美国水源地旁油气运输管道事故分析及启示

王逍 梁永图

中国石油大学（北京）

随着国内经济的快速发展，对能源的需求量显著增加。截至2018年12月，全国成品油炼化总产能达8.4×108t，其中“两桶油”产能4.9×108t，中海油、中国化工、中化、延长等国企产能1.3×108t。随着对成品油需求量的增加，油气运输管网在过去10年间快速发展。虽然管道运输是成品油最安全经济的运输方式，但是事故却不可避免地时有发生。成品油输送管道服役的早期和末期是管道事故的高发阶段，而我国大部分管线均已服役20年以上，正处于管道事故的高发阶段。成品油管道所运输的是易燃、易爆、有毒的介质[1-3]，一旦运输管道发生事故，很有可能引起火灾、爆炸等严重的安全事故，对人民的生命及财产安全造成严重后果。成品油具有流动性[4-5]，如果在水源地附近发生管道事故，会对周边自然环境和野生动植物形成巨大的威胁，同时也会对居民饮用水源和生活用水源造成污染和破坏；因此，应该提高对管道安全问题的重视程度。

美国是全球运输管道技术发展最快、管道总里程最长、相关技术最为成熟的国家。1865年，美国在宾夕法尼亚州建成第一条原油输送管道[6]，在之后的一百多年中，美国累计修建了长达数百万公里的原油、成品油、天然气等各类运输管道。在管道运输业高速发展的同时，也不可避免发生管道事故。管道事故对国家经济造成巨大损失的同时也给操作人员的生命带来严重的威胁。为此，美国各界均对管道安全给予了高度的重视，并成立管道安全办公室（OPS）作为美国管道运输系统的联邦管理机构[7]，对能源管道的安全运营进行监督和管理，其成品油输送管道事故的处理及预防领域处于国际领先地位。因此，加强我国管道安全管理，提高管道安全整体水平以及管道事故预防和应急处理等方面，可以借鉴美国等发达国家在管道安全领域的相关经验及事故处理与预防方法。

本文以美国近期几起发生在水源地旁的成品油管道事故作为例子，简要分析了美国管道运营及环境保护部门对事故的处理过程并总结了一些经验教训，为我国成品油管道安全运营以及周边环境保护提出建议[8-9]。

1 美国管道安全概况

1.1 管道立法

美国作为目前全球管道运输业最发达的国家，具有十分完善的管道运营安全检测系统和管道事故处理能力。在安全检查方面，美国采用监督与检验一体的机制，由美国管道安全局（OPS）和美国国家运输部的下属机构管道与危险品管理局（PHMSA）对美国3 000多家管道运营公司进行安全运营监督[10-11]。美国法律部门也对油气管道的安全运营制定了安全管理监督法规，并建立法律法规保护油气运输管道的安全。立法概况见表1。

表1 美国油气运输管道安全立法概况Tab.1 General situation of the safety legislation for US oil and gas transportation pipelines

美国管道公司运营以《管道安全法》作为基本法律准则。1996年更新了《管道安全责任和合作法案》，设立最低安全标准和管道操作人员认证标准[10]。1999年6月10日，美国华盛顿州Bellingham镇钢质汽油管道泄漏并发生燃烧爆炸，造成3人死亡8人受伤。该事件直接促成了《油气管道安全促进法令》的制定。美国众议院与参议院在2006对《管道安全法》进行了补充，制定了《管道检测、保护、执法安全法令》，该法律进一步巩固了美国运输部管道与危险品管理办公室的相关权利[12]。目前，该法案于2011年进行了最后一次修改，确定了《管道安全、监管确定性和创造就业法案》，目的在于提高管道安全标准，加大安全监管，强化管道安全教育，增加公民知情权[13]。

1.2 管道事故损失

截至2017年，美国共计铺设440.7×104km的油气管道。根据美国管道与危险品管理局（PHMSA）记录的事故数据显示，自1997年至2017年间，合计发生管道事故11 459起，共造成323人死亡、1 337人受伤，累计财产损失约350亿美元（图1）。仅2017年就发生483起事故，造成3人死亡、27人受伤，财产损失达1.1亿美元[14]。图2列举了自1997年至2017年间美国管道事故发生次数。

图1 美国1997—2017年管道事故累计伤亡人数统计Fig.1 Cumulative casualties of US pipeline accidents from 1997 to 2017

图2 PHMSA记录的美国1997—2017年管道事故统计Fig.2 Records of US pipeline accident statistics from 1997 to 2017 by PHMSA

