国外长输管道失效事故调查标准及推荐做法

2022-11-10白晓航孙亮陈海翔刘翔刘海龙

油气田地面工程 2022年10期

关键词：事故管道人员

白晓航孙亮陈海翔刘翔刘海龙

1国家管网集团北方管道有限责任公司沈阳输油气分公司

2国家管网集团西部管道有限责任公司塔里木输油气分公司

3中国石油管道局工程有限公司第三工程分公司

4国家管网集团北方管道有限责任公司秦皇岛输油气分公司

随着我国长输管道的快速发展，管道事故频发且造成严重后果，国家日益重视对长输管道失效事故的调查、研究和分析工作[1]，但目前还未制定管道事故调查方面的国家或行业标准[2]。特种承压设备具有建造规模大、周期长的特点，通过实施完整性管理，旨在识别运行过程中的风险并控制在允许范围内[3]。我国长输管道按照承压设备进行安全监管，管道行业应借鉴承压设备完整性事故调查的经验及做法[4]。以美国石油协会标准API RP 585—2014《承压设备完整性事件调查/Pressure Equipment Integrity Incident Investigation》（以下简称美标，API RP 585）为例，研究了与国内标准TSG 03—2015《特种设备事故报告和调查处理导则》（以下简称国标，TSG 03）在事故分类、事故调查小组、事故原因分析和事故调查取证等方面的重要差异。通过开展对标研究和适用性分析，可为提升管道安全管理水平及制定管道事故调查标准提供参考。

1 API RP 585—2014 简介

美国石油协会标准API RP 585—2014 为业主/用户提供了开展实施以及持续改进承压设备完整性（Pressure Equipment Integrity，PEI）事件调查程序的做法，主要内容是事故调查的基本原则、类型分级、原因分级、调查取证、分析方法和培训等。API RP 585 提出的技术路线是重点调查PEI 事故的先兆以确定事故的根本原因，确定事故对健康、安全、环境造成的严重影响，旨在预防和降低承压设备事故率。本标准主要应用对象是炼油厂和石化企业的工艺承压设备，适用设备类型包括：压力容器、管道和管件、常压/低压储罐、旋转设备（泵和压缩机）、锅炉和加热器、热交换器、泄压装置、支撑/结构组件、火炬。

2 事故定义

规范事故定义及形式有助于划定事故范围、影响程度及分析评定。API RP 585 定义承压设备完整性事故包括PEI 故障失效和PEI 未遂事故两类。PEI故障失效定义为承压设备系统、结构、部件无法实现密封、封装工艺流体的功能，发生流体泄漏或体积损失。由于设备误操作和材料破损原因导致体积损失的情形不属于PEI 故障。TSG 03 定义特种设备事故为设备的不安全状态以及人的不安全行为，在设备制造、安装调试、维修维护、使用检测中造成人员伤亡、财产损失和设备严重损坏的事件，以及造成中断运行、人员疏散或转移等突发事件。美标事故定义为后果的现象描述，国标从设备全生命周期阶段给出事故后果的多种形式，涵盖内容较为全面。

3 事故分级

API RP 585 事故分级及事故特征如下：①一级事故。存在异常或破损，如不采取措施，下次计划性检验前造成体积损失；破损严重，但没有造成流体体积损失或设备停机；承压设备和接头发生少量泄漏，但易于修复；通常不发生火灾、毒性物质释放、造成人员伤害以及破坏环境。②二级事故。承压设备发生渗漏，可能导致设备局部损坏，中小规模泄漏，小型安全事故/环境破坏；因机械损伤或组件老化导致承压设备故障失效，需设备停机修理。③三级事故。承压设备发生渗漏或者破裂，导致严重的工艺安全事故、环境破坏、设备损坏、大规模泄漏和产品损失。

TSG 03 按照事故损失情况将事故等级分为三类：①特别重大事故。特种设备事故造成30 人以上死亡，或者100 人以上重伤，或者1 亿元以上直接经济损失；压力容器、压力管道有毒介质泄漏，造成15 万人以上转移。②重大事故。特种设备事故造成10 人以上30 人以下死亡，或者50 人以上100 人以下重伤，或者5 000 万元以上1 亿元以下直接经济损失；压力容器、压力管道有毒介质泄漏，造成5 万人以上15 万人以下转移。③较大事故。特种设备事故造成3 人以上10 人以下死亡，或者10人以上50 人以下重伤，或者1 000 万元以上5 000万元以下直接经济损失；锅炉、压力容器、压力管道爆炸；压力容器、压力管道有毒介质泄漏，造成1 万人以上5 万人以下转移。

