長輸管道安全技術(shù)淺析

秦迪郝翊彤

（中國石油大學（北京）)

油氣長輸管道具有管徑大、運輸距離長、壓力高和輸量大的特點，逐漸成為油氣輸送的主要途徑。隨著建設(shè)量的增大，老管線服役時間的增長，長輸管道事故的增多，管道安全問題越來越受到人們的重視。

談及長輸管道的安全技術(shù)，首先要思考何為安全。通俗地講，沒有絕對的安全，所謂的安全是指人們可以接受的危險狀態(tài)。在HSE管理體系中，安全是這樣定義的：在勞動過程中，努力改善勞動條件，克服不安全因素，使勞動生產(chǎn)在保證勞動者健康、企業(yè)財產(chǎn)不受損失、人的生命得到安全保障的前提下順利進行。

筆者認為，所謂安全，是指在人們的生產(chǎn)生活中，所有的生產(chǎn)活動對環(huán)境的污染、對人身的傷害、對財產(chǎn)造成的損失以及對設(shè)備的損壞，均在人們可以接受的范圍內(nèi)。也就是說，沒有絕對的安全，所謂的安全是相對的，而危險是絕對的。人們?yōu)楸ＷC安全生產(chǎn)所采取的一系列措施，只能盡力將危險控制在可以接受的范圍內(nèi)，而不能從根本上消除危險。

1 國內(nèi)長輸管道安全現(xiàn)狀

國內(nèi)的壓力管道安全監(jiān)察工作起步較晚，安全監(jiān)察機構(gòu)和體制建立較遲，從而造成多年來長輸管道一直處于部門各自管理的局面，沒有統(tǒng)一的管理。與先進國家相比，國內(nèi)在標準法規(guī)體系建設(shè)、設(shè)計技術(shù)水平、設(shè)備設(shè)計性能、施工安裝質(zhì)量、檢驗檢測能力及運行管理水平等方面存在較大差距[1]。

2 國外長輸管道安全現(xiàn)狀

國外經(jīng)濟發(fā)達國家在長輸管道的安全管理上起步較早，目前已形成了較為完善的安全管理體系。這主要體現(xiàn)在安全管理職責明確，安全管理法規(guī)、標準體系完善科學，企業(yè)安全管理行為規(guī)范等方面。

西方國家對長輸管道的安全問題非常重視。美國、加拿大、英國等國家的管道公司正在討論管道完整性管理問題。美國早在30年前就為嚴防管道破壞頒布了 《管道安全法》，2002年又頒布了 《管道安全改進法》；美國管道安全局也頒布了 《天然氣管道完整性管理條例》。一些國家很重視過程控制的研究。國外比較注重研究開發(fā)和提高管道監(jiān)控系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的自動化水平。應用較多的是長輸管道監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （SCADA）。該系統(tǒng)包括傳感器、控制器、遠程終端、通訊連接、主SCADA計算機。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)長輸管線全線集中監(jiān)控、密閉輸送和優(yōu)化運行。沿線各站場可以達到無人操作的水平，還可以提供最低費用下運行的最優(yōu)化程序。

美國華盛頓Bellingham的Olympic（644 km長）輸送煉油產(chǎn)品的管線都是采用SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)全線監(jiān)控。從調(diào)研情況看，國外長輸管道安全管理的特點是將整體優(yōu)化運行技術(shù)應用于輸送管道上，與安全管理、節(jié)能降耗、降低成本有機結(jié)合，實現(xiàn)計算機批量跟蹤、界面位置確定和運行狀況檢測[2]。

3 長輸管道系統(tǒng)簡介

長輸管道，系指產(chǎn)地、儲存庫、使用單位間的用于輸送商品介質(zhì) （如油、氣等），并跨越省市，穿越江河道路等，中間有加壓泵站的長距離 （一般大于50 km）的管道。

輸油管道分類：按照長度和經(jīng)營方式分為企業(yè)內(nèi)部的輸油管道 （不是獨立的經(jīng)營系統(tǒng)）、長距離輸油管道 （是獨立的經(jīng)營系統(tǒng)，如輸送合格原油至煉油廠、碼頭、鐵路轉(zhuǎn)運站的管道）。按照輸送的油品種類分為原油管道、成品油管道。

