埋地鋼質(zhì)管道風險評估技術(shù)體系研究與工程示范

陶雪榮

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

埋地鋼質(zhì)管道風險評估技術(shù)體系研究與工程示范

陶雪榮

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

“埋地鋼質(zhì)管道風險評估技術(shù)體系研究與工程示范”針對20世紀末困擾政府安全監(jiān)察、企業(yè)安全生產(chǎn)的瓶頸性技術(shù)難題，在“十五”國家科技攻關(guān)計劃和自然科學(xué)基金儀器專項的支持下，在10多家單位、70多名科技人員的共同努力下，歷時9多年，建立了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的埋地鋼質(zhì)管道風險評估和腐蝕防護檢測技術(shù)的工程方法，開發(fā)了具有發(fā)明專利的管道探測設(shè)備，為從根本上扭轉(zhuǎn)疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效的被動式管理局面，提供了急需技術(shù)和方法手段。該成果2009年獲國家安監(jiān)總局第四屆安全生產(chǎn)科技成果一等獎，本文以該成果推薦書為基礎(chǔ)，綜述了項目背景、成果及其應(yīng)用情況。

埋地管道 風險評估 不開挖檢測 技術(shù)體系 工程應(yīng)用

1 立項背景

埋地管道是國民經(jīng)濟、人民生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是國家重大生命線。用于輸油輸氣的埋地管道主要有長輸管道、集輸管道和燃氣管網(wǎng)，以鋼質(zhì)管道為主，主要失效模式是腐蝕，普遍采取防腐層＋陰極保護的腐蝕防護措施，以延長壽命、保障安全。此類設(shè)施一旦發(fā)生事故，經(jīng)濟損失慘重、社會影響惡劣、環(huán)境污染嚴重。如：2003年12月19日，蘭成渝管線發(fā)生泄漏，致使停輸14小時，附近的寶成鐵路中斷運行近6小時，近百對列車被阻，108國道被迫封鎖，公路運輸中斷，附近的清江河水石油類物質(zhì)超標7951倍。因此，各國政府普遍采取強制性的監(jiān)管措施，推行風險管理，要求企業(yè)定期向社會公告風險控制措施，以腐蝕防護狀況檢測和腐蝕評價為核心的定期檢驗制度已經(jīng)形成，并納入了法制化、規(guī)范化軌道，同時也拉動了檢測監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展、能力的形成。我國政府也在向此方向推進。

截止到2007年，我國埋地鋼質(zhì)管道經(jīng)過30多年的發(fā)展，已擁有長輸管道5萬公里、集輸管道30萬公里、燃氣管網(wǎng)9萬公里。這些管道尤其是老管道，總體來說，施工質(zhì)量問題多、技術(shù)檔案不全、腐蝕情況不清、具體位置不明、檢驗制度缺乏、檢測方法空白、檢測設(shè)備進口。對于企業(yè)，安全管理水平普遍處于疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效的被動局面；對于政府，亟待摸清管道安全狀況，建立和推行科學(xué)合理、經(jīng)濟有效的監(jiān)管措施和技術(shù)規(guī)范。

實施動態(tài)風險管理與控制，是科學(xué)合理、經(jīng)濟有效地保障埋地管道安全生產(chǎn)的必由之路。針對我國實際情況，推行埋地鋼質(zhì)管道風險管理的必要技術(shù)條件至少包括：1）符合國情的風險評估工程方法；2）腐蝕防護系統(tǒng)工程檢測方法（尤其是不開挖檢測評價方法）；3）經(jīng)濟適用高效可靠的管道探測設(shè)備；4）準確掌握失效模式及影響因素等。因此，圍繞埋地鋼質(zhì)管道風險評估技術(shù)體系的建立和實施，開展技術(shù)配套、重點突出的系統(tǒng)性科學(xué)研究和工程示范，提高安全技術(shù)水平，意義重大。

2 總體思路

研究、建立和實施符合本國國情的埋地管道風險評估技術(shù)體系，是科學(xué)合理、經(jīng)濟有效地保障國家重大生命線安全的必由之路。根據(jù)埋地鋼質(zhì)管道的技術(shù)特點、主要失效模式，面對我國埋地鋼質(zhì)管道的現(xiàn)狀和安全生產(chǎn)與安全監(jiān)管中的突出技術(shù)問題，要想對我國埋地管道實施現(xiàn)代風險管理，變被動搶險、盲目更新為主動預(yù)防、科學(xué)維護，除了建立符合國情的埋地鋼質(zhì)管道風險評估工程方法以外，還必需具有埋地管道腐蝕防護不開挖檢測技術(shù)和能力、具有埋地管道位置走向探測技術(shù)和能力、全面系統(tǒng)掌握埋地管道的失效模式和影響因素。

