一起锚击导致海底管道原油泄漏事故

张强1 戴联双2

1.国家管网集团科学技术研究总院； 2.国家管网集团公司

1  事故概况
  2021年10月1日，美国Beta Offshore公司所辖圣佩德罗湾海底管道发生一起原油泄漏事故，现场未造成起火爆炸和人员伤亡。泄漏原油约588桶，造成从亨廷顿海滩到墨西哥北部海滩的环境污染，浮油带面积约33 km2，距离岸边7.5 km，总经济损失（含清理费用）约1.6亿美元，泄漏处进行换管后于2023年4月重新启输。
  事故管道用于将海洋平台开采的重质原油输送到岸边泵站（图 1）。建于1980年，全长27.8 km，管径406 mm，管材X52，壁厚12.7 mm，设计压力8.0 MPa，日常运行压力2 MPa～4 MPa，日输量4000桶。管道外表面包裹一层25.4 mm厚的混凝土配重层，敷设于水下29 m的海床上，管道流向自南向北，其中从平台沿油流方向17.5 km敷设于海床，其余临近岸边的部分埋于海床下3.0 m～4.5 m。

图 1 管道路由走向

2  应对措施
  10月1日16时至2日6时，管道控制室共发现8次事故管道泄漏监测系统报警，考虑当时正在进行过滤器维护和清管等作业，且泄漏监测系统显示泄漏位置在0 km处，值班人员判断可能是系统误报或者泄漏发生在平台处而不是海底段管道，直到2日凌晨发现海面浮油后，控制中心关闭了海洋平台上的主阀门，组织人员开始在泵站从管道进行抽油，以降低管道压力。
  3日上午，当地成立以海岸警卫队主导的应急指挥部，将该泄漏事件定义为重大海上事故，划定应急指挥区，统一开展泄漏原油的监测与处置工作（图 2）。临时关闭了受影响的海滩，要求公众远离该水域，沿海岸设置12个空气采样点，监测相关污染物。

图 2 美国国家海洋和大气管理局绘制的污染区域

  此次泄漏油品的清理工作累计1800余人参与，到11月30日累计回收油品132桶、水油混合物8063加仑、油砂混合物964加仑、含油垃圾549 658磅和部署围油栏4000 m。至2022年1月4日才解除了所有应急响应和监测。
  10月22日，管道企业完成了水下调查，结果显示有1230 m管道发生偏移（图 3），最大偏移距离32 m，在临近管道泄漏位置处有刮痕/冲刷的迹象，管道混凝土配重层有明显的凹陷变形。

图 3 涉事海底管道发生偏移

  对泄漏位置的管段进行超声和磁粉检测发现，管道直焊缝的下方表面存在长度为551.7 mm的轴向裂纹，顺油流方向10:30～11:00的位置（图 4）。为防止裂纹进一步扩展，在裂纹两端各钻了一个10 mm的止裂孔，采用环氧树脂和复合包裹材料（SynthoGlass® A+ Wrap™）进行临时堵漏。

图 4 管道变形与裂纹

  11月20日，再次检查时发现堵漏处出现了渗漏，考虑近30 m的水深和管道变形情况，管道企业设计并制作了一种修复装置，将一段直径254 mm的管段以修复补丁的方式焊接到失效位置（图 5），其材料和厚度与受损管道相同。修复补丁带有焊接的端盖以及用于排气、密封的螺纹配件，底部覆盖整个裂纹，从大约9:00延伸到12:00方向的位置，采用水下焊接，防止换管前进一步泄漏。后续在完成一系列的清管和清洗作业后，于2022年10月26日完成了对破裂点上下游共6段管道的切割并打捞至水面。

图 5 临时修复装置

3  原因分析
  直接原因：管道受到外力撞击产生凹陷变形，在长期外部环境与内部压力的循环载荷作用下，凹陷位置出现应力集中，萌生疲劳裂纹逐渐扩展直至泄漏。
  间接原因：应急锚地与管道距离较近，且实际管道位置比海图上标注的距离锚地边界小30 m。发生拖锚事件后，船舶交通服务中心（VTS）未及时将相关情况反馈给管道企业，管道企业未及时开展相关检查评估；发生泄漏后，企业员工无法及时判断报警信息且泄漏监测系统显示的定位错误，8次报警、14个小时后才完成停泵等因素综合导致。
  （1）事故管段失效分析。
  对事故管段切割后（包括临近的环焊缝、修复的补丁）开展失效分析，管材屈服强度、抗拉强度、夏比冲击功、化学成分等符合API 5LX 的规范要求。
宏观检查受损管段发现明显管体变形，顺油流方向在6:00和12:00方向出现压扁和局部凹陷，在3:00和9:00方向出现膨胀、拉伸，管道混凝土保护层出现损坏，管段从南向北端沿轴向弯曲，向外弯曲至3:00侧。为了更直观的了解变形损坏情况，采用3D扫描对管道表面轮廓进行建模（图 6），共计观察到3个变形特征，其中变形深度76.2 mm～12.7 mm、长度1630 mm～718 mm、宽度363 mm～129 mm。