从图1、图2可以看出，管道事故造成了巨大的经济损失。水源地具有特殊自然环境意义和敏感性，管道事故发生在水源地旁会对水环境造成巨大的影响和破坏，并对沿线的土壤和动植物生态系统形成连锁反应。仅2014—2017年间，引发水源地污染和周围环境破坏的事故共计37起[15]，产生后续环境问题处理时间均达3个月或超过3个月。应对管道事故导致的水源地污染，并针对事故做出及时有效、快速准确的处理方案十分关键。

2 事故原因及案例分析

由于管道事故的频繁发生，美国政府和民众也越来越重视管道运营安全。美国管道和危险材料安全局（PHMSA）对各种管道设施进行数字化技术动态管理，对管道安全进行全方位的检测[16]。水源地是宝贵的资源，管道事故对水污染会使本就十分短缺的水资源更加紧张。在水源地旁发生的油气管道事故中，引起事故的主要原因包括设备本身的故障因素和外力因素。其中，设备故障主要包括事故性故障和老化性故障；外力因素主要是作用在管道上的外界作用力[17]。针对水源地特殊的自然环境，管道受力除了来自土壤，还来自于水流和风力以及外界人为施加的作用力，因此管道事故普遍由多种因素共同作用引发。

2.1 腐蚀

腐蚀破坏是水源地旁油气管道面临的一个常见问题，也是引发油气运输管道事故的一项重要原因。近20年来，危险液体运输管道事故中由腐蚀引起的事故占比为22.8%，重大管道事故中由腐蚀引起的占比为24.3%。例如，2015年5月19日晚，美国平原管道公司1条位于加利福尼亚州圣巴巴拉以西约20 mile（1 mile=1.69 km）处的原油管道发生破裂泄漏事故[18]，沿海岸线约有20 mile的海面遭到污染并出现明显的浮油层。据事故报告统计，泄漏约11×104gal（1 gal=3.785 L）的原油，其中约有21 000 gal原油通过地下土壤涵洞渗透流入太平洋。在平原管道公司后续的事故报告中显示，管道泄漏原因为管道发生严重的内腐蚀。泄漏事故发生时，平原管道公司操作部门并未及时根据事故情况作出应急反应，导致相关泵站没有及时停泵从而使事故加剧。加利福尼亚州渔业和野生动物保护部门派出3艘船只进行海面溢油收集，并派出6艘船只部署围栏油。事故造成221只海鸟及138只海洋哺乳动物死亡，平原管道公司在本次事故中约损失1.5亿美元。事后，美国平原管道公司遭到起诉，指控中包括涉嫌制造重大石油泄漏事件等46起刑事指控。

2017年6月22日，美国得克萨斯州布拉佐里亚琼斯河流域附近1条输油管道，由于管道内腐蚀原因泄漏约75 bbl（1 bbl=0.159 m3）成品油，造成94 000美元的经济损失；2015年10月22日，1条位于得克萨斯州加尔维斯顿的输油管道，由于内腐蚀原因泄漏约100 bbl成品油，造成约35万美元的经济损失；2015年8月1日，美国得克萨斯州布拉佐里亚港口附近1条成品油管道，由于管道内腐蚀原因发生泄漏约300 bbl成品油，造成40万美元的经济损失。

与常规土壤环境相比，水源地周边土壤含水率较高，水中溶解的金属离子以及溶解的氧气含量也较高，相比于干燥的内陆土壤环境更易发生吸氧腐蚀与杂散电流腐蚀[19]。腐蚀过程会引起管壁位置的局部破坏，导致硫酸盐还原菌等细菌在发生腐蚀处大量繁殖；同时菌落还会附着在管道表面，造成金属表面缺氧，形成差异充电电池的阳极加速了腐蚀。检测油品对地下水污染的情况可以采用检测井法，在泄漏污染区域及检测区域各布置4至5个监测井，保持每月均有样本采集检测以判断污染情况[20-21]。