API RP 585 按照事故形式及后果严重程度进行分类，并给出不同类型事故的典型特征，后果严重程度采用递增形式，例如异常、破损、设备损坏和故障停机以及渗漏、少量泄漏、中小规模泄漏、破裂泄漏和产品损失等。TSG 03 对事故造成的人员伤害、经济损失和设备破坏进行了量化评定，但就后果严重程度和发生概率而言，按照TSG 03 评定准则，长输管道发生重大事故的概率是较低的[5]。从管道运行维护和技术成熟度角度，管道企业主要是应对处置管道缺陷异常、少量泄漏、设备故障以及一般性环境污染事件[6]。针对事故分级原则，API RP 585 适用性更好。

4 事故原因分级

API RP 585 将PEI 事故原因分为直接原因、致因因素和根本原因三种类型。有效调查工作既要确定事故直接原因，也包括确定致因因素和根本原因。一般认为，根本原因通常与管理体系和企业文化有关。识别和纠正直接原因，只能预防特定工艺过程中同类设备发生类似事故；识别和纠正致因因素，能够降低其他设备发生类似PEI 事故概率；识别和纠正根本原因，改进安全管理体系和企业文化，能够预防各种PEI 事故，或者降低PEI 事故概率。

以硫酸烷基化装置中的碳钢管道失效、造成烷基化物释放为例，开展PEI 事故调查，确定故障失效原因。

（1）直接原因：硫酸接触并快速腐蚀碳钢管道，形成失效漏点。

（2）致因因素：工艺运行未采取有效措施控制携持酸液问题；操作人员未识别出携持酸液的异常工况条件，也未进行有效响应和处置。

（3）根本原因：领导层没有彻底解决工艺控制问题；现场管理人员没有意识到操作人员的培训和再培训的重要性。

TSG 03 规定调查事故时，应找出与事故有关的各种因素之间的因果关系和逻辑关系，确定事故的直接原因、间接原因以及主要原因、次要原因。

API RP 585 事故原因分类由浅入深，从预防单体设备事故，到改进安全管理体系和企业文化，其理念科学、合理。TSG 03 中事故直接/间接原因、主要/次要原因在实际案例分析中可能存在界面不清晰的问题，也受制于调查人员的基本素质、专业能力等因素，其研究深度和结论科学性不能完全保证[7]。

5 事故调查小组

API RP 585 提出PEI一级事故调查小组可由1～2名技术人员完成，例如设备检查员/工程师。不限于事故报告人/目击者、提供数据/证据的人员，必要时需要单位负责设备管理的领导参加。二级事故调查小组成员来自事故相关部门，例如设备检查员/工程师、腐蚀工程师、可靠性工程师，还应包括管理层和工程经理。三级事故涉及工艺安全问题，应与调查工艺安全程序相结合，应由部门领导、安全总监、工艺安全项目组，以及企业QHSE管理体系人员，确定在管理体系、工作程序、安全体系、企业文化方面的根本原因。

TSG 03 规定特殊设备安全监管部门依法开展事故调查处理工作，提请事故发生地人民政府及有关部门派人员参加事故调查，包括安全生产监察、公安、工会，必要时邀请人民检察院派人员参加。事故调查可聘请有关专家参与，调查组组长由特殊设备安全监管部门负责人担任。调查组根据需要可设管理组、技术组、综合组等工作小组，组长由事故调查组组长指定。

综上可以看出，美标事故调查小组立足于企业内部挖潜，从管理体系和企业文化方面预防和降低事故率，杜绝发生重大和人员伤亡事故，属于内部调查范畴。国标事故调查属于行政管理指派，主要包括职能部门、监管部门和技术专家，属于外部调查范畴[8]。

6 事故调查取证

API RP 585 规定PEI 事故调查证据分为三种类型：①涉事人员、目击者以及了解系统、工艺和设备设计的人员；②现场提取物理影像文件，含缺陷、失效机械部件的检查结果，腐蚀性材料试样，损坏设备外观检查结果，物理尺寸和方位，金相分析结果，周围设备的二次损伤，以及目击观察角度等；③书面和电子记录，包括操作日志、检查记录、工程评估、设计规范、规章制度、程序、警报记录、测试记录、工作指令、维护记录和培训记录。

API RP 585 规定PEI 一级事故调查取证要求：事故调查员可以采访目击者和事故现场工作人员，收集客观证据文件、检查事故受损部件，检查设备及系统的设计文件、运行维护修理记录文件，必要时征求专家意见，确定是否需要更多的证据。

