天然氣管道的完整性管理

丁舒羽 秦小建 金 金 呂 莉 杜 潔

（陜西省天然氣股份有限公司 西安）

一、管道完整性管理實(shí)施的重要性

管道完整性管理技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在二戰(zhàn)以后興建的大量油氣長(zhǎng)輸管道已進(jìn)入老齡期，各種事故頻繁發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，大大降低了各管道公司的盈利水平，同時(shí)也嚴(yán)重影響和制約了上游油（氣）田的正常生產(chǎn)。為此，美國(guó)首先開(kāi)始借鑒經(jīng)濟(jì)學(xué)和其他工業(yè)領(lǐng)域中的風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)性，以期最大限度地減少油氣管道的事故發(fā)生率和盡可能地延長(zhǎng)重要干線管道的使用壽命，合理地分配有限的管道維護(hù)費(fèi)用。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，許多國(guó)家已經(jīng)逐步建立起管道安全評(píng)價(jià)與完整性管理體系和各種有效的評(píng)價(jià)方法。

二、管道完整性概念

1.管道完整性（Pipline Interity）概念

管道完整性（Pipline Interity）概念包括：管道始終處于安全可靠的工作狀態(tài)；管道在物理上和功能上是完整的，管道處于受控狀態(tài)；管道運(yùn)營(yíng)商不斷采取行動(dòng)防止管道事故的發(fā)生；管道完整性與管道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、維護(hù)、檢修和管理的各個(gè)過(guò)程是密切相關(guān)的。

2.管道安全性管理的概念

管道安全性管理，即PIM（Pipeline Integriy Management）管理。它是管道公司通過(guò)根據(jù)不斷變化的管道因素，對(duì)天然氣管道運(yùn)營(yíng)中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別和技術(shù)評(píng)價(jià)，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，不斷改善識(shí)別到的不利影響因素，從而將管道運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的、可接受的范圍內(nèi)，建立以通過(guò)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、檢驗(yàn)等各種方式，獲取與專業(yè)管理相結(jié)合的管道完整性的信息，對(duì)可能使管道失效的主要威脅因素進(jìn)行檢測(cè)、檢驗(yàn)，據(jù)此對(duì)管道的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)估，最終達(dá)到持續(xù)改進(jìn)、減少和預(yù)防管道事故發(fā)生、經(jīng)濟(jì)合理地保證管道安全運(yùn)行的目的。

管道完整性管理PIM，也是對(duì)所有影響管道完整性的因素進(jìn)行綜合的、一體化的管理，包括：擬定工作計(jì)劃，工作流程和工作程序文件；指定預(yù)防和應(yīng)急措施；定期進(jìn)行管道完整性檢測(cè)與評(píng)價(jià)，了解管道可能發(fā)生事故的原因和部位；采取修復(fù)或減輕失效威脅的措施；培訓(xùn)人員，不斷提高人員素質(zhì)。

3.管道完整性管理的原則

主要包括：在設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行新管道系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)融入管道完整性管理的理念和做法；結(jié)合管道的特點(diǎn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的完整性管理；要建立負(fù)責(zé)進(jìn)行管道完整性管理機(jī)構(gòu)、管理流程、配備必要的手段；要對(duì)所有與管道完整性管理相關(guān)的信息進(jìn)行分析、整和；必須持續(xù)不斷的對(duì)管道進(jìn)行完整性管理；應(yīng)當(dāng)不斷在管道完整性管理過(guò)程中采用各種新技術(shù)。

三、管道完整性管理的基本內(nèi)容

1.可靠性分析

可靠性評(píng)價(jià)主要研究缺陷可接受性問(wèn)題。腐蝕管道內(nèi)包括兩類缺陷：

（1）已損失管道強(qiáng)度為主要特征，有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、腐蝕疲勞等過(guò)程產(chǎn)生的裂紋缺陷，它屬于平面性缺陷。

（2）以管道質(zhì)量損失為主要特征，如管道均勻腐蝕及局部腐蝕類體積型缺陷。

2.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要是確定管道失效因素，并對(duì)管道失效概念及其后果嚴(yán)重性指標(biāo)進(jìn)行量化。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可獲得管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以確定優(yōu)先開(kāi)展完整性評(píng)價(jià)的管段區(qū)域及重點(diǎn)預(yù)防的失效原因。

3.風(fēng)險(xiǎn)控制

實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)控制策略的主要目的是為防止事故發(fā)生以及降低系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。防止事故發(fā)生措施主要有兩種。