2.2 设备故障/材料失效

目前，国内外普遍使用钢材作为成品油运输管道的主要材料，钢材中的化学组成成分、冶炼过程中存在的内部残留应力、材料内的夹杂物等原因，会使管道长时间运行后出现疲劳裂纹、偏载、断裂等失效现象[22]。危险液体运输管道事故中由设备故障或材料失效引发的事故比例为40.5%，重大安全事故中由材料失效引发的事故占比为26.9%[23]。例如，2014年12月9日美国东部时间7时40分，PPL管道公司确认位于安德森县贝尔顿西北约90 mile处1条直径26 in（1 in=25.4 mm）钢制输油管道发生泄漏事故[24]。现场泄漏约2 500 gal汽油，总计汽油泄漏量约8 000 gal。泄漏的汽油流入布朗河的支流中，周边植被遭到破坏，大量鱼类死亡[25]。根据提交的报告显示，从泄漏位置处切割取样的A型套管进行冶金分析发现，用于填充套管下部凹槽位置的填充材料存在质量问题，从而引起套管失效。事后，OPS南区要求PPL管道公司将管道配件评估修补计划形成书面文件并提交审核。PPL数据分析师对291个钢制套管（240个A型套管和51个B型套管）进行分析，并根据套管的安装日期对其进行修理或加固。当地环保部门对布朗河被污染的支流进行长期水质和空气质量的检测，在被污染河流上设置不透水的围油栏阻止污染扩散，并在该地区设置71个地下水检测井、15口回收井和2条回流渠以对水质和周边环境进行检测治理。

2017年8月31日，美国田纳西州加莱纳市哈里斯县的1条输油管道，由于螺纹连接处失效泄漏约800 bbl成品油并造成72万美元的损失；2017年3月29日，美国俄克拉荷马州库欣市林肯县的油气运输管道，由于焊接接口失效导致1 070 bbl油品溢出，造成约16万美元的损失；2013年10月1日，美国得克萨斯州奥德萨市的1条成品油管道由于套管松动造成油品外泄，导致约5万美元的损失。

根据EGIG（欧洲输气管道事故数据组织）记录的事故统计显示，1963年前建成的油气输送管道由于施工技术落后和材料质量问题事故率较高，每公里每年平均发生事故0.15～0.2次。近年来随着施工技术的改进和钢材质量的提高，事故率降低至每公里每年平均发生事故0.04次[26]。国内外管道事故中由于管道施工技术落后和材料质量问题而引发的事故比例都很高，近年来随着管道施工技术和材料质量的提高，管道事故率显著下降。但在现场施工过程中由于复杂的外界条件和技术限制，如管道的焊接缺陷、划伤、凹陷等原因所引发的管道泄漏事故依然会发生。

2.3 第三方破坏

水源地旁油气管道的第三方破坏主要包括违法偷油盗油、近河岸（海岸）的工程施工、岸边落物冲击等。近20年来的管道泄漏事故中，由其他外力损伤和自然灾害等引起的管道事故占比为16.4%，重大管道安全事故中占比为23.8%。由于水源地周边环境复杂程度远远大于内陆和海洋，不易设置管道警示标识，更易发生第三方破坏事故。例如，2015年10月21日美国东部时间凌晨3点左右，美国宾夕法尼亚州莱科明县的1条汽油输送管道发生破裂泄漏事故，导致近55 000 gal的汽油泄漏并流入萨斯奎哈纳河流域。管道运营公司检测到管线运行压力下降后立刻停止了管道的运行并密封管道两端，拆卸事故处80 ft（1 ft=30.48 cm）长的管道进行更换维修[27]。事故报告显示，其主要原因是短时间内的大量降雨导致河流水位迅速上涨，引发山体滑坡和河床侵蚀挤压，致使管道局部变形而引起破损泄漏[28]。宾夕法尼亚州环境保护署（DEP）在河流污染处部署撇油器和吊臂等设备进行残留汽油清理工作，同时对空气和水源质量进行长期检测并修复受损的河岸。

2017年1月30日，得克萨斯州安娜市柯林县1条成品油管道，由于第三方挖掘破坏造成5 000 bbl成品油泄漏，导致约240万美元的经济损失；2016年10月23日，俄克拉荷马州库欣市佩恩县1条成品油管道，由于某工程施工中的开挖破坏引发约7 500 bbl油品泄漏，造成约780万美元的损失。

相比于美国，我国经常会发生如打孔盗油等人为破坏事故。例如，2012年2月8日，山东省济南市成品油管道由于盗孔破裂发生油品渗漏，防污抢修及回填工作共进行5 h。

在水源地旁，由于社会环境与公共关系指标系数很高，泄漏扩散系数又很大，故因第三方破坏而引发的管道泄漏事故对环境的影响极大。除去施工和开挖破坏等原因，水源地旁还存在难以设置警示标志导致误操作破坏管道的问题。此外，在渔业作业中如渔网、船锚、铰链等用具对管道的缠绕、撞击、刮碰等损害，也易造成管道泄漏事故。

3 对我国管道安全的启示

近年来，随着我国管道技术快速发展，管道与水源地的交汇也越来越多，水源地旁油气管道事故发生也越来越频繁[29]。为减少管道泄漏事故及其造成的财产损失和环境污染，不仅需要管道运营公司在工程方面加强对管道自身事故的预防与现场安全的检测，而且需要国家针对水源地旁如何铺设油气运输管道作出相应的法律法规约束。

