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基于PHMSA數(shù)據(jù)庫的陸上輸氣管道事故統(tǒng)計(jì)分析

自1970以來，美國運(yùn)輸部下屬的管道和危險(xiǎn)材料安全管理局（以下簡稱PHMSA）收集了其所轄所有符合建立報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)的油氣管道事故信息。PHMSA管道事故報(bào)告包括以下信息：事故地點(diǎn)、事故起因和結(jié)果以及事故管道的基本屬性（如直徑、壁厚、鋼級(jí)、運(yùn)行壓力等）。除事故數(shù)據(jù)外，PHMSA還收集了油氣管道運(yùn)營商的年度報(bào)告，其中包含了管道總里程、輸送介質(zhì)、材料運(yùn)費(fèi)及安裝日期等基本信息。管道事故和里程數(shù)據(jù)為研究人員和業(yè)內(nèi)人士提供了寶貴信息，有助于辨識(shí)油氣管道結(jié)構(gòu)完整性的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，并進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和制定有效的風(fēng)險(xiǎn)緩解策略。

加拿大西安大略大學(xué)對(duì)PHMSA數(shù)據(jù)庫2002-2013年陸上輸氣管道相應(yīng)的里程和管道事故資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析?；谑г蚧蚴Ｊ絻煞矫嬉蛩兀瑢?duì)2002-2013年的管道事故數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總。失效原因包括內(nèi)部和外部腐蝕、第三方開挖、材料失效、第一和第二方開挖、先前受損管道及非開挖機(jī)械等。失效模式包括泄漏、穿孔、破裂等。里程和事故數(shù)據(jù)可用于評(píng)估每公里陸上輸氣管道每年的破裂事故率。

2002-2013年，美國陸上輸氣管道總長度介于470000與480000公里之間，并且自2009年起一直保持在480000公里左右。其中，約97%的管道屬于具有涂層和陰極保護(hù)的鋼質(zhì)管道。截至2013年，約60%的管道服役時(shí)間超過45年。按照地區(qū)級(jí)別，1級(jí)管道約占總長度的80%；2級(jí)和3級(jí)管道各占總長度的約10%，而4級(jí)管道長度可以忽略不計(jì)。

基于失效原因，第三方開挖、外部腐蝕、材料失效和內(nèi)部腐蝕是導(dǎo)致管道事故的四種主要原因，占2002-2013年464起管道事故總數(shù)的75%，第三方開挖和外部腐蝕約占50%，如圖5所示。

圖5 2002-2013年按失效原因劃分所有管道相關(guān)事故

基于失效模式，破裂是最常見的失效模式，占管道事故總數(shù)的38%，泄漏和穿孔分別占30%和20%，如圖6所示。

圖6 2002-2013年按失效模式劃分所有管道相關(guān)事故

事故率基于事故和里程數(shù)據(jù)，對(duì)每公里每年發(fā)生的事故數(shù)量進(jìn)行評(píng)估?；趦煞矫嬖颍卷?xiàng)研究只針對(duì)破裂事故率進(jìn)行了分析。其一，鑒于報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)與PHMSA事故數(shù)據(jù)和典型破裂事故嚴(yán)重性相關(guān)，可以推斷，幾乎所有破裂事故都會(huì)向PHMSA遞交報(bào)告。此外，相對(duì)于泄漏和穿孔報(bào)告數(shù)量來說，不符合PHMSA報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)的泄漏或穿孔數(shù)量更多。因此，基于PHMSA數(shù)據(jù)庫評(píng)估的破裂率可用于表征實(shí)際破裂率。其二，破裂造成的影響遠(yuǎn)比泄漏和穿孔的影響更為嚴(yán)重。大部分泄漏（約97%）和穿孔（約90%）沒有導(dǎo)致火災(zāi)，而多數(shù)死亡（75%）和傷害（83%）源于管道破裂。因此，相比于泄漏率和穿孔率，破裂率對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有更緊密的相關(guān)性。

圖7 按失效原因劃分的破裂率分布圖

綜合所有失效原因（圖7），在2002-2013年這12年間，管道平均破裂率為3.1×10-5/公里·年；綜合第三方開挖、外部腐蝕、材料失效和內(nèi)部腐蝕四種失效原因，12年平均破裂率為2.3×10-5/公里·年；外部腐蝕是導(dǎo)致管道破裂的主要原因，12年管道平均破裂率為1.0×10-5/公里·年，是第三方開挖或材料失效的兩倍。由第三方開挖引起3級(jí)管道破裂率遠(yuǎn)大于1級(jí)和2級(jí)管道，這表明，3級(jí)管道設(shè)計(jì)規(guī)定的安全系數(shù)可能不足以保護(hù)管道免于第三方開挖損傷。本次研究建議，美國PHMSA掌握的管道里程數(shù)據(jù)應(yīng)包括更為細(xì)致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便于通過多條管道的不同屬性參數(shù)進(jìn)行管道里程劃分和管道破壞率評(píng)估。

孟芳芳 編譯自《International Journal of Pressure Vessels and Piping》2016年6月