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输气管道事故统计与分析
输气管道事故统计与分析
1国外同类项目事故统计与分析
1.1美国
美国是世界上建设输气管道最早、最多也是距离最长的国家,目前天然气输送管道大约有52×104km。
美国天然气管道事故资料较详实,逐年统计了事故次数、事故原因和所造成的危害后果,可以作为本项目类比分析依据。
美国天然气主干网管道事故后果和事故原因统计结果见表1、表2和图1。
表1美国天然气主干网管道及其事故后果统计
年份
年度里程
事故数
(次)
伤亡
(人)
财产损失(美元)
事故危害
伤亡/(次·km·a)
mile
km
1990
324410
521976
89
17
11302316
3.7E-07
1991
326575
525459
71
12
11931238
3.2E-07
1992
324097
521472
74
18
24578165
4.7E-07
1993
325319
523438
95
18
23035268
3.6E-07
1994
332849
535554
81
22
45170293
5.1E-07
1995
327866
527536
64
12
9957750
3.6E-07
1996
321791
517762
77
6
13078474
1.5E-07
1997
328765
528983
73
6
12078117
1.6E-07
1998
331862
533966
99
12
44487310
2.3E-07
1999
328378
528360
54
10
17695937
3.5E-07
2000
326506
525348
80
33
17868261
9E-07
2001
312237
502389
87
7
23674225
1.6E-07
2002
324832
522655
82
6
24983569
1.4E-07
2003
326320
525049
98
9
47104813
1.7E-07
2004
327408
526799
109
4
67819911
0E-08
2005
313525
504462
182
7
252282723
6E-08
平均值
325170
523200
88
12.4
40440523
2.7E-07
事故率 1.7E-04(次/km·a)
表2美国天然气主干网管道及其事故原因统计(1990年~2005年)
年份
事故
次数
事故后果
事故原因
死亡
受伤
建造/材料缺陷
外腐蚀
内腐蚀
外力破坏
其它
1990
89
0
17
22
5
11
39
12
1991
71
0
12
4
6
10
41
10
1992
74
3
15
9
6
6
32
21
1993
95
1
17
15
9
6
36
29
1994
81
0
22
9
13
20
23
16
1995
64
2
10
13
4
5
27
15
1996
77
1
5
8
8
7
38
16
1997
73
1
5
12
5
16
28
12
1998
99
1
11
19
22
-
37
21
1999
54
2
8
8
4
10
18
14
2000
80
15
18
7
8
16
20
29
2001
87
2
5
12
8
9
36
22
2002
82
1
5
21
7
18
24
12
2003
98
1
8
23
12
13
27
23
2004
109
1
3
11
16
18
37
27
2005
182
0
7
23
14
15
94
36
合计
1415
31
168
216
147
180
560
315
百分比(%)
15.3
10.3
12.5
39.6
22.3
图1事故原因比例图
从以上图可以看出,在1990年~2005年的16年里,美国天然气主干网管道共发生了1415次事故,年平均事故率约为88.4次。
外力是造成美国天然气管道事故的首要原因,共发生了560次,占事故总数的39.6%;其次是腐蚀,共有327次,占到22.5%,其中内腐蚀共导致了180次事故,占事故总数12.5%,外腐蚀共导致了147次事故,占事故总数是10.3%,排在第三位的是建造/材料缺陷,共发生了216次,占15.3%。
1.2欧洲
