海底管道泄漏事故统计分析.docx

海底管道泄漏事故统计分析方娜 陈国明 朱红卫 孟会行中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心，山东青岛 266580摘要：统计分析了墨西哥湾和中国海域 203 起海底管道泄漏事故，得出第三方破坏、冲刷悬空、管道 腐蚀为事故主要致因。分析了第三方破坏的起因，提出了应对措施和维护方法。建立了海底管道悬 跨鱼刺图模型，认为设计埋深不合理、施工埋深不足、未采取保护措施、施工质量不达标和地形数据 不准确是导致悬跨的深层次原因，并提出悬跨防控措施。指出引起海底管道腐蚀的因素包括防腐层 失效、阴极保护失效、管道自身缺陷等，给出了减少腐蚀泄漏的措施。统计分析结果可为降低海底管 道运行风险水平、提高日常作业管理和事故应急能力提供参考。（图 4，表 1，参 15）。 关键词：海底管道；泄漏事故；统计分析；第三方破坏；管跨；腐蚀中图分类号：te88文献标识码：adoi：10.6047/j.issn.1000-8241.2014.01.021statistical analysis of leakage accidents of submarine pipelinefang na, chen guoming, zhu hongwei, meng huixingcentre for offshore engineering and safety technology, china university of petroleum (huadong), qingdao, shandong, 266580abstract: statistics on 203 leakage accidents of submarine pipelines in the mexico gulf and china seas shows that the main reasons causing these accidents are the third-party damage, scouring suspension and pipeline corrosion. causes of the third- party damage are analyzed, and countermeasures and maintenance methods are proposed. submarine pipeline fish-bone diagram model is built, with which the underlying reasons behind pipeline suspension are found out including unreasonable design buried depth, construction buried depth less than required depth, no protection measures, poor construction quality and inaccurate terrain data, and countermeasures are put forward accordingly. it is pointed out that the factors causing submarine pipeline corrosion include failure of anti-corrosion coating, failure of cathodic protection and defects of pipeline itself, and measures to reduce corrosion leakage are proposed. the statistical results can provide a reference to the reduction risk level of submarine pipeline operation and improvement of the daily operation and management and accident reponse ability for subsea pipelines. (4 figures, 1 table, 15 references)key words: submarine pipeline, leakage accident, statistical analysis, the third-party damage, pipeline suspension, corrosion海底管道泄漏事故风险随着海洋油气工业的快速 发展而逐渐增加。海底管道长期暴露于恶劣的海洋环 境中，承受复杂工作载荷、环境载荷及意外风险载荷， 失效概率高1，一旦发生失效，维修与更换困难，不仅 影响正常生产运输，造成巨大经济损失，而且将污染海 洋环境，造成生态灾难2-3。