本成果以科學(xué)、經(jīng)濟、合理地保障埋地鋼質(zhì)管道安全為目的，針對我國埋地鋼質(zhì)管道的現(xiàn)狀和政府安全監(jiān)管、企業(yè)安全生產(chǎn)中存在的突出問題，圍繞風險評估技術(shù)體系的建立和實施，由埋地鋼質(zhì)管道風險評估工程方法、支撐風險評估的3項核心技術(shù)（腐蝕防護狀況不開挖檢測技術(shù)、埋地管道位置走向探測技術(shù)、失效模式及影響因素分析）和對研究建立風險評估技術(shù)體系起到明確研究方向作用的“我國城市燃氣埋地管道技術(shù)調(diào)研分析”組成，來源于“十五”國家科技攻關(guān)計劃和自然科學(xué)基金儀器專項的6項核心成果：1）城市燃氣埋地鋼質(zhì)管道風險評估工程方法；2）埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護系統(tǒng)不開挖檢測評價方法；3）埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗方法；4）管線探測雷達的研究與開發(fā)；5）城市燃氣埋地鋼質(zhì)管道失效模式及影響因素分析；6）城市燃氣埋地管道技術(shù)調(diào)研和分析，是緊密相關(guān)、綜合集成、系統(tǒng)配套的有機整體，詳見圖1、圖2。

3 主要成果

本成果系統(tǒng)解決了長期困擾政府安全監(jiān)察、企業(yè)安全生產(chǎn)的瓶頸性技術(shù)難題，建立了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的埋地鋼質(zhì)管道風險評估和腐蝕防護檢測技術(shù)的工程方法，開發(fā)了具有發(fā)明專利的管道探測設(shè)備，為政府推行科學(xué)合理、經(jīng)濟有效的安全監(jiān)管措施、保障國家重大生命線安全，從根本上扭轉(zhuǎn)疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效被動局面，提供了急需技術(shù)和方法手段。本成果具有創(chuàng)新性、先進性、系統(tǒng)性、適用性、經(jīng)濟性，達到國際先進水平，獲國家發(fā)明專利、實用新型專利和計算機軟件著作權(quán)各1項，具體包括：

1）首次建立了適合我國管道實際狀況、安全技術(shù)法規(guī)標準、價值取向的，針對管道可行性論證、設(shè)計審查、竣工驗收和在用階段的城市燃氣埋地鋼質(zhì)管道風險評估工程方法，包括（1）區(qū)段劃分；（2）通用模版和修正模型相結(jié)合的失效可能性評分，適用于國家、企業(yè)的共同需求和特殊需求，并將模糊數(shù)學(xué)、層次分析、專家意見、工程實踐相結(jié)合，確定各因素權(quán)重；（3）綜合考慮人員傷亡、直接經(jīng)濟損失和無形損失的失效后果評分，采用高斯煙羽擴散模型和傷害模型計算破壞面積；（4）絕對和相對等級相結(jié)合的風險等級劃分，采用Monte Carlo法確定各等級界限。

圖1 成果內(nèi)容關(guān)聯(lián)圖

圖2 成果內(nèi)容系統(tǒng)集成圖

2）首次給出了6種埋地鋼質(zhì)管道防腐層不開挖檢測技術(shù)的適用性、優(yōu)化組合方法及檢測精度和靈敏度，量化了管道規(guī)格、埋深、土壤電阻率對防腐層檢測參量的影響程度，量化了陰保電位的IR降并提出指導(dǎo)工程化應(yīng)用的真實保護電位分布的簡約化模型和適用條件，建立了以DCVG和CIPS組合檢測為基礎(chǔ)的防腐層缺陷點的定位與大小評判模型；創(chuàng)造性提出了以電流衰減率為參量的防腐層評價模型并給出了瀝青和三層PE的評價指標，以及基于現(xiàn)行標準和檢測數(shù)據(jù)層次分析、灰色關(guān)聯(lián)分析的腐蝕防護狀況綜合評價模型。

3） 首次從全過程、完整性的角度，系統(tǒng)分析確定了影響埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護系統(tǒng)有效性的主要因素，在工程驗證的基礎(chǔ)上，給出了管道沿線腐蝕環(huán)境、腐蝕防護系統(tǒng)設(shè)計、腐蝕防護產(chǎn)品質(zhì)量、施工安裝質(zhì)量、運行維護措施、有效性檢測等環(huán)節(jié)的所有控制點、檢驗檢測內(nèi)容、評價指標以及工程檢測方法，首次研究制定了國家標準《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》。