欧洲是天然气工业发展比较早,也是十分发达的地区,经过几十年的发展和建设,该地区的跨国管道已将许多欧洲国家相连,形成了密集复杂的天然气网络系统。
为了更有效地掌握输气管道事故发生的频率和原因,1982年开始,6家欧洲气体输送公司联合开展了收集所属公司管道事故的调查工作,并得到了各大输气公司的积极响应,到了2005年,参加此项工作的有12家西欧主要气体输送管道公司,并据此成立了一个专门组织即欧洲输气管道事故数据组织(EGIG),这个组织的数据库提供的信息资源对了解管道事故的各类情况都极有帮助。
2005年EGIG对1970年~2004年共35年间该组织范围内所辖的输气管道进行了事故调查和统计,共调查的管道长度为2.77×106km,共统计事故1123起。
图2,图3及图4列出了这一调查的统计结果。
其中管道事故的频率以每年运行的管道公里数(km•a)与事故次数相除而得到,单位是10-3次/(km•a)。
图21970年~2004年欧洲输气管道事故统计
图31970年-2004年欧洲输气管道事故原因统计
图41970年~2004年欧洲输气管道事故频率统计
从图中可以知道,欧洲输气管道事故主要原因是由第三方引起的外部干扰,约占事故总数的49.7%;其次是施工和材料缺陷,所占比例为16.7%;第三是腐蚀,占总数的15.1%,地基移动、误操作和其他原因分居第4~6位。
前三项事故原因不仅是造成欧洲输气管道事故的主要因素(80%以上),而且也是整个世界管道工业中事故率最高的三大因素。
(1)外部干扰
外部干扰指的是由外在原因或由第三方责任以及由不可抗拒的外力而引发的管道事故,它是造成欧洲管道事故的首要原因,约占事故总数的49.7%。
外部干扰的泄漏形式如何,也是EGIG关注的问题。
该组织根据泄漏缺陷将气体泄漏分为三种形式:
针孔/裂纹(缺陷直径不超过2cm),孔洞(缺陷直径大于2cm),破裂(缺陷直径大于管子直径)。
图5给出了外部干扰事故中这三类泄漏形式所占的比例。
分析图中的资料,表明外部干扰多表现为孔洞型泄漏,占到外部干扰事故总数的51%。
EGIG调查结果还显示管道事故的发生频率与直径、壁厚和埋深均有关系。
图5、图6、图7分别列出了输气管道不同管径、壁厚和埋深条件下事故频率的统计情况。
图51970年~2004年管道外部干扰引起的泄漏形式与管径的关系
壁厚(mm)
图61970年~2004年管道外部干扰引起的泄漏形式与壁厚的关系
图71970年~2004年管道外部干扰引起的泄漏形式与埋深的关系
分析上面三个图的结果可以知道,事故发生的频率是与管道的壁厚和直径大小有着直接的关系,较小管径的管道,其事故发生频率高于较大管径管道的事故发生频率,因为管径小,管壁相应较薄,容易出针孔或孔洞,所以薄壁管的事故率明显高于厚壁管;此外,管道埋深也与事故率有着密切的关系,随着管道埋深的增加,管道事故发生率明显下降,这是因为埋深增加可以减少管道遭受外力影响和破坏的可能性。
(2)施工缺陷及材料缺陷
图3的统计结果显示,在1970年至2004年期间,施工和材料缺陷在欧洲输气管道事故因素中占第二位,所占比例为18.13%。
EGIG对1954年以来因施工和材料缺陷导致的事故进行了调查,表明1963年以前建设的管道此类原因导致的事故频率相对较高,但是近年来由于管道建设标准不断提高,并采用了更加严格的检测、试压手段和技术,此类事故发生率明显下降,2000年到2004年已下降了63%。
(3)腐蚀
腐蚀也是欧洲输气管道泄漏的主要原因之一,且通常发生在薄壁管上,图3中的统计结果中,腐蚀排在第三位,占总数的14.31%。
从80年代开始,管道腐蚀事故率明显下降,发现的缺陷类型仅为针孔裂纹,不会导致气体大量泄漏。
近十多年来,随着防腐材料研究的不断发展,其性能越来越好,通过采用这些优良的防腐层(如环氧粉末、聚乙烯包覆、三层PE)、改进阴极保护措施、加强管道的日常维护和外部环境监测等手段,管道的防腐状况得到了有效的改善,此类事故也在减少。
EGIG的统计结果还显示,1970年~2004年,欧洲输气管道的事故发生率为0.41×10-3次/(km•a);后五年,即2000年~2004年事故发生率已经降低到了0.17×10-3次/(km•a),这归功于输气管道的安全管理、监督和技术各方面不断完善的结果。
1.3前苏联
前苏联的石油天然气工业在80年代得到了迅猛发展,这一时期建设的输气管道包括著名的乌连戈依-中央输气管道系统,它把西伯利亚天然气输送到了西欧。