研究表明：第三方破坏、腐 蚀、波流冲刷、海床运动、台风、材料焊接 / 结构缺陷、 设计安装不当、操作失误等因素均可导致海底管道失 效4-5。1954 年 brown & root 公司在墨西哥湾铺设 了全球第一条海底管道，1973 年我国首次在山东黄岛 采用浮游法铺设了 3 条 500 m 从系泊装置至岸上的海 底输油管道6。国外海底管道起步较早，已建立多个事故数据库，积累了丰富的事故处理经验。国内目前 尚未建立海底管道事故数据库，事故数据匮乏。为此， 应用数理统计方法总结国内外典型海底管道泄漏事 故，分析不同事故类型及其机理，探索事故规律，提出 事故防范建议，对于提高我国海底管道作业管理和事 故处理水平颇有裨益。1海底管道泄漏事故统计1.1 墨西哥湾海底管道国外已建立多个海底管道数据库，如美国安全 与环境执行局（bsee）、美国石油学会（api）、英国健网络出版时间：2013-8-2 9:43:05网络出版地址：/kcms/detail/13.1093.te.20130802.0943.003.html 99图 2 墨西哥湾海底管道泄漏事故水深分布康安全委员会（hse）的 parloc 数据库、世界海洋 事故数据库（woad）等。bsee 网站采用表格形式 汇总事故信息，并按照泄漏量进行事故分类，数据记 录形式便于统计分析。基于此，以 bsee 网站泄漏量10 bb（l1 bbl=0.159 m3）的海底管道泄漏事故作为研究样本。1967-2012 年，墨西哥湾共发生海底管道泄漏 事故 184 起，其中泄漏量 1049 bbl 的事故 104 起， 占 56.5；泄漏量 50 bbl 以上的事故 80 起，占 43.5（图 1）。墨西哥湾海域海底管道泄漏事故发生率为 4.0 起/年，其中 1049 bbl 的事故 2.3 起/年，50 bbl 以 上的事故 1.7 起/年。墨西哥湾海底管道泄漏事故平均水深为 336.7 ft（1 ft=3.05 m），其中水深 100300 ft、距海岸 020 mi（1 mi=1.609 km）为事故高发海域（图 2、图 3）。此外， 墨西哥湾海底管道泄漏物质中原油占 84.2，凝析油 占 12.0，化学剂与甲醇分别占 3.3和 0.5。图 1 19672012 年墨西哥湾海底管道泄漏事故统计数据图 3 墨西哥湾海底管道泄漏事故离岸距离分布1.2 国内海域海底管道1998-2012 年，国内公开发表和报道的海底管道泄漏事故7共 19 起，平均每年发生 1.3 起（表 1，仅列 出已知泄漏原因的 15 起海底管道泄漏事故，“”表 示缺乏事故信息）。按照事故海域分布，渤海海域发 生的事故次数最多，为 10 起，占总事故次数的 52.6； 南海海域发生海底管道泄漏事故 6 起，占总事故数的 31.6；东海海域 3 起，占 15.8。按输送介质分类，天 然气泄漏 4 起，占 21.1；油品泄漏 15 起，占 78.9。表 1 1998-2012 年国内海底管道泄漏事故统计事故时间2000 年2001 年2002 年2003 年2004 年2005 年2007 年2007 年2008 年2008 年2009 年2009 年2011 年2011 年2012 年海域东海 渤海 南海 渤海 南海 渤海 南海 南海 渤海 南海 渤海渤海辽东湾 珠海东海事故概况波流冲刷导致平湖油气田岱山段管道疲劳断裂 渤西油田天然气管道因锚拖拉导致泄漏涠洲 12-1 至 11-4a 油田输油管道泄漏悬空导致埕岛油田 cb251c 至 cb251d 海底注水管道泄漏 番禺油田 4-2 和 5-1 海底管道腐蚀泄漏 不法分子打孔盗油导致埕岛油田海底管道泄漏涠洲 12-1 至 11-4 原油管道腐蚀泄漏船舶施工导致东方 1-1 油田海底天然气管道泄漏起火 船舶起锚导致渤西油田外输天然气管道泄漏 台风导致惠州油田 19-2 和 19-3 海底管道损伤泄漏 埕岛油田 cb25a 至 cb25b 海底管道因冲刷悬空导致泄漏埕岛油田中心二号至 cb20a 平台海底输油管道因外力拖拽 导致破裂渗漏锦州 9-3 油田海底混输管道因船舶起锚作业导致泄漏 挖沙作业导致横琴天然气处理终端海底天然气管道泄漏 平湖油田海底输油管道遭受台风，在距离岱山登陆点约 26 km处发生断裂事故后果天然气供应中断，损失逾 2 000104 元停产 40 d，海上维修投资 1 000104 元停产 33 d，修复费用逾 1 000104 元，漏油约 4 t-300 km2 海域受污染油田停产近 200 d5 名人员轻度烧伤-油田停产-天然气净产量日损失 4.53106 m3-2事故原因分析墨西哥湾海底管道泄漏事故具备数据库支撑，数 据充分，统计结果可为国内海底管道泄漏事故提供数 据参考。