鑄鐵煤氣管道泄漏原因分析

趙紅標(biāo)，楊育紅

(1.山西省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，山西 太原 030012；2.太原師范學(xué)院，山西 太原 030619)

0 引言

灰口鑄鐵管由于成本低、安裝簡單、具有良好的耐腐蝕性并且使用年限長一直是我國城市中低壓煤氣管道廣泛應(yīng)用的材料之一，然而，這種管道在運(yùn)行一定時(shí)間后會(huì)時(shí)常發(fā)生泄漏，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定帶來巨大威脅。造成鑄鐵管道泄漏的原因很多，研究認(rèn)為鑄鐵管道自身性能存在的缺陷如抗拉強(qiáng)度低、抗彎曲能力差、連續(xù)鑄管時(shí)易造成管材沙眼、層皮、夾雜等，管道承插式或柔性機(jī)械接口強(qiáng)度低、抗土壤擠壓變形能力差，管體表面尤其是外表面的腐蝕和坑蝕，管道埋深不足、違章占壓、基礎(chǔ)下沉致管道懸空，管道附近地面活動(dòng)(如重車碾壓)等第三方破壞[1-4]都可能是管道泄漏的原因。

上述研究多集中于追蹤產(chǎn)生泄漏的直接原因，而對于管道因設(shè)計(jì)問題、企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任缺失、使用管理不當(dāng)?shù)纫蛩芈裣碌陌踩[患卻鮮有報(bào)道。本文應(yīng)用完整性管理理念對一起鑄鐵煤氣管道泄漏事故進(jìn)行了分析，并提出了防止此類事故的幾點(diǎn)建議。

1 泄漏事故及管道概況

某焦化煤氣有限公司位于307國道牛家寨段公路旁一廠外中壓埋地煤氣管道發(fā)生泄漏(如圖1所示)，事故造成路邊汽車修理廠東房值班過夜人員中毒，一死一傷。

煤氣管道全長2 698 m，規(guī)格為DN400，質(zhì)量符合GB/T6483—2008(A)級要求，壁厚δ=12 mm,材質(zhì)為灰口鑄鐵，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。管道直埋敷設(shè)，設(shè)計(jì)壓力為0.15 MPa，工作壓力為0.12 MPa，輸送介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣，已投入使用4年，泄漏發(fā)生在2 330 m處(由西向東)，管道設(shè)計(jì)、安裝單位均無特種設(shè)備生產(chǎn)許可資質(zhì)，且未到質(zhì)監(jiān)部門辦理過安裝監(jiān)檢、定期檢驗(yàn)及使用登記手續(xù)。

圖1 煤氣管道泄漏事故現(xiàn)場平面示意圖

表1 灰口鑄鐵管材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及力學(xué)性能

2 現(xiàn)場勘查與試驗(yàn)分析

2.1 管道宏觀檢查

鑄鐵煤氣管道為柔性機(jī)械接口連接，內(nèi)墊橡膠法蘭墊片密封，如圖2所示。位于管道側(cè)下方3點(diǎn)鐘～7點(diǎn)鐘位置有一面積約為400 mm×500 mm的局部外腐蝕區(qū)域(涵蓋柔性接口)，腐蝕區(qū)域內(nèi)鑄鐵管有多處腐蝕穿孔(如圖3所示)，并且壓蘭和螺栓也嚴(yán)重腐蝕(如圖4、圖5所示)，密封功能完全失效，管道內(nèi)壁未見腐蝕現(xiàn)象，如圖6所示。

圖2 管道柔性機(jī)械接口連接示意圖

2.2 泄漏管段敷設(shè)環(huán)境調(diào)查

該煤氣管道從焦化煤氣有限公司出廠后，沿307國道北側(cè)由西向東敷設(shè)。307國道為運(yùn)煤主干道，由于運(yùn)煤車時(shí)有路途中拋灑，因而在道路兩側(cè)土壤表層經(jīng)年累月便積累了厚厚一層煤粉。泄漏管段開挖后顯示：管溝覆土為含少量煤粉的雜土，表層為富含煤粉的黑色黃土，如圖4、圖6右側(cè)部分所示。