该管道在前苏联境内总长4450km,管径1420mm,工作压力5MPa,全线设41座压气站,总功率300×104kW,天然气输送能力320×108m3/a。
总计这段管道经永久冻土段150km,沼泽地带959km,森林地带200多公里,山区545km,线路共穿越河流700多公里,公路和铁路穿越417处,全线共计开挖土石方1.29×108m3,耗用钢材270×104t,总投资76亿卢布。
这样巨大的工程,从建设到投产仅用了14个月,充分显示了前苏联在管道设计和建设方面的实力。
前苏联输气管道在几十年的运营中,出现过各种类型的事故,表3列出的是1981年到1990年期间发生事故的统计结果。
各种事故原因统计分析结果列于表9.3-4。
表31981年~1990年前苏联输气管道事故统计数据
年份
事故
次数
事故原因
外部
腐蚀
内部
腐蚀
外部
干扰
材料
缺陷
焊接
缺陷
施工
缺陷
设备
缺陷
违反操作规程
其他
原因
1981
88
36
3
15
14
7
11
1
/
1
1982
55
22
3
9
6
5
5
1
/
4
1983
76
39
4
8
10
3
7
/
1
4
1984
87
28
12
9
9
13
9
/
3
4
1985
96
34
5
14
16
13
7
3
2
2
1986
82
21
10
16
10
8
10
2
2
3
1987
93
22
9
26
7
12
6
2
4
5
1988
54
17
4
7
9
4
4
2
3
4
1989
67
11
2
17
10
10
4
5
3
5
1990
54
18
/
6
9
6
2
1
4
8
表41981年~1990年前苏联输气管道事故原因分析
事故原因
事故次数
占总事故的比例(%)
腐蚀
300
39.9
其中:
外部腐蚀
(
)
(33.0)
内部腐蚀
(
)
(6.9)
外部干扰
16.9
材料缺陷
13.3
焊接缺陷
10.8
施工和设备缺陷
82
10.9
其中:
施工缺陷
(
)
(8.6)
设备缺陷
(17)
(2.3)
违反操作规程
2.9
其他原因
40
5.3
合计
752
100
图8事故原因频率分布
在1981年到1990年10年间,前苏联由于各种事故原因造成输气管道事故共752次,平均事故率为0.46×10-3次/(km•a)。
从上两个表的统计结果可以看出,各种事故原因依其在事故总次数中所占的比例排序为:
腐蚀39.9%(其中外腐蚀33.0%,内腐蚀6.9%),外部干扰16.9%,材料缺陷13.3%,焊接缺陷10.8%,施工缺陷8.6%,违反操作规程、设备缺陷和其他原因所占比例较低,分别为2.9%、2.3%和5.3%。
不同事故发生频率见图8。
在整个80年代,前苏联输气管道因各种原因导致的事故呈逐年下降趋势,事故次数减少的主要原因是占到事故总数约40%的腐蚀事故逐年减少,特别是后五年(1986年~1990年)减少幅度较大,这期间总计发生的腐蚀事故是114次,而头五年(1981年~1985年)发生的腐蚀事故次数总共有186次,要比后五年多出1/3以上。
腐蚀事故减少的原因,首先是因为设计、施工和运营各环节都更加注重防腐质量,提高了施工质量,减少了事故隐患。
其次,随着前苏联国内和欧洲天然气需求量的增长,80年代建设了数条直径在1220mm~1420mm的大口径跨国输气管道和国内输气管网。
这些管道的管材钢级较高(X70),管壁相应较大,加之管道运行年限不长,所以事故次数较少。
管道发生事故的频率除与管道所处环境、施工建设过程中的各项标准和规范是否得到切实贯彻和执行有关外,还与管道本身管径和壁厚等属性有一定的关系。
表5列出的是1985年到1992年间前苏联不同直径输气管道事故统计结果。
表51985年~1992年前苏联不同直径输气管道事故次数统计
年份
事故
次数
管径(mm)
1420
1220
1020
≤820
1985
103
5
25
29
44
1986
77
6
15
19
37
1987
95
5
10
27
53
1988
47
7
6
8
26
1989
69
5
7
21
36
1990
43
7
10
13
13
1991
42
4
14
15
9
1992
21
3
3
5
10
合计
所占比例(%)
8.5
18.1
25
45.9
