基于PHMSA数据库的陆上输气管道事故统计分析



基于PHMSA数据库的陆上输气管道事故统计分析

自1970以来，美国运输部下属的管道和危险材料安全管理局（以下简称PHMSA）收集了其所辖所有符合建立报告标准的油气管道事故信息。PHMSA管道事故报告包括以下信息：事故地点、事故起因和结果以及事故管道的基本属性（如直径、壁厚、钢级、运行压力等）。除事故数据外，PHMSA还收集了油气管道运营商的年度报告，其中包含了管道总里程、输送介质、材料运费及安装日期等基本信息。管道事故和里程数据为研究人员和业内人士提供了宝贵信息，有助于辨识油气管道结构完整性的主要风险因素，并进行系统级风险评估和制定有效的风险缓解策略。

加拿大西安大略大学对PHMSA数据库2002-2013年陆上输气管道相应的里程和管道事故资料进行了统计分析。基于失效原因或失效模式两方面因素，对2002-2013年的管道事故数据进行了汇总。失效原因包括内部和外部腐蚀、第三方开挖、材料失效、第一和第二方开挖、先前受损管道及非开挖机械等。失效模式包括泄漏、穿孔、破裂等。里程和事故数据可用于评估每公里陆上输气管道每年的破裂事故率。

2002-2013年，美国陆上输气管道总长度介于470000与480000公里之间，并且自2009年起一直保持在480000公里左右。其中，约97%的管道属于具有涂层和阴极保护的钢质管道。截至2013年，约60%的管道服役时间超过45年。按照地区级别，1级管道约占总长度的80%；2级和3级管道各占总长度的约10%，而4级管道长度可以忽略不计。

基于失效原因，第三方开挖、外部腐蚀、材料失效和内部腐蚀是导致管道事故的四种主要原因，占2002-2013年464起管道事故总数的75%，第三方开挖和外部腐蚀约占50%，如图5所示。

图5 2002-2013年按失效原因划分所有管道相关事故

基于失效模式，破裂是最常见的失效模式，占管道事故总数的38%，泄漏和穿孔分别占30%和20%，如图6所示。

图6 2002-2013年按失效模式划分所有管道相关事故

事故率基于事故和里程数据，对每公里每年发生的事故数量进行评估。基于两方面原因，本项研究只针对破裂事故率进行了分析。其一，鉴于报告标准与PHMSA事故数据和典型破裂事故严重性相关，可以推断，几乎所有破裂事故都会向PHMSA递交报告。此外，相对于泄漏和穿孔报告数量来说，不符合PHMSA报告标准的泄漏或穿孔数量更多。因此，基于PHMSA数据库评估的破裂率可用于表征实际破裂率。其二，破裂造成的影响远比泄漏和穿孔的影响更为严重。大部分泄漏（约97%）和穿孔（约90%）没有导致火灾，而多数死亡（75%）和伤害（83%）源于管道破裂。因此，相比于泄漏率和穿孔率，破裂率对管道风险评价具有更紧密的相关性。

图7 按失效原因划分的破裂率分布图

综合所有失效原因（图7），在2002-2013年这12年间，管道平均破裂率为3.1×10-5/公里·年；综合第三方开挖、外部腐蚀、材料失效和内部腐蚀四种失效原因，12年平均破裂率为2.3×10-5/公里·年；外部腐蚀是导致管道破裂的主要原因，12年管道平均破裂率为1.0×10-5/公里·年，是第三方开挖或材料失效的两倍。由第三方开挖引起3级管道破裂率远大于1级和2级管道，这表明，3级管道设计规定的安全系数可能不足以保护管道免于第三方开挖损伤。本次研究建议，美国PHMSA掌握的管道里程数据应包括更为细致的数据结构，便于通过多条管道的不同属性参数进行管道里程划分和管道破坏率评估。

孟芳芳 编译自《International Journal of Pressure Vessels and Piping》2016年6月