3.1 管道工程要求

输油管道泄漏对周围环境的影响区域一般为两侧各200 m。由于水源地受暴雨或河流汛期等自然灾害影响较大，故管道事故具有突发性和难以预测性。相对于内陆管道，水源地旁的管道更易发生事故；因此，在水源地旁的管道及穿越河流的管道应当针对第三方破坏、冲刷悬空、管道腐蚀、自然灾害等原因提出相应的事故决策方案和预防措施。管道腐蚀难以控制与避免，降低水源地旁管道泄漏事故的发生，除了选用合适的防腐层材料、定期更换金属阳极之外，还需加强防腐层及管道的完整性检测[30]。利用现有技术如超声波法、涡流检测技术、声发射技术等，尽力消除腐蚀形成和管道损伤。同时，应加强对腐蚀检测、腐蚀防护以及耐腐蚀管道材料的开发研究，提高我国水源地旁管道铺设现场的管理标准以及事故应急处理水平。为降低管道第三方破坏风险，可以从加强管道的强度设计和监管力度等管道建设安全问题上着手，在管道铺设区域设置管道警示标志并规范捕鱼作业范围和力度，加强管道巡查力度。针对打孔盗油事件则需要加强管道安全性和完整性的评估和监控，建立符合我国客观实际情况的风险评估模型，提高分析检测水平[31]。

此外，应当在管道工程项目前期规划阶段，针对与管道相交互的河流、水库、下水道等其他公共设施和基础设施等进行慎重的考虑和分析。考虑所处地形的特殊性，应向政府行业管理部门、管道保护部门报告存在的风险问题和潜在的威胁，定期安排人员巡查管道运行安全情况；尤其雨季更应增加安全巡线的频率，发现安全隐患立刻向有关部门报告，尽早处理险情。

3.2 管道立法规定

针对油气输送管道如何在水源地旁安全运行及其事故处理，美国与我国均作出了立法规定。相比于美国在1969年颁布的《管道安全法》，我国于1989年出台有关《石油天然气管道保护条例》。同年我国出台的《环境保护法》提出，在风景名胜区、自然保护区和其他需要特别保护的区域内，不得建设污染环境的工业生产设施，建设其他设施其污染物排放不得超过规定的排放标准。针对油气集输管道通过水源保护区、生态自然保护区、林地及森林公园、风景名胜区等敏感性地域提出了相关的规定和要求：

（1）饮用水水源地原则上禁止油气管道穿越，取得有关主管部门的批准，经过充分论证后，采取严格的环保措施，加强风险控制可以穿越。

（2）自然保护区核心区和缓冲区范围内原则上禁止油气输送管道穿越，确实难以避让的，应在调整自然保护区功能区划以后实施穿越。

（3）林地穿越不存在法律上的障碍，但应按有关规定办理占用征用林地手续。涉及到森林公园时，原则上禁止从珍贵景物、重要景点和核心景区范围穿越，但通过开展论证，取得有关主管部门的批准后有穿越的案例。

从上述几起事故的处理过程中可以看出，美国管道运营商以及环境保护部门在事故发生后积极响应，快速处理。而我国目前尚未建立管道安全检测以及事故应急处理部门；因此，在吸收美国对管道事故处理的经验基础上，结合我国的国情，进一步完善管道安全管理运营模式。

4 结论

针对美国水源地旁油气管道事故应对措施的分析，可以总结如下：

（1）美国建立了完善的管道运营数据信息系统，并在PHMSA网站记录管道事故报告以及操作员信息，这些基础的信息数据为美国油气管道安全管理和运营提供了足够的技术支持。我国在这些方面尚未建立完善的全面系统的数据库，管道事故的基础数据严重缺乏。

（2）美国的管道完整性管理工作已经取得了良好的效果，并从管道泄漏事故中吸取教训，在设立法律法规进行安全监管的同时采取严格的惩罚措施。相比之下我国目前管道完整性管理工作正处于起步阶段，缺少必要的标准和数据支撑。同时我国部分地方政府和企业对管道事故隐瞒，安全监管部门检查不够彻底，有关法律法规尚不完善，事故处罚力度和责任追究力度仍有待提高。

（3）在水源地附近发生管道泄漏污染水源事故后，美国环境保护署等机构联合管道运营部门快速部署专业设施进行环境抢救及采取安全补救措施，并进行长期水源质量和空气质量监督管理。相比之下我国在事故处理上仍然没有做到相关部门协调联动，对事故的处理以及后期监管没有做到严格把控。