表中结果显示,事故发生次数最多的管道直径在820mm以下,8年间共有228次,占总数的45.9%;随着管径的逐步增加,事故发生次数依次减少,管径为1020mm、1220mm、1420mm时,事故发生率分别为25%、18.1%和8.5%;1420mm的管径,事故平均发生率约为5%左右,明显低于其他管径的事故发生率,这也说明了建设大直径、壁厚相应增加的输气管道对管道的安全运行是有利的。
图9给出了这一时期天然气输气管道事故发生率随管径大小变化的对应情况。
图9不同管径下事故次数与事故率关系图
1.4其它统计数据
(1)损坏类型与点燃概率的统计
管道发生事故之后,形成的危害主要有因泄漏的天然气中含有H2S而形成的有毒云团、管道内喷出的天然气有可能被点燃形成的燃烧而形成的火焰产生的热辐射、因爆炸而产生的冲击波等。
本项目管道发生事故后不会产生H2S有毒云团。
下表给出了世界范围内发生管道事故时,天然气泄漏后被点燃的统计数据。
表6天然气被点燃的概率
损坏类型
天然气被点燃的概率(×10-2)
针孔
1.6
穿孔
2.7
断裂(管径<0.4m)
4.9
断裂(管径≥0.4m)
35.3
上表中结果显示,三种泄漏类型中,以针孔泄漏类型被点燃的概率最小,其次是穿孔,断裂类型特别是管径大于0.4m的管道断裂后,天然气被点燃的概率明显增大。
(2)管道性能与不同泄漏类型的统计
事故频率与管道性能之间也有一定关系。
下面三个表中的数据显示不同壁厚、管径和管道埋深条件下事故频率的统计情况。
表7管道壁厚与不同泄漏类型的关系(事故频率10-3/km·a)
管道壁厚(mm)
针孔/裂纹
穿孔
断裂
≤5
0.191
0.397
0.213
5~10
0.029
0.176
0.044
10~15
0.01
0.03
/
表8管径与不同泄漏类型的关系(事故频率10-3/km·a)
管径(mm)
针孔/裂纹
穿孔
断裂
≤100
0.229
0.371
0.32
125~250
0.08
0.35
0.11
300~400
0.07
0.15
0.05
450~550
0.01
0.02
0.02
表9不同埋深管道发生事故的比例
埋深(cm)
不详
0~80
80~100
>100
事故率(10-3次/km•a)
0.35
1.125
0.29
0.25
分析上面三个表的结果可以知道,事故发生的频率与管道的壁厚和直径大小有着直接的关系,较小管径的管道,其事故发生频率高于较大管径管道的事故发生频率,因为管径小,管壁相应较薄,容易出针孔或孔洞,所以薄壁管的事故率明显高于厚壁管;此外,管道埋深也与事故率有着密切的关系,随着管道埋深的增加,管道事故发生率明显下降,这是因为埋深增加可以减少管道遭受外力影响和破坏的可能性。
下表是事故频率与不同施工年代的关系。
表10事故频率与施工年代的关系(事故频率10-3/km·a)
施工年代
施工缺陷
材料缺陷
1954年以前
0.11
0.02
1954年~1963年
0.18
0.06
1964年~1973年
0.05
0.04
1974年~1983年
0.04
0.03
由上表可以看出,1954年至1963年期间建设的管道,由于施工缺陷和材料缺陷导致的事故具有较高的频率。
由于采用经过改进的施工标准和严格的检测方法,最近几年这一类事故的频率有所下降。
1.5国外输气管道事故比较
(1)事故率的比较
由于不同的国家对事故率的统计标准有一定的差异,而且在同一个国家也并不是所有的事故都能得到准确和及时的上报。
美国能源部资料披露,在美国每报道一次事故,至少有三次其它天然气泄漏事故没有向管道部门报告。
下表是将这些因素作了纠正后得出的统计数据。
表11欧洲、美国、前苏联输气管道事故率对比
地区或国家
纠正的事故数(10-3次/(km·a))
欧洲
0.38
美国
0.60
前苏联
0.46
平均
0.48
由表中的数据可见,美国每年每千公里输气管道事故率在三者中稍高。
但值得注意的是欧洲管道相对运行时效较短(约20年),而美国有50%的管道运行已超过40年,前苏联的输气管道也进入了老龄期,有5%的管道已超过30年的设计寿命,20%的管道已使用了20年~30年,38%的管道已使用了10年~20年,只有27%的管道少于10年,预计今后前苏联输气管道事故可能会有上升趋势。
以上几个输气国家和地区的平均事故率是0.48×10-3次/(km•a)。
