海底管道失效原因及控制對策

押延寧，郭迎潔，徐亮

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采辦共享中心，天津 300450)

0 引言

海洋石油海底管道是石油在海底運輸?shù)闹鲃用}，承擔著海上石油設(shè)施之間、海洋石油設(shè)施和陸地終端之間的油氣運輸任務(wù)。海底管道由于長期服役于環(huán)境惡劣的海洋底部環(huán)境中 ，鋪設(shè)和運維難度較大，一旦出現(xiàn)斷裂或泄露事故，勢必造成嚴重的環(huán)境污染[1]。因此，做好海底管道安全管理工作勢在必行。這就要求在設(shè)計階段、施工階段、運營階段都要做好控制措施，防止海底管線出現(xiàn)失效情況，避免發(fā)生事故，實現(xiàn)提質(zhì)降本增效的目的。本文通過研究國內(nèi)外運營階段的事故及發(fā)生的因素，提出一些可行性較高、經(jīng)濟合理的防護措施。

1 海底管道的事故原因統(tǒng)計

由于海底管道長期服役于海底，受各種因素作用會造成海底管道的不安全狀態(tài)，主要體現(xiàn)在自身材料老化失效、各種外力作用造成變形或者滲漏、所處區(qū)域地質(zhì)環(huán)境惡化或者發(fā)生自然災(zāi)害等[2]。

國外關(guān)于石油、天然氣、?；饭艿赖臄?shù)據(jù)庫有很多個，如歐洲的環(huán)境與安全組織(CONCAWE)、歐洲的天然氣管道事故數(shù)據(jù)組織(EGIG)、美國的管道和危險材料安全管理(PHMSA)、加拿大的應(yīng)力腐蝕數(shù)據(jù)庫(SCC DB)；而全球針對海底管道的具有代表性的數(shù)據(jù)庫是PARLOC數(shù)據(jù)庫，主要記錄了北海海底管道的事故數(shù)據(jù)和相關(guān)分析，該數(shù)據(jù)庫的事故報告(2001)中記錄了2000年及以前的1567條海底管道發(fā)生在運行階段的209個鋼質(zhì)管道失效事故[3]，對其數(shù)據(jù)進行再次劃分后見圖1。

圖1 北海海底管道事故類型統(tǒng)計

國內(nèi)暫時沒有針對海底管道的事故進行統(tǒng)計和分析的公開數(shù)據(jù)庫，擁有眾多海底管線的中國海油近年來對其所屬的海底管道進行了專項研究，從一定程度上反映出了我國海底管道的事故的致因等情況。其中，王紅紅[4]在2017年分析了從1986到2016年的30年中，中國海油在四片海域(從北向南依次為：渤海、東海、南海東部、南海西部)鋪設(shè)的315條海底管道發(fā)生失效事故頻次等數(shù)據(jù)，見圖2。

圖2 中國海油海底管道事故類型統(tǒng)計

2 海底管道的事故原因統(tǒng)計

北海海底管道事故統(tǒng)計的209個樣本數(shù)據(jù)中，第三方破壞占比45.93%，腐蝕占比24.88%，工程質(zhì)量占比15.31%，其他占比7.66%，自然災(zāi)害占比6.22%；中國海油海底管道事故統(tǒng)計的51個樣本數(shù)據(jù)中，腐蝕占比37.25%，第三方破壞占比33.33%，自然災(zāi)害占比15.69%，工程質(zhì)量占比13.73%。對比北海海底管道事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)(以下簡稱“北海數(shù)據(jù)”)和中國海油海底管道事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)(以下簡稱“海油數(shù)據(jù)”)，見表1。

表1 海底管道事故類型頻率分析 單位：%

通過對比分析北海數(shù)據(jù)和海油數(shù)據(jù)得知，北海數(shù)據(jù)中第三方破壞和腐蝕這兩大分類累計頻率為70.81%，加上工程質(zhì)量累計頻率為86.12%；海油數(shù)據(jù)中第三方破壞和腐蝕這兩大分類累計頻率為70.59%，加上工程總質(zhì)量累計頻率為84.31%。從表1的累計頻率可以看出，無論是北海數(shù)據(jù)，還是海油數(shù)據(jù)，造成管道失效的最主要三個原因類別是第三方破壞、腐蝕、工程質(zhì)量，且北海數(shù)據(jù)和海油數(shù)據(jù)有較高的相似度。

對于自然災(zāi)害，兩組數(shù)據(jù)中占比分別為6.22%和15.69%，整體占比不高。因為自然災(zāi)害涉及地質(zhì)、地震、臺風等不可抗力的影響，事故具有偶然性、不可預(yù)測性，很難用常規(guī)手段去預(yù)防，樣本數(shù)據(jù)少且事故具體原因較多所以本文不作為重點研究內(nèi)容。而其他原因，在北海數(shù)據(jù)中占比7.66%，鑒于劃分到該類別中的事故原因較多且事故數(shù)量較少，事故發(fā)生具有一定的偶然性，所以本文也不作為重點研究內(nèi)容。

3 針對海底管道主要事故原因的控制措施

3.1 第三方破壞

3.1.1 拋錨網(wǎng)拖

拋錨網(wǎng)拖的主要事故原因是由于船舶拋錨、浮式鉆井平臺拋錨、漁民漁網(wǎng)拖拽等原因造成。為避免此類事故發(fā)生，可采取以下措施：(1)路由設(shè)計及選擇時，盡可能避開杜絕與航線重合，避開傳統(tǒng)錨錨地；(2)管道上方設(shè)置浮標，提醒過往船只水面下有海底管道；(3)管道采用挖溝填埋的方式鋪設(shè)，并使用沙袋拋填或者混凝土連鎖排或者水泥塊覆蓋保護[5]；(4)設(shè)置禁止?jié)O業(yè)活動區(qū)，并及時向社會公布，聯(lián)合漁業(yè)管理部門，防止?jié)O船進入該區(qū)域進行漁業(yè)作業(yè)；(5)浮式鉆井平臺在拋錨前要確認拋錨區(qū)域海底管線分布，避免錨擊管道。