图 6 事故管段切割与3D建模分析

  裂纹沿直焊缝焊趾处由南向北延伸，其中外表面长度457 mm、内表面长度289 mm，呈“T”字形，外表面裂纹南侧起始端位于止裂孔以北38.1 mm，北侧末端距焊趾20 mm。裂纹由外表面向内表面扩展，最大裂纹开口尺寸2.54 mm，由中心向两端逐渐闭合，裂纹下方观察到3个明显的划痕（图 7），与管道轴线成约25度角。

图 7 管道外表面裂纹形态

  在裂纹南端距离止裂孔约114 mm处取样，进行切割以观察断裂面（图 8）。观察到从外表面向外辐射呈红褐色的弯曲区域以及外表面附近一个较浅的、更亮的平坦区域。平坦区域从外表面向外延伸约0.33 mm，显示出从外表面向外辐射的棘轮标记特征，没有观察到明显的断裂源。在焊趾端的长度上有一系列棘轮标记，从管道的外表面向外辐射出裂纹，与渐进式断裂机制一致（例如疲劳等），这种断裂机制源自焊趾端的多个源主要从外表面向内表面扩展。

图 8 断裂面形态

  （2）关于拖锚情况。
  根据管道企业水下探测结果显示，沿管道位移方向在海底形成的划痕，与船只拖锚一致。事故调查组审查了最近一次路由检测（2020年5月）结果，管道未出现偏移，因此将重点放到了自2020年5月到泄漏发生时间段的船只通过情况。调查泄漏点周围区域的船舶自动识别系统（AIS）数据显示，2021年1月25日，在附近等待入港的集装箱船受强风和强烈冷锋产生的海浪影响，两艘集装箱船发生拖锚，锚撞击管道导致移位并损坏（图 9）。由于事故船只被分配的锚地位置与管道距离很近，在锚接触管道之前，船员没有足够的时间在大风和海浪中绞起船锚。锚地的东南边界和锚地西南方的应急锚地位置，在抛锚船只和管道之间没有留下足够的安全余量。

图 9 管道与锚地位置及船只AIS轨迹

  事故调查建议，重新调整圣佩德罗湾锚地位置，增大与输油管道之间的距离；在船舶交通服务船舶监控系统（VTS）上，增加管道路由并在海图上实时显示功能，一旦发现拖锚船与管道线路有交叉情况，及时进行声光报警；制定相关工作程序，一旦发现海底管道发生侵扰时，及时通知管道企业。
4  启示
  对穿越航道及海洋工程频繁作业海域的海底管道，存在落锚、落物撞击损伤及拖锚、拖网损伤的风险，如果防范措施落实不到位，则有可能发生事故。对此提出如下建议。
  （1）严格落实《石油天然气管道保护法》的规定。该法第三十二条规定，在穿越河流的管道线路中心线两侧各五百米地域范围内，禁止抛锚、拖锚、挖砂、挖泥、采石、水下爆破。因抛锚、拖锚可能造成管道直接损伤，甚至穿孔、破裂，且短时间难以修复。对此，管道在建设期要按照国家有关技术规范的强制性要求，对穿越段的管道采取增加管材强度、增大管道壁厚、提高防腐层等级、埋深在冲刷线以下等措施，尽可能降低管道发生事故的可能性，保障管道本体安全。管道建成后要严格依照法律禁止危害管道安全的行为。
  （2）做好海底管道巡护、保护宣传。进一步搜集管道周边采砂、锚地、航道、第三方施工、抛锚船舶等信息，重点面向持有采砂证的公司或个人、第三方施工单位、附近渔民和海事局等相关单位和人员，采用海上精准宣传和陆上专项宣传相结合的方式，介绍海底管道敷设位置、埋深等基础信息以及海底管道保护的重要性和应急措施，及时获取管道风险信息。
  （3）开展海底管道路由扫测和标识管理。及时组织海底管道路由扫测和风险评估，密切关注海底管道埋深、周边海床采砂区变化发展情况和障碍物（抛锚、渔网、落物等）等，准确掌握海底管道的路由状态。同时完善海底管道海面、入海口和出海口的相关标识，在海底管道出入海点设置警示标牌，海面设置实体航标或者虚拟航标，标明海底管道位置和走向。
  （4）采取多种技防措施监控预警。融合无人机巡护，提升巡护工作效率。在海底管道登陆点两端设置高清视频监控系统并设置电子围栏，利用AIS虚拟航标和岸基系统设施提供船舶动态信息，对可能危及管道的船舶进行预警，动态跟踪重点船舶，为船舶提供信息提醒，最大限度地防止或减少水上交通事故的发生；可考虑用碎石回填、混凝土压块、柔性防护垫等工程措施对海底管道加以保护。
  （来源：《Pipeline investigation report：Anchor Strike of Underwater Pipeline and Eventual Crude Oil Release》）  

  作者简介：张强，1986年生，高级工程师，注册安全工程师、二级安全评价师、管道检验员，主要从事管道风险评价和完整性相关的研究与应用工作。先后参与制修订行业、企业标准5项，获得国家石油天然气管网集团科技进步奖、中国职业安全健康协会科学技术奖、河北省石油学会科技进步奖等奖项。联系方式：0316-2072640，zhangqiang14@pipechina.com.cn。