API RP 585 规定PEI 二级/三级事故调查取证要求：①如未及时收集证据，证据可能丢失，例如分布式控制系数数据（Distributed Control System，DCS）可能被覆盖，损坏的部件可能被丢弃，破损的表面处理不合格；收集数据前应了解数据的持久性，首先应收集易于改变的数据；未获得调查小组组长允许，负责维护、修理人员不得接触事故相关设备；采取措施保证证据的完整性。②事故后封锁现场、确认安全后人员可以进入（特别是发生火灾、释放有毒物质的情形），开始收集证据；划定警戒区域，禁止无关人员出入，非限制区域的目击者采访可以同步启动；调查小组可绘制事故现场简图、设备示意图等协助开展事故调查。③人员证据是可变的，应尽快采访目击者和事故相关人员，采访前，不要让相关人员互相交谈。可采用下列采访技巧：列好问题提纲（不列诱导性、推测性问题）；语速平稳；尽快采访避免记忆变化或遗忘；单独采访，现场采访（有助于回忆细节）；避免追究责任式提问；提出问题和澄清事实相结合。④收集客观证据应多角度拍摄照片，必要时录像；拍摄对象旁边放置标尺或识别物提高分辨率，照片索引编码方便存档。发生火灾保障事故，应绘制碎片位置示意图，标注规格、相对距离判定爆炸能量；收集流体、固体试样和烧毁的物料；收集、搬运故障零件和破损材料时，应当保持原始状态，不得采用机械方式打破，清理破损面不得拼装，必要时涂刷润滑油保护剂。⑤收集记录证据。关注事故前以及事故发生时的工艺控制数据，表征设备运行情况数据，最近一次更新和审核的操作、维护程序，设计标准文件，管理体系文件（变更管理文件），工程图纸、管道仪表图（Piping and Instrument Diagram，P&ID）、工作安全分析文件，操作人员记录和换班文件，设备维护和检查记录，设备设计和施工记录，材料信息，以及人员培训记录。

TSG 03 规定现场调查工作包括现场情况了解、现场询问、现场勘查和资料查阅。现场基本情况了解包含下列内容：①现场基本情况，事故发生单位、时间、地点，事故经过和应急处置情况，人员伤亡情况；②直接询问当事人和报案人，巡视现场掌握基本情况，做好记录；③保护现场，做出标识，绘制现场简图，调阅现场影像资料。

现场询问主要步骤如下：①了解事故初步状况，确定调查的区域、对象、问题和询问顺序；②根据调查目的和对象基本情况，拟定调查提纲，确定询问方式方法；③询问当事人，包括事故发生顺序、现场目击状况、设备运行状况和异常变化情况等。

现场勘查工作包括下列内容：①事故现场破坏情况，测量记录设备及系统损坏情况，周围建筑物破坏情况，以及可能被清除或损坏的痕迹，绘制事故现场示意图、伤亡者位置图、工艺流程图，事故现场拍照、摄像；②设备本体失效或损坏情况（设备整体、失效部位、残骸），检查保障、泄漏、变形、断裂、损伤、碰撞、挤压、故障等部位性质、尺寸、内外表面情况，测量位置、方位数据；③安全保护装置失效或损坏情况调查、测量、记录和拍照、摄像；④人员伤亡情况，个人防护措施状况。

综上可以看出，美标相对国标在事故调查取证方面具有先进性，主要体现在以下几方面：①事故调查证据分为人员、现场物理影像和记录文件三类，并规定了每类证据的涵义范围；②按照事故等级规定事故调查取证要求，例如一级事故只需调查工作人员和设备相关文件，理念更为合理；③规定了证据取证优先级，优先调查易变化数据，例如人员证据、电子数据、破损部件等；④现场拍摄通过参照物、标尺等手段提高分别率，爆炸现场碎片定位判定爆炸能量，注意保护现场证据的完整性等做法具有借鉴意义；⑤调查记录文件全面细致，涵盖设计、施工、维护、操作、运行、工作安全分析、管理文件等多个方面；⑥提出了人员采访的通用指导原则，理念较为新颖。

7 事故原因分析方法

API RP 585 规定各类事故等级的原因分析方法：

（1）一级事故后果较轻微，调查以证据为基础，依靠调查员经验判断事故原因。

（2）二级事故调查员应采用系统分析方法（例如主题专家法（Subject-Matter Expert，SME）或者逻辑树，包括分析部件损伤机理、故障模式和工作程序等。

（3）危险性工艺过程一般设置多级防护层，三级事故表明主防护层失效，调查目的是发现多级防护层之间的关键薄弱环节，应采用结构化的根本原因分析方法（Root Cause Analysis，RCA）、失效分析方法（Failure Analysis，FA），例如逻辑树、因果图、后果图等。三级调查应用经验丰富的RCA人员参与，必要时聘请外部专家。

TSG 03 规定调查事故可采用技术鉴定、分析、论证等方法，通过对事故发生的征兆、时刻、位置、状态、痕迹、音像、询问笔录、生产过程笔录等事实证据资料进行分析和确认，找出与事故有关的各种因素之间的因果关系和逻辑关系，确定事故的直接原因、间接原因以及主要原因、次要原因。