長距離輸油管道通常包括兩大組成部分，即輸油站 （調(diào)節(jié)、控制、加壓、加熱）和線路 （承載原油）。

長輸管道的特點：其特點首先在于運行平穩(wěn)，且為不間斷輸送；二是管道密閉輸送，具有極高的安全性；三是保質(zhì)，管道在密閉狀態(tài)下運輸，油氣質(zhì)量不受影響；四是經(jīng)濟，管道運輸損耗少、運費低、占地少、污染低。

成品油管道的順序輸送，在同一管道內(nèi)，按一定順序連續(xù)地輸送幾種油品，能夠提高管輸?shù)慕?jīng)濟效益。在發(fā)達國家管道順序輸送是成品油的主要輸送方式。我國管道順序輸送技術(shù)相對落后，成品油主要靠鐵路、公路運輸。

同時，油氣長輸管道系統(tǒng)是一個復雜的大系統(tǒng)，它的不安全因素及引發(fā)事故的因素很多，涉及到系統(tǒng)本身、人、環(huán)境及其相互關(guān)系，與管道工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運營、維護和維修等方面都有關(guān)系。油氣工業(yè)具有高風險性，職工健康、公眾安全與環(huán)境保護緊密相聯(lián)、密不可分。

往復式輸油泵具有效率高、使用前不需要加油、液體黏度對泵的工作性能影響不大等優(yōu)點，但是常造成液流波動，這種液流脈動作用在管道內(nèi)形成一種不穩(wěn)定流狀態(tài)。當系統(tǒng)開 （關(guān)）閥門或者停泵操作時，這種不穩(wěn)定液流在管道內(nèi)產(chǎn)生壓力波動，嚴重時形成水擊，造成系統(tǒng)超壓，甚至造成管道、設(shè)備以及其他設(shè)施的損壞。

離心式輸油泵具有操作簡單、液流無波動、工作狀況易于調(diào)節(jié)、易于自動化等優(yōu)點。但是在泵入口處液體壓力過低的情況下，會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，表現(xiàn)為泵體產(chǎn)生噪聲和振動，嚴重時會使泵葉片遭受“剝蝕”，導致?lián)P程下降、效率降低、設(shè)備基礎(chǔ)螺栓松動以及管道與設(shè)備連接處損壞。

離心式壓縮機效率低，而且偏離工作點越遠，效率越低，當流量降至某一數(shù)值時會發(fā)生喘振現(xiàn)象。喘振發(fā)生時機組劇烈振動，并伴隨著異常的吼叫聲，管道和儀表也隨之振動。嚴重的喘振會破壞壓縮機的封閉系統(tǒng)，損壞止推軸承，葉輪有可能被打壞，造成嚴重的事故。

4 儲存設(shè)施的危險有害因素

（1）支撐問題。地上平底儲罐或球罐都是支撐在混凝土基礎(chǔ)上的，如果混凝土基礎(chǔ)設(shè)施或建造強度不能滿足承重要求，或者是建在不良地質(zhì)上，在使用過程中將出現(xiàn)混凝土基礎(chǔ)不均勻沉降。這種不均勻沉降將使儲罐傾斜，導致平底儲罐底板開裂，球罐支座處殼體開裂，連接管道斷裂，引起介質(zhì)泄漏。

（2）地層影響。地下LNG（液化天然氣）儲存設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)計不良、建造強度不足或處于不良地質(zhì)層時，也會造成容器破壞，引起介質(zhì)泄漏。

（3）安全附件。儲罐的溫度、壓力和液位等安全附件或相應控制系統(tǒng)發(fā)生故障。

（4）正壓保護失效。平底結(jié)構(gòu)的LNG儲罐氮氣正壓保護失效，或真空結(jié)構(gòu)夾層內(nèi)真空降低，絕熱保溫材料吸水失去絕熱作用，引起罐內(nèi)溫度、壓力急劇升高。

（5）保護層失效。LNG儲罐的絕熱保溫材料性能差，在使用一段時間后會出現(xiàn)老化、變質(zhì)，難以起到絕熱保溫的效果。

（6）呼吸閥、阻火器失效。油罐的呼吸閥被凍結(jié)、阻火器被堵塞，或進出油量過大而超過呼吸閥的能力時，引起油罐內(nèi)外壓力不平衡，造成脹罐或癟罐事故。

由于長輸管道久埋于地下，不可避免地受到自然環(huán)境的侵蝕。此外，受沿線地區(qū)開發(fā)的影響和各自利益的驅(qū)動，也會發(fā)生侵害管道的事件。因此，存在著一系列威脅管道安全的隱患[3]。