4）研制出檢測精度和效率優(yōu)于國外同類產(chǎn)品的管道探測雷達，在硬件方面：實現(xiàn)信號精確同步控制，定時單位8ps；研制出延長重采樣接收機，保證高頻信號采樣的穩(wěn)定性和可靠性；天線采用背腔加裙邊，提高了發(fā)射效率；在軟件方面：提出水平預(yù)測濾波組合算法和多向量層位識別算法；開發(fā)了異常圖形編輯系統(tǒng)，實現(xiàn)了時間剖面轉(zhuǎn)化為譜剖面的解釋系統(tǒng)，利用克力格算法實現(xiàn)了平面、等高和立體模型的三維綜合解釋系統(tǒng)，為資料解釋提供了新的判別參數(shù)。

5）首次全面、系統(tǒng)地建立了埋地鋼質(zhì)管道失效樹并進行最小割集和結(jié)構(gòu)重要度分析，確定了失效模式、主要影響因素及重要程度。

6）對我國43個典型城市或地區(qū)的埋地燃氣管道數(shù)量、材質(zhì)、工況、介質(zhì)、事故原因、維護成本和國內(nèi)外埋地管道檢測監(jiān)測技術(shù)進行系統(tǒng)、全面的調(diào)研和分析，為研究建立我國埋地管道風險評估技術(shù)體系確定了研究方向。

4 應(yīng)用情況

本成果針對安全技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、事故隱患突出、后果嚴重的埋地鋼質(zhì)管道，系統(tǒng)解決了長期困擾政府安全監(jiān)察、企業(yè)安全生產(chǎn)的瓶頸性技術(shù)難題，科學(xué)解決了安全性和經(jīng)濟性的關(guān)系問題，方法類成果已全部形成標準草案并納入了法規(guī)標準制修訂計劃，設(shè)備類成果已實現(xiàn)商品化，并銷售15套。為我國實施科學(xué)合理、經(jīng)濟有效的埋地管道安全監(jiān)管措施，保障國家重大生命線安全，從根本上扭轉(zhuǎn)安全生產(chǎn)普遍處于疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效被動局面，提供了急需技術(shù)和方法手段，有力促進了我國埋地鋼質(zhì)管道安全技術(shù)水平的提高，有效帶動了相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進步，取得了重大社會效益。

本成果在2003～2006年期間，成功應(yīng)用于天津市燃氣高壓管網(wǎng)、西寧市燃氣管網(wǎng)、張家口干管與中壓環(huán)網(wǎng)和上海、南京、珠海等城市部分燃氣管道以及中石油、中石化、中海油所屬的長輸管道、集輸管道（合計3000多公里）的安全管理和檢測評價，為企業(yè)掌握所轄管道的風險狀況、科學(xué)采取維護檢修措施，提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。并通過避免管道的盲目更新和有針對性地科學(xué)安排維護檢修計劃，為企業(yè)節(jié)約了大量資金（如：2003年為天津燃氣集團、珠海燃氣公司節(jié)支2億多元），取得了重大的間接經(jīng)濟效益。

本成果2009年獲國家安監(jiān)總局第四屆安全生產(chǎn)科技成果一等獎。

獲獎單位：中國特種設(shè)備檢測研究中心、北京航空航天大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、天津燃氣集團有限公司、中國船舶重工集團公司第七二五研究所、中國石油大學(xué)（北京）、北京化工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、西南石油大學(xué)

獲獎人員：鐘群鵬、左尚志、陶雪榮、張 崢、彭蘇萍、陳 鋼、何仁洋、閻永貴、楊 峰、張?zhí)烊A、翁永基、姚安林、楊劍鋒、王新華、費學(xué)欣

Research and Practical Application of Buried Steel Pipeline Risk Assessment Technology

Tao Xuerong
(Chinese Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)

Aim at bottleneck technical problems which perplexed government security supervision and enterprise production safety in 1990s, under the support of the “10th fve” National Science and Technology Research Program and the NNSF Instrument Plan of China, with the endeavor of more than 70 technical personnel from more than 10 enterprises for 9 years, “Research and Practical Application of Buried Steel Pipeline Risk Assessment Technology” established engineering method of risk assessment and corrosion protection detection for buried steel pipeline with completely proprietary intellectual property rights, developed pipeline detection equipment with patent for invention, provided a much-needed technology means and methods to fundamentally reverse passive management situation with high cost and low effectiveness which is mainly on the effort of plugging emergency rescue and helpless blindly update. The result won the frst prize of the fourth production safety of scientifc and technological achievement award of the State Administration of Work Safety in 2009, this thesis summarized the background, achievement and its application situation based on the result recommendation.

Buried pipeline Risk assessment Non-excavation detection Technology system Practical application

X924．2

B

1673-257X（2017）03-0017-03

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．002

陶雪榮(1958～)，女，研究員，中國特種設(shè)備檢測研究院副總師，長期從事科技管理工作。

2017-03-06）