（1）實(shí)施并完善含缺陷管道的使用原則，即適用性原則，它是指含缺陷管道允許存在缺陷情況下，繼續(xù)工作一段時(shí)間，但在此時(shí)間段內(nèi)應(yīng)保證缺陷不能發(fā)展到造成管道失效的臨界值；

（2）推行視情維修技術(shù)，是指在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基礎(chǔ)上，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化分析，合理確定管段維修順序，進(jìn)而做出最佳維修決策，從而確保管道系統(tǒng)完整性。

4.降低管道系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的措施

（1）建設(shè)與執(zhí)行有關(guān)國(guó)際通用及國(guó)內(nèi)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)法規(guī)。法規(guī)的健全完善與降低風(fēng)險(xiǎn)有直接關(guān)系，針對(duì)管道腐蝕不僅明確規(guī)定要精心風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，還指出風(fēng)險(xiǎn)降低的指定程度，并且應(yīng)允許采用從環(huán)境出發(fā)因地制宜的實(shí)施措施。

（2）加強(qiáng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)技術(shù)實(shí)施?；陲L(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)技術(shù)RBI（Risk-based Inspection），由美國(guó)組成開(kāi)發(fā)，目前以形成API RP 580標(biāo)準(zhǔn)。RBI以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，對(duì)檢測(cè)的管段及裝備的程序進(jìn)行優(yōu)化安排和管理，目的是優(yōu)化設(shè)備檢測(cè)程序和監(jiān)測(cè)計(jì)劃，為延長(zhǎng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期、縮短檢修工期提供科學(xué)的決策支持。

（3）檢測(cè)管段的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同缺陷特點(diǎn)合理選擇不同的檢測(cè)方法與工具。BS 7910-1999《金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)可接受缺陷的評(píng)價(jià)方法》推薦的檢查和檢測(cè)管道完整性的方法主要有在線檢測(cè)、水壓試驗(yàn)、直接評(píng)價(jià)三種方法。現(xiàn)在許多管道業(yè)主可以采用各種智能檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)管道缺陷的尺寸形狀及位置，智能檢測(cè)器按照其工作原理主要有超聲波法、漏磁法、電位法、渦流法等等。檢測(cè)器的分辨率、可靠性及精度一定程度上決定著檢測(cè)費(fèi)用及工程量。

（4）采用合理的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果正確制定檢測(cè)方案。

（5）建立完善的風(fēng)險(xiǎn)管理監(jiān)測(cè)體系，該體系可向上級(jí)管理部門報(bào)告風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃及降低風(fēng)險(xiǎn)措施的實(shí)施執(zhí)行情況，同時(shí)，可將成功的計(jì)劃措施反饋到風(fēng)險(xiǎn)管理體系中，為風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化分析提供依據(jù)，進(jìn)一步制定出最佳的風(fēng)險(xiǎn)控制方案。

5.完整性維修

含缺陷管道經(jīng)過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)后通常將管道風(fēng)險(xiǎn)劃分為四個(gè)等級(jí)：A及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高，表示必須立即維修及更換；B級(jí)風(fēng)險(xiǎn)次高；C級(jí)標(biāo)識(shí)比較安全；D級(jí)標(biāo)識(shí)管道處于低風(fēng)險(xiǎn)安全狀態(tài)，無(wú)需采用任何措施。

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高管段必須采用相應(yīng)的遏制管道腐蝕破壞和恢復(fù)管道完整性措施，傳統(tǒng)意義上的完整性維修措施主要有修補(bǔ)防腐覆蓋層、套管修補(bǔ)及更換腐蝕管段等三種基本方法。

（1）防腐層修補(bǔ)使用與腐蝕破壞不大的情況，通過(guò)修補(bǔ)覆蓋層的方法遏制腐蝕的發(fā)展，修補(bǔ)時(shí)需要分別將腐蝕產(chǎn)物、管子周圍舊防腐層徹底清除干凈，然后將與管體現(xiàn)有防腐層匹配性好的新防腐層加上去，也可采用自動(dòng)涂敷設(shè)備恢復(fù)管道的完整性。

（2）套管修補(bǔ)是將制造時(shí)分成兩半的管套布置在腐蝕管道全周并沿縱向焊縫焊接起來(lái)，施工前要求將腐蝕生成物徹底清除干凈，并用合適的填充材料將主題管道與套管之間的孔穴處填滿。

（3）對(duì)于腐蝕較為嚴(yán)重或其不滿足有關(guān)規(guī)范要求的含缺陷管道以及含有裂紋等缺陷的管道必須將其切除，替換以新的關(guān)節(jié)，并要遵守嚴(yán)格的焊接工藝與原有完好的管段焊接起來(lái)。