圖3 煤氣管道外壁腐蝕狀況 圖4 煤氣管道壓蘭腐蝕狀況

圖5 壓蘭連接螺栓腐蝕狀況 圖6 煤氣管道內(nèi)壁狀況

2.3 試驗(yàn)分析

2.3.1 地下水水質(zhì)分析

表2 地下水水質(zhì)分析報(bào)告

2.3.2 金屬腐蝕產(chǎn)物物相測定

對管道金屬腐蝕產(chǎn)物取樣進(jìn)行X光衍射物相測定(儀器型號：Dmax-rA，試驗(yàn)條件：40 kV/30 mA)。測定結(jié)果表明：金屬腐蝕產(chǎn)物僅含有Fe、C，未見其他物質(zhì)衍射峰值，顯然，這是管道金屬電化學(xué)腐蝕的結(jié)果。

2.3.3 元素化學(xué)成分分析

從管道金屬腐蝕產(chǎn)物及其表面附著泥土中取樣對S、Cl元素進(jìn)行追蹤檢測，檢測結(jié)果見表3。兩種試樣中S含量均異常，且與表2結(jié)果正好形成正比對應(yīng)關(guān)系。由此說明，是酸性地下水通過土壤滲透直接與管道金屬發(fā)生接觸，造成了管道金屬的電化學(xué)腐蝕。

表3 元素化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

3 分析與討論

3.1 泄漏的直接原因

綜上所述，電化學(xué)腐蝕是造成鑄鐵煤氣管道泄漏的直接原因。

3.2 泄漏的管理原因

(1) 涉事企業(yè)煤氣管道在建設(shè)時(shí)委托無證單位設(shè)計(jì)、安裝，安裝時(shí)也未到質(zhì)監(jiān)部門辦理安裝質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)，投用后更沒進(jìn)行過定期檢驗(yàn)，完全違背了國家有關(guān)特種設(shè)備安全監(jiān)察的規(guī)定，企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任缺失，造成管道建設(shè)時(shí)安全性能不能有效控制，投用后安全隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，管道安全處于自生自滅的失控狀態(tài)。企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任缺失是導(dǎo)致管道泄漏的主要原因。

(2) 涉事企業(yè)雖有“煤氣巡線工管理辦法”，但其僅規(guī)定負(fù)責(zé)廠區(qū)以外煤氣管道凝水缸的抽水和排水，在管道巡線檢漏方面沒有任何規(guī)定，也無職責(zé)落實(shí)，純屬安全生產(chǎn)管理盲區(qū)，其結(jié)果是管道煤氣泄漏沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，最終釀成煤氣中毒傷亡的慘痛事故。安全生產(chǎn)運(yùn)行管理措施不健全、職責(zé)不到位是造成管道泄漏的重要原因。

(3) 設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)前沒有對管道敷設(shè)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，沒有考慮到特殊土壤環(huán)境有可能對管道產(chǎn)生嚴(yán)重電化學(xué)腐蝕，管道選材時(shí)錯(cuò)誤地選用灰口鑄鐵管，并且也沒有有針對性地進(jìn)行外防腐設(shè)計(jì)，結(jié)果導(dǎo)致管道投用后不具備耐腐蝕性能。這種選材及防腐設(shè)計(jì)錯(cuò)誤直接為管道泄漏埋下了安全隱患。

4 結(jié)論及建議

(1) 管道含煤覆土中的硫在土壤微生物的催化作用下，在水中最終生成硫酸，使地下水酸化形成腐蝕電解質(zhì)溶液。當(dāng)局部外防腐涂層破損的灰口鑄鐵管與酸性地下水直接接觸時(shí)，鑄鐵表面會(huì)形成眾多微電池并發(fā)生電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕是造成煤氣管道泄漏的直接原因。

(2) 企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任缺失，管道巡線管理制度不健全、職責(zé)不到位，以及管道選材及外防腐設(shè)計(jì)錯(cuò)誤是導(dǎo)致管道泄漏的管理原因。

(3) 企業(yè)應(yīng)切實(shí)把安全生產(chǎn)主體責(zé)任落在實(shí)處，嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)特種設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝、使用、管理等方面的強(qiáng)制規(guī)定，安全生產(chǎn)從源頭抓起，在使用中落實(shí)，把隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

(4) 鑒于鑄鐵煤氣管道容易泄漏的特殊性，使用單位尤其應(yīng)注意建立健全管道巡線管理制度和隱患排查制度，主動(dòng)加強(qiáng)管道日常巡線檢漏和安全檢査，按期進(jìn)行定期檢驗(yàn)和風(fēng)險(xiǎn)評估，強(qiáng)化監(jiān)控預(yù)警，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)控制、及時(shí)處理。

(5) 政府及特種設(shè)備監(jiān)管部門應(yīng)每年對埋地燃?xì)夤艿澜M織專項(xiàng)安全檢查，切實(shí)落實(shí)政府監(jiān)管責(zé)任，防患于未然。