消火栓增压泵金属软接头：Olympic管道公司成品油管线破裂火灾事故

1  事故概述

1999年6月10日15:28，位于华盛顿州Bellingham市，Olympic*条直径406 mm成品油管道发生破裂泄漏，有897 m³汽油流入了附近的*条小溪，小溪流经WhatcomFalls公园。管道破裂1.5小时后，汽油起火燃烧，火势沿小溪蔓延约 2.4 km（图 1）。事故导致2名10岁男童、1名18岁男性青年.亡，8人受.， 1幢家庭住宅严重受损。Bellingham市水处理厂严重受损，影响了周边居民正常饮水。经过近3年的深入调查，到2002年美*运输安全委员会（NTSB）发布事故调查报告时，该事故造成的财产损失总值超过4 500万美元。

图 1  事故发生后的Whatcom小溪局部航拍

NTSB通过对事故相关人员的访谈、管道运行与控制情况调查、管道附近开挖历史信息资料查阅、1991年以来管道漏磁内检测数据信息排查、联邦法规和行业标准的符合性检查、以及事故管段实验室分析等工作，确定管道发生破裂的可能原因为：①1994年Bellingham市水处理厂改造工程中，负责工程施工的IMCO公司造成Olympic管径406 mm成品油管道损坏（图 2），同时Olympic对IMCO公司施工监管不力。② Olympic对管道内检测结果的评估不够准确，导致未能及时对.三方损坏管段进行开挖修复。③Olympic在启输前，没有测试管道系统中的所有安全装置，导致事故状态下安全阀未能正常工作。④未能调查和纠正该管道系统的*端截断阀反复发生非预期关闭，导致泄漏状况进*步恶化。⑤远程监控及数据采集系统（SCADA）的数据库开发工作和常规操作存在问题，导致SCADA系统关键时刻无法做出有效应答。

图 2  水处理厂施工造成406 mm成品油管道损.现场

2  失效分析

2.1  失效管段的开挖与损.分析

1999年6月27日，在NTSB人员监督下，对破裂的输油管道开挖，取出包含破裂部分的3.2 m长管道。在破裂段管子上，可见大量沟槽和凹痕（图3 、4）。

破裂点管道埋深约3 m，南边6 m处有*条管径1 828 mm的水管与Olympic的管道交叉，水管的中心线在输油管道上方1.7 m。破裂点南边2.4 m，还有*条管径406 mm水管，该水管在Olympic管道上方0.5 m。

图 3  破裂段管子形貌

图 4  破裂段管子内部形貌

破裂段管子有*条长0.69 m，.大开口0.18 m的裂缝。在管子外表面有*条长0.22  m的沟槽，沿着管子纵向延伸，沟槽处的管道壁厚减少了约20%。破裂处的裂缝源区域在管道.部11点位置，没有观察到诸如包含夹渣及分层结构异常。在破裂面的任何位置，都没有疲劳断裂迹象，这也说明此次破裂属于*次性过应力破裂。在取出的管子上截取3个试件进行拉伸试验，其抗拉强度477.8MPa～483.3 MPa，屈服强度362.7 MPa～389.6 MPa，超过规定的.小值。同时，标准规定7.9 mm壁厚的试样.小延伸率为22%，而3个试样的延伸率测量值介于32.6%～33.8%。对管材的化学成分进行了分析，均符合法规标准要求。

在破裂源沟槽痕迹中的产物分析中发现金属的化学成分为高含铬钢，与Bellingham水处理厂改造工程中的施工工具金属成分相符。

2.2  安全阀RV-1919测试

在NTSB人员指导下，委托Stress Engineering Services公司测试了安全阀RV-1919。结果发现，当安全阀入口压力达到事故状态下的5.5 MPa时，就已经超过了调节器设置点压力1.0 MPa以上，调节器已经不能正常运行，安全阀也无法打开。通过X射线检验发现，安全阀设置到4.5 MPa时就已超过阀门弹簧的压缩.限，因而调节器运行*靠，会出现某些时候发生故障的现象。 

2.3  管道内检测评估

1997年初，Olympic检测与评价工程师收集了全部管道内检测报告，包括1991年、1996年由Tuboscope检测公司提*的漏磁检测报告， 1997年由Enduro检测公司提*的几何变形检测报告，并将这3次内检测结果与管道地面.征进行了数据对齐，准确定位于水处理厂的异常.征位置。Olympic工程师也注意到了1996年漏磁检测和1997年几何变形检测结果显示跨越水管道位置的异常.征，这些异常在1991年漏磁检测结果中不存在。但是该工程师没有做进*步分析，从而错失预防失效发生的机会。

1996年漏磁检测结果中，Tuboscope确定破裂点存在23%的金属损失，但是判定该金属损失为制造缺陷，同时还可能存在皱褶弯曲。据此工程师进行了缺陷评估，判定该缺陷是*个可接受缺陷。但是通常制造缺陷于敷设管道以前就存在的，褶皱弯曲也发生在管道安装时，因此这两个状况在1991年的漏磁检测结果中应该存在才合理。但是，1991年的漏磁检测结果并不存在这个.征，那么检测与评价工程师就应该质疑该异常.征的类型，并做进*步的调查，确定是腐蚀或者划.造成的金属损失，那么按照《液态烃和其他液体管线输送系统》（ASME B31.4）“超过12.5%壁厚的沟槽都要进行修补”的规定进行修复，也会避免此次失效发生。但是工程师没有这么做。