综上可以看出，国标在事故原因分析方法上较为简略，主要是原则性规定。美标按照事故等级，提出了系统分析方法、根本原因分析方法等多种方法论，具有借鉴意义。

8 事故调查员培训

API RP 585 规定事故调查应由经过培训、具备资质的人员，特别是调查小组组长担任。管理层应提前确定发生事故后可以利用的人力资源，培养若干名调查小组组长，培训内容包括：①安全管理体系及事故调查程序；②调查基本概念；③调查方法论；④人员采访技巧；⑤正确的证据收集方法；⑥失效分析原理；⑦文件和报告编制方面的要求。

国外标准给出了事故调查组长培训内容和应该具备的专业知识。国标没有相关内容，国内侧重专业技术培训。管道事故调查主要是外部人员（政府、监管、公安、专家），管道企业内部从事事故调查研究及相关工作的人员较少，这也是目前管道人员培训的短板，特别是应培训针对轻微或一般性事故的调查员，有助于提高设备安全管理水平[9]。

9 案例分析

以上分析了美国标准API RP 585 中事故调查相关技术内容、条款与国内标准的重要差异。以兰郑长管道渭南支线柴油泄漏事故为例，进一步讨论美国标准API RP 585 在实际案例分析的先进性和应用价值。

2009 年12 月，兰郑长成品油管道渭南支线在分输投产中发生柴油泄漏（图1），漏油进入赤水河，并流入渭河，泄漏量约150 m3。

图1 潼关吊桥布置拦油带及管道泄漏现场溢油收集Fig.1 Tongguan suspension bridge equipped with oil retaining belt and oil spill collection at pipeline leakage site

该事故后果严重，特别是潜在影响深远，中石油启动三级应急预案，赤水河和渭河上游设置32条拦油带。环保部和陕西省约谈中石油管道建设单位和运营单位，国家安全生产监督管理总局成立专门调查组调查事故原因。该事故后果主要是溢油污染水体，由于未造成人员伤亡，按照TSG 03 无法划定为较大、重大或者特别重大事故的任一类别。按照API RP 585 属于三级事故，适用于设备破裂，导致大规模泄漏、产品损失和环境破坏。API RP 585 事故分级原则适用性好于TSG 03。

按照TSG 03 调查原则，针对漏油点现场开挖检查，分析事故原因是第三方施工破坏导致管道泄漏失效。事故间接原因是该管道工程建成2 年内，因油源问题未落实解决，管道一直处于闲置状态，疏于管理维护，第三方破坏已产生失效点。重新投产前未进行试压，也没做严密性试验，导致运行期间发生油品泄漏。我国长输管道面临的外部环境复杂，第三方破坏、机械损伤、制造缺陷是导致管道事故的主要因素，按照TSG 03 调查原则得到的事故原因分析并不能从根本上预防此类事故。按照API RP 585 调查原则，识别和纠正直接原因及致因因素，只能部分降低事故频率；识别和纠正根本原因，用于改进安全管理体系和企业文化，才能预防各类事故。

中国石油标准化研究中心依据API RP 585 调查原则进行了有益探索，针对此次事故召开专题研讨会，其中重要共识有两方面：①标准规范缺少新建管道延迟投产重复试压的规定；②标准规范缺少临时废弃管道和闲置管道管理维护的要求。

开展国内外标准对标，国外在上述两方面问题均有明确规定，例如俄罗斯标准РД-16.01-60.30.00-КТН-103-1—2005《新建和运行输油管道液压试验》规定：①管道试压后且管内充满原油超过10 d，投产前应进行压力0.5 MPa、持续时间6 h 的密封性试验，如试验结果不合格重新进行试压；②新建输油管道从液压试验文件签署日起1 年后投产，应重新进行压力试验。

澳大利亚标准AS 2885.3—2012《气体与液体石油管道-第3 部分：运行和维护》规定管道试压后投产延迟应采取以下措施：①若试压流体留在管内，流体应注入缓蚀剂。管道如充满试压流体，应采取措施防止热膨胀导致超压。②试压流体若排空，管道应干燥或用惰性气体吹扫，预防延迟期间发生腐蚀。③延迟期间应对阴极保护系统进行检测，杂散电流、整流器和排流装置的检测周期不超过2 个月，管道电位检测周期不超过1 年。如管道腐蚀严重，应考虑重新试压。

借鉴国外标准先进经验和做法，应用于修订国家标准GB/T 35068—2018《油气管道运行规范》、行业标准SYT 5922—2012 《天然气管道运行规范》，目前延迟投产管道再试压，以及在役管道和闲置管道同步管理已成为国家管网管道的通行做法，近年来因管道油品泄漏污染水体的恶性事故基本杜绝。此外举一反三，国内新建管道建设过程中存在阴极保护系统和通信系统延迟应用、不能同步投产情形，成为管道安全运行的重要隐患[10]，通过开展专项治理，形成标准规范促进安全的企业文化，显著提升了我国新建管道投产的安全管理水平。