5 長輸管道安全隱患

長輸管道的安全隱患主要來自環(huán)境的影響、人為因素的破壞和輸送工藝變化的影響，包括管道設(shè)施的不合理因素、施工質(zhì)量問題、腐蝕失效、管道水擊、疲勞失效、儲運設(shè)備與設(shè)施危險有害因素、管子管件危險有害因素等，主要有以下幾個方面。

（1） 腐蝕

腐蝕是長輸管道的大敵。長輸管道的使用壽命主要取決于腐蝕狀況。因此，無論是設(shè)計、施工部門，還是運營管理部門，都十分重視長輸管道的腐蝕與防腐問題。

研究顯示的腐蝕狀況，只說明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的腐蝕區(qū)域分布狀況，并不能完全說明管道實際的腐蝕狀況。然而，腐蝕是一種客觀存在，它威脅長輸管道的安全運行，并且這種威脅將隨著管道使用年限的延長而增大。

（2） 三穿管道

三穿是指長輸管道穿越河流、公路和鐵路。在三種穿越中，對長輸管道安全威脅比較大的是河流穿越。因為河流穿越的長度比公路、鐵路大得多，而且穿越河流時的變化因素也多。例如，挖沙取土會造成河床下降，防護不當會造成河道滾動等。為了防止河道滾動和河床下降對管段造成危害，管理部門通常對可能裸露的穿越部分采取打樁固管的方式進行加固。

由于穿越公路、鐵路的部位一般都采用水泥套管或鋼管防護，使用陰極保護受到屏蔽，目前又沒有相應的檢查手段，如果防腐層出現(xiàn)缺陷，腐蝕穿孔或漏油將是不可避免的。

（3） 違章建筑

所謂違章建筑，就是指那些不符合國家有關(guān)法律、法規(guī)以及國家或行業(yè)有關(guān)設(shè)計、安全規(guī)范，未經(jīng)地方部門或管道企業(yè)同意而在管道上方或在管道帶內(nèi)興建的各類建筑物[4]。

違章建筑的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段，即萌發(fā)階段 （約在 1970～1979年）、 成長階段 （約在1980～1989年）和發(fā)展階段 （約在1990年至今）。進入20世紀90年代之后，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，違章建筑的勢頭也來勢兇猛。1980年3月國務院頒發(fā)了 《石油、天然氣管道保護條例》，但是由于各種原因又無法執(zhí)法。 《石油天然氣管道保護條例》得不到貫徹，大量違章建筑出現(xiàn)在管道沿線。

（4）盜油及低輸量

據(jù)2000年統(tǒng)計，管道公司所轄范圍內(nèi)共發(fā)生盜油案件30多起。運行30年從未發(fā)生過打孔盜油的東北管道，在2000年7月11日～11月3日期間，發(fā)生了6起打孔、開閥盜油案件，嚴重干擾了管道的正常運行，給企業(yè)造成了重大的經(jīng)濟損失。

對東北管道而言，受上游來油量和沿途分輸點較多的影響，下游管道常處于低輸量的運行狀態(tài)。在這些管段上打孔盜油，一旦發(fā)生跑油事故，如果搶修不及時，將會危及管道的安全運行。

6 治理隱患的基本對策

長輸管道安全隱患的形成原因十分復雜，要徹底解決這個問題，必須從多方面入手，持之以恒，才能取得好的效果。對于長輸管道安全隱患的治理，目前應采取以下措施。

（1）理順管理機制

要遏制管道安全隱患，達到逐步消除的目的。首先要理順管理機制，建立起一支適應當前形勢的管道管理隊伍，推出一套能適應長輸管道復雜情況的管理機制。

（2）加大多方投入

在建設(shè)階段，長輸管道固定資產(chǎn)份額約占60%～70%。但在運行過程中，無論是人力、物力還是財力上的投入都不能與它所擁有的投資份額相比，造成了投資比例的嚴重失調(diào)。

要扭轉(zhuǎn)這種失調(diào)現(xiàn)象，決策層首先應從思想觀念上改變重站輕線的思想，強化 “站?？稍秸?，線停停一片”的理念。根據(jù)目前形勢，應加大對管道管理的人力投入，選派文化技術(shù)素質(zhì)高、事業(yè)心強的人從事管道的運營管理。