导致墨西哥湾海底管道泄漏的原因有设备故 障、外力、天气、飓风、人为失误、撞击、井喷和火灾。其 中，设备故障是指整个管道系统或零部件丧失输送性 能，包括老化性故障和事故性故障。外力是指管道系 统以外的施加于管道上的作用力，可以来自引力、水 流、风力等自然界的作用力，也可由人为施加。海底管 道泄漏事故往往由多因素共同诱发，各种致因相互交 织。设备故障与外力是引起墨西哥湾海底管道泄漏 的最主要原因，分别占 34.3和 33.4，其次是天气因 素、飓风和人为失误，分别占 19.2、7.8和 4.5，最 后是撞击、井喷和火灾，各占 0.3。由于墨西哥湾海底管道泄漏事故原因分类过于宽 泛，在国内缺乏数据库的情况下不利于事故案例的统 计与分析，因此，采用国内海底管道泄漏事故的分类方 式，以第三方破坏、冲刷悬空、腐蚀、自然灾害、人为失 误作为事故案例统计与分析的分类依据。在国内海底 管道泄漏事故中，第三方破坏事故 7 起，占 36.8；冲 刷悬空事故 3 起，占 15.8；腐蚀和自然灾害各 2 起， 占 10.5；人为失误 1 起，占 5.3；未知原因事故 4 起， 占 21.1。可见，第三方破坏、冲刷悬空、腐蚀、自然灾 害是导致海底管道泄漏事故的主要原因。自然灾害是 人力不可抗拒的自然力量，其发生具有很大程度的偶 然性和不可避免性，而人为失误是指人的行为偏离规 定目标，或超出可接受界限，并产生不良影响。相比其 他因素，自然灾害和人的不安全行为更难控制和评价。 2.1 第三方破坏据统计，全球 50 60的海底油气管道破裂 事故是由第三方破坏导致的8。2008 年渤西天然气 管道因船舶抛锚导致外输管道损伤泄漏，事后将受损 管道提升至船舶甲板采用法兰焊接修复。2011 年 12 月 19 日，珠海横琴天然气处理终端附近海底天然气管 道泄漏并引发火焰，泄漏点由机械外力损伤造成，管 道采用管夹临时修复。2013 年 3 月 13 日，美国路易 斯安那州佩罗湾，一艘拖船拖着一艘装载逾 2 000 gal（1 gal=3.785 l）燃料的驳船撞上一处天然气管道，引 发大爆炸。第三方破坏起因于不法分子盗油、近海工程施工、海上落物冲击、船舶起抛锚作业、拖网捕鱼和海洋开发 等。不法分子打孔盗油是引起管道泄漏的原因之一， 如 2006 年胜利油田海底管道盗油事件导致渤海山东、 天津、河北海域大面积原油污染，渔业生产遭受特大损 失。近海工程施工引发第三方破坏的主要原因是：无 警示标志、违章操作或因标识不清挖断管道。渔业生 产引发第三方破坏的主要原因是：拖网板、拖网梁、渔 网、铰链对海底管道的缠绕、撞击和拖拽作用造成海底 管道破坏；锚对海底管道的撞击、刮碰造成管道凹陷、 撕裂、刺穿；沉船撞击造成管道破损。落物引发第三方 破坏的主要原因是：水上施工过程坠物、台风吹落物撞 击导致管道受损甚至破裂。海洋开发引发第三方破坏 的主要原因是：海洋油气勘探、路由勘探过程中意外撞 击、刮碰海底管道6。因此，可以从 3 个方面降低第三方破坏风险：从 源头加强管道设计、选线、建造监管力度，提高海底管 道建设本质安全；规范渔业生产和海上作业，设立管 道警示标志和禁止渔业活动的警戒区，定期巡检，向社 会公布举报电话，鼓励民众发现溢油和违法盗油现象 及时报告和举报；制定事故应急预案，设立应急响应 部门，配备管道泄漏应急封堵设备与管道维修设备，配 置油污清理设备，定期举行海上溢油应急演练，提高事 故处理能力，最大程度降低事故危害。2.2 冲刷悬空对于海底管道而言，管跨的出现不可避免9，悬空 管段因水流作用承受交变载荷，一定条件下导致涡激 振动，造成管道疲劳破坏10-13。2000 年 10 月 -11 月， 东海平湖油气田岱山段海底管道因波流冲刷导致疲 劳断裂。2003 年，埕岛油田 cb251c 至 cb251d 段海 底注水管道因悬跨疲劳导致泄漏。2009 年 5 月，埕岛 cb25a 至 cb25b 海底管道因悬空发生断裂。鱼刺图特别适用于搜寻问题根源。为深入研究悬 跨形成根源，绘制海底管道悬跨鱼刺图（图 4）。结果 表明：设计埋深不合理、施工埋深不足、未采取保护措 施、施工质量不达标和地形数据不准确是悬跨形成的 深层次原因。因此，悬跨防控措施应包括实地勘察获 取准确地形数据、合理设计管道埋深、保证铺设深度和 施工质量、定期检测水平偏移和垂直埋深、加密检测悬 跨高发部位并及时回填悬跨段。冲刷悬空的治理措施以支撑固定、回填悬空段、加 压载块、重新挖沟埋管、挠性管替换和种植仿生水草等为主14。2009 年埕岛 cb25a 至 cb25b 海底管道采 用仿生水草进行悬跨治理；冀东南堡油田 1 号和 3 号 人工岛之间的海底管道则采用抛填鹅卵石进行治理。我国多采用回填悬空段进行悬空管道恢复，该方法价 格便宜、施工简单、保护范围广、无需停产，但其可靠性 较差，存在二次悬空的可能性。