基于PHMSA數據庫的陸上輸氣管道事故統計分析

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基于PHMSA數據庫的陸上輸氣管道事故統計分析

自1970以來，美國運輸部下屬的管道和危險材料安全管理局（以下簡稱PHMSA）收集了其所轄所有符合建立報告標準的油氣管道事故信息。PHMSA管道事故報告包括以下信息：事故地點、事故起因和結果以及事故管道的基本屬性（如直徑、壁厚、鋼級、運行壓力等）。除事故數據外，PHMSA還收集了油氣管道運營商的年度報告，其中包含了管道總里程、輸送介質、材料運費及安裝日期等基本信息。管道事故和里程數據為研究人員和業內人士提供了寶貴信息，有助于辨識油氣管道結構完整性的主要風險因素，并進行系統級風險評估和制定有效的風險緩解策略。

加拿大西安大略大學對PHMSA數據庫2002-2013年陸上輸氣管道相應的里程和管道事故資料進行了統計分析。基于失效原因或失效模式兩方面因素，對2002-2013年的管道事故數據進行了匯總。失效原因包括內部和外部腐蝕、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械等。失效模式包括泄漏、穿孔、破裂等。里程和事故數據可用于評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的鋼質管道。截至2013年，約60%的管道服役時間超過45年。按照地區級別，1級管道約占總長度的80%；2級和3級管道各占總長度的約10%，而4級管道長度可以忽略不計。

基于失效原因，第三方開挖、外部腐蝕、材料失效和內部腐蝕是導致管道事故的四種主要原因，占2002-2013年464起管道事故總數的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事故

事故率基于事故和里程數據，對每公里每年發生的事故數量進行評估。基于兩方面原因，本項研究只針對破裂事故率進行了分析。其一，鑒于報告標準與PHMSA事故數據和典型破裂事故嚴重性相關，可以推斷，幾乎所有破裂事故都會向PHMSA遞交報告。此外，相對于泄漏和穿孔報告數量來說，不符合PHMSA報告標準的泄漏或穿孔數量更多。因此，基于PHMSA數據庫評估的破裂率可用于表征實際破裂率。其二，破裂造成的影響遠比泄漏和穿孔的影響更為嚴重。大部分泄漏（約97%）和穿孔（約90%）沒有導致火災，而多數死亡（75%）和傷害（83%）源于管道破裂。因此，相比于泄漏率和穿孔率，破裂率對管道風險評價具有更緊密的相關性。

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級管道破裂率遠大于1級和2級管道，這表明，3級管道設計規定的安全系數可能不足以保護管道免于第三方開挖損傷。本次研究建議，美國PHMSA掌握的管道里程數據應包括更為細致的數據結構，便于通過多條管道的不同屬性參數進行管道里程劃分和管道破壞率評估。

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