五、管道完整性管理實(shí)施步驟

首先要編制管道完整性規(guī)劃。管道完整性工作貫穿于管道的整個(gè)生命周期，實(shí)際上這是一項(xiàng)長(zhǎng)期和日常性的工作。其次是編制具體實(shí)施方案并予以實(shí)施。實(shí)施方案分6步驟。

（1）數(shù)據(jù)采集和整合。管道沿線建設(shè)數(shù)據(jù)、站場(chǎng)數(shù)據(jù)、內(nèi)外檢測(cè)數(shù)據(jù)、保養(yǎng)維護(hù)修理數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)。

（2）高后過(guò)區(qū)識(shí)別。設(shè)計(jì)階段的高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、運(yùn)行階段的高后果區(qū)識(shí)別分布情況、識(shí)別頻率。

（3）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。管道綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、地址災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、第三方破環(huán)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

（4）對(duì)管道進(jìn)行檢驗(yàn)、監(jiān)測(cè)、檢測(cè)。包括管道內(nèi)外檢測(cè)、基線檢測(cè)情況、管道監(jiān)測(cè)、管道內(nèi)外腐蝕檢測(cè)、管道檢測(cè)。

（5）完整性評(píng)價(jià)。包括管道試壓評(píng)價(jià)、外腐蝕直接評(píng)價(jià)、管道ICDA評(píng)價(jià)、管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂評(píng)價(jià)等。

（6）維護(hù)和修復(fù)。管道修復(fù)、線路管理措施、第三方施工與破壞管理措施。

通過(guò)上述6個(gè)步驟完成一個(gè)完整性管理循環(huán)，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，持續(xù)改進(jìn)，使管道運(yùn)行始終處于風(fēng)險(xiǎn)可以接受的范圍內(nèi)。

六、天然氣管道完整性管理體系發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題

從國(guó)際上來(lái)看，盡管人們對(duì)管道完整性已經(jīng)進(jìn)行了不少研究，但管道完整性仍然是管道行業(yè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)1995年到2000年美國(guó)石油文摘的檢索結(jié)果表明，管道完整性評(píng)價(jià)在國(guó)際上研究仍然呈方興未艾之勢(shì)。1998年和2000年2次ASME國(guó)際管線會(huì)議都設(shè)有管道完整性評(píng)價(jià)的分會(huì)場(chǎng)。另外，每?jī)赡暌淮蔚膰?guó)際管道會(huì)議，在管道完整性管理專題中都會(huì)有大量文章發(fā)表，而國(guó)內(nèi)大型管道公司和管道科研機(jī)構(gòu)在2000年以后也開(kāi)始參與此盛會(huì)，將中國(guó)實(shí)施管道完整性管理的經(jīng)驗(yàn)與全世界同行進(jìn)行交流提高。

我國(guó)最大一家石油公司自2004年起通過(guò)8年多的研究和應(yīng)用，已經(jīng)全面推廣實(shí)施管道完整性管理，已經(jīng)掌握了管道完整性管理的核心支持技術(shù)，如管道數(shù)據(jù)管理技術(shù)（基于GIS）、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、完整性評(píng)價(jià)技術(shù)和各種維搶修技術(shù)及專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，建成了管道完整性管理體系和信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管道數(shù)據(jù)的集中管理存儲(chǔ)和完整性管理業(yè)務(wù)流程的信息化。但在推廣和實(shí)施管道完整性管理時(shí)仍存在以下問(wèn)題：

（1）大量管道數(shù)據(jù)資料丟失或分散，使得管道完整性管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以收集。

（2）大量支持技術(shù)管道企業(yè)不掌握，外部公司或高校等情況混雜，技術(shù)水平參差不齊，不能滿足實(shí)際需求。

（3）管道完整性管理前期投入過(guò)高，管道公司需要較大的決心來(lái)持續(xù)推動(dòng)。

（4）基于GIS的管道數(shù)據(jù)管理技術(shù)根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)法規(guī)的條款要求，在使用推廣上受到極大限制，使得管道數(shù)據(jù)管理水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。

因此，我國(guó)管道完整性管理體系的建設(shè)在系統(tǒng)性、完整性、先進(jìn)性上同國(guó)外相比還有較大差距，仍需要政府、地區(qū)、企業(yè)的多方面努力，認(rèn)真總結(jié)國(guó)際在管道完整性管理過(guò)程中的寶貴經(jīng)驗(yàn)，逐步形成適合我國(guó)具體情況的法制化管道完整性管理體系。