2.3 管道腐蚀图 4 海底管道悬跨鱼刺图模型缺陷，以及运输、铺设过程中产生的机械损伤也会加速介质腐蚀、海洋环境腐蚀和有机物损坏等均可诱 发海底管道腐蚀，腐蚀失效是海底管道失效的主要 形式，所占比例达 35 15。1997 年 7 月，墨西哥湾 eugene 岛附近立管因腐蚀发生穿孔破坏，泄漏原油引 发大火。2006 年 8 月上旬，英国石油公司（bp）建在 阿拉斯加普拉德霍湾的石油输送管道因年久老化、管 壁被严重锈蚀导致原油泄漏，事故导致 bp 关闭阿拉 斯加最大的油田，原油每日减产 40104 bbl，成为国际 油价一时上升的因素8。2007 年，我国南海涠洲 12-1 至 11-4 原油管道因腐蚀发生泄漏，油田停产近 200 d， 造成巨大经济损失。2008 年 12 月 22 日，阿塞拜疆里 海海底管道泄漏，飘浮于海面的石油形成几公里污染 带。该海底管道已铺设 30 多年，泄漏事故由管道腐蚀 引起。引起海底管道腐蚀的因素包括：防腐层失效，各 类涂层有其不同的适用环境，选用不合适的涂层不但 无法起到保护作用，甚至可能加速管道腐蚀，防腐层局 部脱离管道、防腐层局部刺破、防腐层在施工过程中损 坏均可导致外部介质进入管道与防腐层之间的空隙， 加快金属腐蚀；阴极保护失效，阴极保护方式通常分 为牺牲阳极法和强制电流法，现场以牺牲阳极法居多， 阳极材料的选择依据海泥成分变化而有较大不同，此 外，阳极保护电位、电流密度、安装方式均会影响使用 效果；管道自身缺陷，管道材料缺陷，制造缺陷，焊接管道腐蚀。因此，降低海底管道腐蚀泄漏风险的措施有：选择 合适的防腐层材料；加强防腐层完整性检测；选用合适 的阴极保护材料并定期更换金属阳极块；减少运输、铺 设过程中的管道损伤。2.4 其他自然灾害主要有台风、地震、冰力等。2005 年，美 国墨西哥湾共有 102 条油气管道在卡特里娜飓风攻击 下发生不同程度的损毁破裂8。2008 年台风“风神” 过后，惠州 19-2 和惠州 19-3 海底管道相继出现泄漏， 造成油田停产。事后采取水下更换和封堵相结合的修 复方案完成水下管段更换和临时封堵卡具安装，并采 用高分子补强修复外管漏点。1975 年 10 月 22 日，墨西哥湾 ss198 区块水深 12 ft 处的一条海底管道因人为失误造成 10 bbl 原油 泄漏。2005 年 10 月 3 日，墨西哥湾 hl052 区块水深 44 ft 处的一条海底管道因人为失误造成 10 bbl 原油 泄 漏。2007 年 6 月 23 日，stone 能源公司在 mp288 区块水深 420 ft 的海底管道因人为失误造成 188 bbl 原油泄漏。3 结论（1）依据 bsee 数据库对 1967-2012 年墨西哥湾184 起海底管道泄漏事故进行统计分析，事故原因分 析结果可为合理分配海底管道资金投入提供参考，而 管道铺设水深、距离海岸海域统计结果可为选择海底 管道重点巡检区域提供借鉴。（2）基于国内 1998-2012 年的 19 起海底管道泄 漏事故，统计得到了国内海底管道泄漏事故致因、海域 分布和介质特征。（3）第三方破坏、冲刷悬空、管道腐蚀、自然灾害和 人为失误是引起海底管道泄漏的主要原因，减少此类 事故的发生可显著提高海底管道的安全性。（4）统计国内外典型海底管道泄漏事故，分析事 故机理并提出事故维修决策方案及预防措施，可为提 高我国海底管道现场作业管理和事故应急水平提供 参考。参考文献：1 张秀林，谢丽婉，陈国明. 海底管道完整性管理技术j. 石油矿 场机械，2011，40（12）：10-15.2 erickson j. gas distribution integrity management rule is on its wayj. pipeline & gas journal，2007，234（6）：36-39.3 wu y h，jin w l，shao b w. a new health monitoring technique on submarine pipelinec/proceedings of international conference on health monitoring of structure，materials and environment，vols 1 and 2. nanjing：southeast univ press， 2007：359-369.4 赵建平. 油气海底管道的风险评价j. 油气储运，2007，26（11）：5-8.5 郭敏智，王乃和. 海底管道溢油防控措施j. 油气储运，2008，27（7）：34-37.6 王茜，赵建平. 海底管道第三方破坏失效分析及对策j. 石油化 工设备，2007，36（3）：18-21.7 江锦，马洪新，秦立成. 几种典型海底管道修复技术c. 第十五 届中国海洋（岸）工程学术讨论会，山西太原，8 月 3-6 日，2011.8 赵华. 海底油气管道的泄漏及预防j. 节能与环保，2008（12）：31-33.9 谢丽婉，陈国