7 結(jié)論與建議

我國長輸管道建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展時期，包括原油管道、天然氣管道和成品油輸送管道的建設(shè)越來越多，如擬建的較大工程有中俄輸氣管道工程、中俄原油管道工程等，不久的將來，我國將建成7個大的區(qū)域性管網(wǎng)。針對我國管道建設(shè)情況和目前在役管道安全現(xiàn)狀，借鑒國外做法，提出幾點建議。

（1）加大立法力度。我國管道運輸已經(jīng)成為第五大運輸業(yè)，目前只有 《石油、天然氣管道保護條例》、 《海底電纜保護管道保護規(guī)定》等條例，還應該借鑒國外做法加大立法力度，建立管道方面的專門法規(guī)，將管道安全作為一項重要的公共安全工程來抓，以進一步加大對油氣管道的安全管理。

（2）加強管道安全方面的科研工作。對管道腐蝕失效機理進行研究，建立管道及涂層壽命模型，為防腐措施的制定及判廢標準的建立提供理論基礎(chǔ)，指導生產(chǎn)實際和減少腐蝕措施。

（3）提高過程控制水平。我國油氣長輸管網(wǎng)的自動化總體水平較低，而新建管線自動化控制水平都比較高，如20世紀90年代建設(shè)的陜—京輸氣管線，現(xiàn)在建設(shè)的 “西氣東輸”管線等，SCADA系統(tǒng)逐步在國內(nèi)應用。而對在役管線如何提高自動化管理水平，需要深入研究。

（4）建立我國油氣管道事故數(shù)據(jù)庫。建議針對我國油氣管道事故特點進行全面調(diào)研，建立全國性的或者是區(qū)域性的管道事故數(shù)據(jù)庫，有利于指導新建管線以及在役管線的安全管理。

（5）建立HSE管理體系，重視風險評估工作。建立實行HSE管理體系是規(guī)范管理、提高油氣管道整體安全管理水平的有效途徑。在HSE管理體系中，風險辨識與評估工作尤為重要。風險分析方法應用于油氣管道的工作在我國剛剛起步，有關(guān)風險管理分析方法研究、評判尺度、油氣泄漏后危險評估，都需要結(jié)合我國實際開展風險評估工作，逐步應用定量分析模型和方法。建議建立油氣管道安全評價數(shù)據(jù)庫，為管道系統(tǒng)的統(tǒng)計分析、可靠性評價、抗震評價、腐蝕預測、剩余壽命預測等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。

（6）重視泄漏診斷方法的研究開發(fā)。開發(fā)長輸管道自動監(jiān)測系統(tǒng)，提高在役管線安全控制水平，能及時跟進管線壓力波動等趨勢，快速判斷輸油狀況、管道泄漏狀況，確定泄漏位置。在目前情況下，我國長輸管道若發(fā)生泄漏，主要還是通過人工巡檢方式查找泄漏位置，進行維護，工作效率低，準確性差。國內(nèi)也有人開始研究泄漏診斷專家系統(tǒng)，以解決管道泄漏診斷難題。

（7）提高管道檢測水平和能力。我國已經(jīng)明確規(guī)定了油氣管道全面檢測和一般性檢測的周期。隨著我國油氣管道總長度的增加和管道服役年限的增長，管道檢測將越來越受到人們重視，加快檢測手段和方法現(xiàn)代化的研究，提高檢測準確性和精度勢在必行。國產(chǎn) “管道豬”已經(jīng)問世，這對提高我國管道檢測水平將起到重要作用。

（8）建立長輸管道防腐、檢測維護專業(yè)化隊伍。根據(jù)國外經(jīng)驗，逐步建立專業(yè)化的消防管道防腐隊伍、檢測隊伍，以專業(yè)化的水平對管線進行定期檢測維護。要切實做到 “人、機、物、法、環(huán)”各個方面對于安全的要求，保證油氣運輸過程中的危險處于人們可接受的范圍內(nèi)。

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.危險化學品安全評價 [M].北京：中國石化出版社，2003.

[2] 范貴隆，張利榮.HSE管理體系在輸油管道工程施工中的應用 [J].人民長江，2006，37（6）：41-42.

[3] 楊祖佩，高愛茹.我國天然氣管道的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J].城市燃氣，2001(10)：19-22.

[4] 馮偉章，王克強.長輸管道腐蝕分析及控制[J].管道技術(shù)與設(shè)備， 2001（1）：33-34.