(2)事故原因比较
比较上述国家、地区输气管道的事故原因,发现尽管事故原因在不同国家所占比例不同,即引起事故的原因排序不同,但结果基本相同,即主要为外力影响、腐蚀、材料及施工缺陷三大原因。
在欧洲和美国,外部影响是造成管道事故的首要原因;在欧洲较小直径管道受外部影响的程度一直高于大直径管道,这主要与管壁厚度与管道埋深有密切关系,随着大直径管道建设数量的增多,外部影响造成的管道事故在欧洲已有所下降;在美国,外部影响造成的管道事故占到全部事故的37%以上。
前苏联外部影响造成的事故占总数的16.9%,排在腐蚀原因之后,是第二位事故原因。
根据统计资料,外力事故的人为因素较高,比如由外部人员和管道操作者导致的事故占80%以上,由自然因素如地震、洪水滑坡等造成的事故只占20%以下。
从以上结果可以看出,外部影响是造成世界输气管道事故的主要原因。
比较结果也同时显示,在每年的管道事故中,腐蚀造成的事故比例也比较大。
前苏联1981年到1990年期间因腐蚀造成的事故有300次,占全部事故的39.9%,居该国输气管道事故原因的首位;在美国,1990年到2004年的统计数据中,腐蚀发生了298次,占总数的24.17%,是造成事故的第二位原因,其中44.63%为外部腐蚀,55.37%为内部腐蚀;在欧洲,1970年到1992年腐蚀事故率为14.1%,事故原因排序,排在外部影响和材料及施工缺陷之后,位居第三。
材料失效和施工缺陷在美国是第三位,在欧洲是事故原因的第二位因素。
在美国,材料损坏和结构缺陷两者引发的事故有193次,占全部事故的15.65%;欧洲同类事故占总事故的19.13%。
在前苏联,因材料缺陷、焊接缺陷和施工缺陷导致的事故次数分别是100次(13.3%)、81次(10.8%)和82次(10.9%),合计事故率为35%,超过了外部影响的比率(16.9%)。
由此可见,材料失效和施工缺陷对管道安全运行的危害比较大。
2国内同类项目事故统计与分析
2.1国内输气管道概况
我国天然气工业从60年代起步,天然气开发和输送主要集中在川渝地区。
经过几十年的的建设和发展,盆地内相继建成了威成线、泸威线、卧渝线、合两线等输气管道以及渠县至成都的北半环输气干线,已形成了全川环形天然气管网,使川东、川南、川西南、川西北、川中矿区几十个气田连接起来,增加了供气的灵活性和可靠性。
进入90年代后,随着我国其它气田的勘探开发,在西部地区先后建成了几条有代表性的输气管道,如陕甘宁气田至北京(陕京线)、靖边至银川、靖边至西安的输气管道,鄯善到乌鲁木齐石化总厂的输气管道及正建的涩北-西宁-兰州输气管道。
1995年我国在海上建成了从崖13-1气田到香港的海底输气管道。
据不完全统计,到1997年,我国已建成了近1×104km的输气管道。
随着总长4000km的西气东输工程的建设,我国天然气管道建设已进入了一个高速发展时期。
2.2四川输气管道事故统计和原因分析
川渝地区经过四十余年的天然气勘探开发,目前已成为我国重要的天然气工业基地,从60年代开始相继建成了川渝地区南半环供气系统并与1989年建成的北半环供气系统相连接,形成了环形输气干线,盆地内至今已建成输气管道约有5890km,承担着向川、渝、滇、黔三省一市的供气任务,是西南三省一市经济发展的命脉。
下表列出了1969年~1990年四川天然气管道事故统计结果。
表121969年~1990年四川天然气管道事故统计
事故原因
事故次数
事故率(%)
腐蚀
67
43.22
其中:
内腐蚀
(46)
(29.67)
外腐蚀
(21)
(13.55)
施工和材料缺陷
60
38.71
其中:
施工质量
(41)
(26.45)
制管质量
(19)
(12.26)
不良环境影响
22
14.20
人为破坏及其它原因
6
3.87
合计
155
100
从表中可以看出,在1969年~1990年的21年间,四川输气管道共发生155次事故,其中腐蚀引发的有67次,占事故总数的43.22%,是导致事故的首要原因;施工和材料缺陷事故共有60次,占总数的38.71%,仅次于腐蚀因素而列于事故原因的第二位;由不良环境影响而导致的事故有22次,占到事故总数的14.20%,位居第三。
从表中统计结果可以看出,在统计期间造成输气管
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