體和固體進(jìn)入指定的收集裝置中。

事故后，目測排液器大約70%的截面充滿了發(fā)黑的油粉末/顆粒物，阻止一些進(jìn)入排液器的物質(zhì)繼續(xù)流到指定的收集裝置中。這種阻礙作用可能直接導(dǎo)致了流經(jīng)排液器的物質(zhì)進(jìn)入下游管道的低洼處——如破裂處的低洼處——聚積。

NTSB認(rèn)為，破裂處上游排液器部分堵塞，可能導(dǎo)致了液體流經(jīng)排液器后繼續(xù)沿管道流動，并在管道低洼處聚積并引發(fā)腐蝕。

事故發(fā)生后，在1103管道定期運(yùn)行清管器（從2號截斷閥到6號截斷閥）的管段內(nèi)檢測報告中，并未發(fā)現(xiàn)任何需要進(jìn)行修復(fù)的內(nèi)腐蝕缺陷。由此，NTSB認(rèn)為，如果1103管道的事故管段具備發(fā)送清管器的條件，且定期使用清管器將液體和固體從管道中徹底排出，那么所發(fā)生的內(nèi)腐蝕就很可能沒有這么嚴(yán)重。

2.4 EPNG內(nèi)防腐計劃

事故發(fā)生時EPNG公司正在實(shí)施一項(xiàng)內(nèi)防腐計劃，并于2000年8月開始對員工進(jìn)行培訓(xùn)。由于事故發(fā)生時培訓(xùn)活動剛開始，因此新防腐計劃還沒有得到完全實(shí)施，1103管道執(zhí)行的仍是1999年9月20日的防腐規(guī)程。

事故發(fā)生之前幾年，NACE標(biāo)準(zhǔn)、ASME規(guī)范和《管道系統(tǒng)氣體運(yùn)輸和分配指南》中都有管道腐蝕檢測和控制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是EPNG公司沒有把這些規(guī)定納入到管道內(nèi)部防腐規(guī)程當(dāng)中。也沒有采取必要的措施來保證其應(yīng)用。例如公司未對氣體質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測或者檢測，而這對確定氣體的腐蝕性非常必要；沒有系統(tǒng)的防腐方案以檢測可能存在的內(nèi)腐蝕；沒能定期使用管道內(nèi)部檢測裝置或者腐蝕試片，以對現(xiàn)有或者潛在的腐蝕進(jìn)行檢測。NTSB認(rèn)為，EPNG公司內(nèi)腐蝕相關(guān)規(guī)程表明，該公司沒有對發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)腐蝕的可能性給予足夠的重視，后果就是沒能及時檢測并減輕腐蝕，從而沒能阻止一起嚴(yán)重事故的發(fā)生，造成了1103管道的破裂。因此，NTSB認(rèn)為，事故發(fā)生前，EPNG公司沒有一項(xiàng)實(shí)施中的內(nèi)防腐控制方案能足以識別或者減輕正在發(fā)生的管道內(nèi)部腐蝕。

事故發(fā)生后，NTSB對從輸氣管道中所取出液體和固體樣品進(jìn)行分析，確定管道中存在水、氯化物以及細(xì)菌等可能具有腐蝕性的成分。NTSB認(rèn)為，如果EPNG公司有效地監(jiān)測了進(jìn)入輸氣管道中的氣體質(zhì)量以及1103號管道的運(yùn)行情況，并且定期對管道中取出的液體和固體進(jìn)行取樣和分析，那就很可能確定輸氣管道內(nèi)發(fā)生的嚴(yán)重內(nèi)腐蝕。

2.5 聯(lián)邦法規(guī)

美國聯(lián)邦法規(guī)中關(guān)于輸送氣體管道監(jiān)管內(nèi)容包括了對內(nèi)腐蝕控制的相關(guān)要求，其中明確要求把防腐控制程序?qū)戇M(jìn)運(yùn)營商運(yùn)行維修手冊。但法規(guī)沒有特別強(qiáng)調(diào)微生物腐蝕或者促進(jìn)腐蝕過程的水與雜質(zhì)的混合方式，也沒有特別指出以下因素的重要性：把輸氣管道中的液體和液體的聚積程度降至最低，消除輸氣管道中的液體，以及控制氣體的流速在防腐方面發(fā)揮的作用。

NTSB認(rèn)為，目前聯(lián)邦有關(guān)輸氣管道安全法規(guī)沒有對輸氣管道的運(yùn)營商或者減輕輸氣管道內(nèi)腐蝕的執(zhí)行人員提供足夠的指導(dǎo)。因此，研究與特別項(xiàng)目管理處（PHMSA前身）應(yīng)該制定相應(yīng)的要求來保證輸氣管道運(yùn)營商在管道內(nèi)防腐方案中明確指出水和其它雜質(zhì)在腐蝕過程中起到的作用。

2.6 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

NTSB認(rèn)為，美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）RP0175-75“鋼質(zhì)管道系統(tǒng)管道內(nèi)腐蝕防護(hù)”不是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，并且可能包含過時的信息，對于輸氣管道運(yùn)營商建立有效的內(nèi)腐蝕防護(hù)方案可能很難提供積極的參考。NTSB建議NACE加快進(jìn)度，制定出控制鋼質(zhì)管道中內(nèi)腐蝕防護(hù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這將取代或者更新NACE的RP0175-75標(biāo)準(zhǔn)。