3.1.2 沖撞沖擊

(1)沖撞沖擊的主要事故原因是由于船舶靠泊沖撞立管、浮冰碰撞立管、水面落物沖擊管線、沉船撞擊管線等原因造成。為避免此類事故發(fā)生，可采取以下措施：(2)船舶靠泊平臺前，現(xiàn)場人員要根據(jù)水流和暗涌的實際流向選擇合適的靠泊位置，并且由經(jīng)驗豐富的船長操縱船舶，避免撞擊立管；(3)在冬季，要做好冬季九防，對存在浮冰的區(qū)域要加強氣象預(yù)報，必要的時候采用破冰船破冰，防止大面積浮冰沖撞立管和平臺；(4)在已有海底管道附近進行新建平臺或者平臺擴容改造期間，要杜絕拋投落物的情況，并對吊裝作業(yè)嚴格控制，避免重物掉落對管道的沖擊；(5)在臺風來臨前，在人員避臺風的同時，做好抗臺風措施，對平臺上的設(shè)備和物資進行固定，防止被臺風吹落對管道造成沖擊；(6)提升船舶安全航行的意識，對發(fā)生碰撞、火災(zāi)等事故的船舶及時進行救援和拖拽，防止船舶在管道附近沉沒。

3.2 腐蝕

3.2.1 內(nèi)腐蝕

內(nèi)腐蝕的主要原因是由于輸送介質(zhì)中的某些具有腐蝕性的成分造成的，常見的有H2S、CO2等，為避免內(nèi)腐蝕造成的管壁變薄或者出現(xiàn)漏洞，可采取以下措施：(1)選擇耐腐蝕的管道材質(zhì)，從本質(zhì)上提升抗腐蝕的效果；(2)加入除硫劑或者緩蝕劑，減少介質(zhì)中的具有腐蝕性的成分；(3)采用內(nèi)涂層或者內(nèi)襯里的方式，阻止具有腐蝕性的成分與管壁直接接觸；(4)定期進行通球試驗，減少重質(zhì)成分在局部造成堆積；(5)定期進行內(nèi)部檢測，調(diào)查海底管線的運營情況；(6)適當增加管壁厚度，留出腐蝕裕量。

3.2.2 外腐蝕

外腐蝕的主要原因是由于海水的電化學(xué)腐蝕造成的，為避免外腐蝕造成的管壁變薄或者出現(xiàn)漏洞，可采取以下措施：(1)路由選擇前做土壤酸堿度調(diào)研；(2)管道外壁噴涂防腐層；(3)管道外壁增加水泥環(huán)保護；(4)定期進行外部檢測，排除外部腐蝕隱患；(5)采用陰極保護措施，在實踐中更多采用的是犧牲陽極的方式。

3.3 工程質(zhì)量

3.3.1 設(shè)計缺陷

設(shè)計缺陷的主要原始是由于路由設(shè)置不合理、材料選擇錯誤、管道附件設(shè)置等造成的。為避免設(shè)計缺陷，可采取以下措施；(1)在路由設(shè)置時，應(yīng)多方面考慮地質(zhì)、海況、航線、已有平臺等因素，選擇經(jīng)濟適宜的方案；(2)在材料選擇上，應(yīng)根據(jù)土壤酸堿度、海水的成分，選擇合適的材料；(3)在滿足要求的情況下，盡可能減少附件的數(shù)量。

3.3.2 制造缺陷

制造缺陷的主要原始是由于防腐層損壞、焊接質(zhì)量不合格等造成的。為避免制造缺陷，可采取以下措施；(1)施工前對參加施工的人員進行技術(shù)技能培訓(xùn)、安全質(zhì)量技術(shù)交底，提高施工人員的施工水平；(2)制定作業(yè)指導(dǎo)書，嚴格控制施工過程；(3)噴涂完防腐層后，防止防腐層劃傷；(4)在管道卷制過程中，加強焊縫檢測，提高焊接合格率。

3.3.3 安裝缺陷

安裝缺陷的主要原始是由于路由偏差、現(xiàn)場焊接質(zhì)量不合格、鋪設(shè)工藝不好等造成的。為避免安裝缺陷，可采取以下措施；(1)管道鋪設(shè)前選擇合適的鋪管船和鋪設(shè)工藝，避免鋪設(shè)工程中損壞管道主體，減少管道受到不應(yīng)要的應(yīng)力；(2)鋪設(shè)過程中，嚴格按照設(shè)定的路由鋪設(shè)，杜絕私自更改路由；(3)現(xiàn)場焊接過程，要按照工藝要求嚴格控制焊接過程，并做好焊接檢測，防止存在嚴重的焊縫出現(xiàn)。

4 結(jié)語

做好海底管線的失效原因分析及防護措施，對于海洋石油公司來說至關(guān)重要，是減少管道失效和降低事故風險的有效有段。要在設(shè)計、施工、運營等各個階段持續(xù)采用先進技術(shù)和管理方法提升管控水平，確保海底管道的安全狀態(tài)，提高海底管道的經(jīng)濟效益。