1997年Enduro几何检测中，在破裂区域也发现了凹坑变形，深度3%。Olympic人员到达区域计划开挖时，发现太潮湿无法进行，就推迟了该工作。1997年7月检测与评价工程师重新评估了该异常，但忘记了1991年漏磁检测结果显示这里没有异常的情况，因此未对该异常做进*步的开挖检查。

事故发生后，美*管道安全办公室（OPS）增加了管道内检测确定的缺陷修复要求，明确规定位于管道.部任何尺寸的凹痕都要在60天内进行评估和开挖验证。在OPS的完整性管理规则里，增加了要求：如果内检测数据反映了在管道.部可能存在机械损.、或者显示存在与先前检测结果变化或者数据反映了存在突变的异常，那么要对该异常及时进行评估，并做出必要修补。

2.4  SCADA系统性能

事故当天，Olympic控制员曾试图降低管道系统的输送压力或者关闭管道，但是SCADA系统操作命令没有响应。如果控制员能够启动位于西雅图Woodinville的泵，有可能减小输送压力，管道就能正常运行；或者具有SCADA系统的完全控制权，也有可能避免压力积累和系统*端的截断阀关闭导致的压力升高超压以及在沟槽附近的应力集中都加剧了管道.*发生破裂的可能性。由于破裂管道承受过高压力，没有疲劳迹象。因此，如果事故当天不发生超压，管道应该不会破裂。NTSB得出结论，如果SCADA系统计算机对Olympic控制员的命令做出正确反应，可能会防止压力上升.*引起管道破裂。

NTSB人员还检查了SCADA系统的备用磁带，总共发现20个缺失文件，包括初步核算和计算机操作系统管理数据，不包含管道数据，不会影响SCADA运行。但是调查面谈的所有人员中，没人对此给出满意解释。

SCADA系统可以通过网桥连接到已建网络的其他部分，也可以通过拨号调制解调器直接访问。系统中没有防火墙或访问监控等保护措施。虽然未发现事故当天有未授权或者未知用户入侵计算机，但是与SCADA系统相关的基本安全保障不足，可能在将来引起黑客入侵。事故后，Olympic已经采取步骤提升SCADA系统性能、可靠性和安全性，包括增加计算机处理速度和容量，并加强了控制中心的物理安全以及SCADA计算机的电子访问安全。

2.5 应急响应

Bellingham市消防、警察和公共服务部门响应及时，来自当地、州和联邦的其他人员也及时应对该起事故引起的火灾和环境危害。事件指挥系统具备有效组织和管理。基于对事件指挥系统的现场观察，与不同应对部门的面谈，对.初气味报告的快速响应，对火灾和环境损害的快速有效反应，以及Hannah和Whatcom溪流河床的快速恢复，NTSB得出结论，对泄漏的紧急及环境应对是有效的，管理良好。

3  调查结果

这起事故有人员失误、设备缺陷、管理不善等原因，同时还有环境因素影响。事故主要的调查结果如下。

（1）如果事故管道没有遭受.三方损坏而发生壁厚减薄，就能够承受破裂当天的压力峰值，事故也就不会发生。 

（2）如果Olympic对IMCO公司在水处理厂改建工程相关开挖中监管到位，也可能避免失效事故发生。

（4）如果Olympic检测与评价工程师能够对发现的异常.征做进*步的调查分析，充分利用3次内检测数据和管道地面.征对齐的成果，判定正确的缺陷类型或者分析异常.征位置曾经发生的开挖施工活动或者按照皱褶弯曲.征开挖验证，只要做到了其中*项就会避免失效事故发生。

（5）如果SCADA系统计算机能够对Olympic控制员的命令保持响应，操作事故管道的控制员就能够采取措施防止压力升高而避免管道破裂。

（6）管道控制员在事故当天遇到的SCADA性能不良，操作速度缓慢且不能及时响应，可能因SCADA系统上同时进行的数据库开发工作所致。NTSB在调查后提出建议，不宜在运行状态下在SCADA系统上进行数据库开发和调试等工作。

（7）如果事故前在*个离线系统上运行并彻底测试SCADA数据库修订版，而不是在主机上在线测试，由那些修订引起的错误就可以在影响管道之前被认定并加以修正。

（8）如果Olympic在发现安全阀RV-1919发生连续运行故障时就采取措施防止入口截断阀关闭，将能够发现阀门配置不当，从而采取措施以防止.*导致管道破裂的压力冲击。

下期将为大家介绍在美*发生的另*起具有里程碑意义的“新墨西哥州的Carlsbad天然气管道爆炸事故”，与本事故共同促成了2002年美*联邦.颁布《管道安全改进法案》，敬请关注。