站庫管道的完整性管理研究

陳亞頤 趙黎 木塔里甫·木拉提 余智勇 羅李黎

[摘 要]近年來，國內(nèi)外發(fā)生了多起站庫管道泄漏事件，導致管道站庫輸送生產(chǎn)中斷，泄漏油品甚至溢出站外，污染了周邊環(huán)境。隨著站庫管道運行年限的增加，作為連接站庫設(shè)備的管道的安全狀況引起了管理者的重視。本文對站庫管道完整性管理的必要性進行分析，對其發(fā)展的歷程進行探究，并對管道完整性管理和人工智能的有效結(jié)合策略進行探索，以為管道完整性管理的準確性和實用性指明未來技術(shù)發(fā)展的方向。

[關(guān)鍵詞]站庫管道；完整性；管理；人工智能

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.06.032

[中圖分類號]TE88 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）06-00-02

0 引 言

現(xiàn)階段，我國的油氣管道已處于快速發(fā)展的階段，管道的總長度在不斷增加，截至2016年年底，我國油氣長輸管道的總長度已達到12.6萬千米，天然氣管道的總長度達到7.43萬千米，原油管道的總長度達到2.62千米，成品油管道的總長度達到2.55萬千米。油氣管道在迅速增長的同時，輸油氣站庫的數(shù)量也在不斷增加，輸油氣站庫是能源進行輸送的中轉(zhuǎn)站，其作用十分關(guān)鍵。但其安全問題由來已久，保障輸油氣站庫安全、高效地運行是一直面臨巨大的挑戰(zhàn)，成為全球管道管理人員面臨的重要課題。從20世紀50年代開始，油氣管道在全球范圍進行大規(guī)模鋪設(shè)，站庫管道的安全事故經(jīng)常發(fā)生，不少事故帶來了嚴重的后果。因此，促使油氣站管庫實現(xiàn)長治久安，是全球管道運輸領(lǐng)域面臨的重要問題。

在站庫安全管理工作開展的過程中，輸油氣站庫中各種類型的工藝設(shè)備，如輸油泵以及壓縮機等具有關(guān)鍵作用的設(shè)備，是管理工作開展的重點內(nèi)容。工藝管道是對各個設(shè)備進行連接的設(shè)備設(shè)施，尤其是針對埋地管道缺乏系統(tǒng)化的管理，是輸油氣庫站進行安全管理的薄弱環(huán)節(jié)。站庫內(nèi)的管道有著不同的管徑，不能采取內(nèi)部檢測的方式。同時存在較多的法蘭、三通和彎頭，鋪設(shè)的方式也是多樣化的，長期在高溫、高壓的狀態(tài)，存在腐蝕、開焊和泄漏的風險。對于運行了較長時間的管道，由于受當時施工技術(shù)等因素的影響，施工質(zhì)量較低，多是采取環(huán)氧煤瀝青進行防腐，且在站內(nèi)缺少陰極保護系統(tǒng)，腐蝕的風險在不斷增加。如果輸送管道發(fā)生了介質(zhì)泄漏的情況，會對管道系統(tǒng)的運行帶來影響，同時會對輸油氣站庫附近的人和環(huán)境帶來影響。近幾年來，國內(nèi)外發(fā)生了多起站庫工藝管道由于腐蝕造成泄漏穿孔和焊縫炸裂的事故，應當受到管理人員的重視。

為了解決這一問題，美國率先對風險管理技術(shù)進行引入，對管道風險性進行評估。在20世紀的70年代中期，美國在二戰(zhàn)后建設(shè)的油氣管道大多數(shù)進入了老齡化時期，事故頻繁發(fā)生，因此，應對經(jīng)濟學領(lǐng)域中風險管理技術(shù)進行借鑒，以對油氣站庫的風險性進行評估。在20世紀90代初期，美國多數(shù)的輸油氣站庫已經(jīng)使用了風險管理技術(shù)對管道的維護和管理工作進行指導，并借助風險的管理對油氣站庫中存在的風險進行識別和預防，保障了油氣站庫的安全運行，這也成為了管道完整性管理的雛形。然而，隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們逐漸意識到單純依靠風險識別和評價難以滿足全部的需求，因此，需要從油氣站庫的整體規(guī)劃、建設(shè)和運營等過程中，對其數(shù)據(jù)進行不斷地搜集，做好風險的評價，同時加強相應的監(jiān)測和維護等系統(tǒng)性的工作，保證油氣管庫能夠安全穩(wěn)定地運行，實現(xiàn)對站庫管道的完整性管理。

1 我國站庫管道的概述

站庫管道的完整性管理主要是指，在站庫管道管理工作開展的過程中，對站庫管道完整性產(chǎn)生影響的因素，采取綜合性和一體性的管理措施，在管道的研發(fā)、設(shè)計、施工以及運行等整個環(huán)節(jié)中，對各種類型的風險進行不斷地識別和評估，并采取有效的措施降低風險，保證管道的風險控制在合理的控制范圍內(nèi)，有效減少管道事故，并對管道進行改進，對其風險進行預防，保證管道能夠經(jīng)濟合理的安全運行。經(jīng)過近十年的研究與發(fā)展，完整性管理中“風險可控、預防失效、動態(tài)管理”的管理思路及方法，對我國油氣管線的安全運行具有重要的指導作用。現(xiàn)階段，我國在對工藝管道進行維護和管理的過程中，采取的依然是傳統(tǒng)的方式，根據(jù)經(jīng)驗進行維修和維護工作，對風險的分析以及完整性的評價等維修維護策略缺少實施。從經(jīng)濟性和安全性兩個角度來講，對管道工藝采取風險評價的完整性管理措施，能夠?qū)崿F(xiàn)對站庫管理的完整性管理，是提高油氣站庫安全管理水平的有效措施，也是油氣站庫安全管理的發(fā)展趨勢。

2 管道完整性管理的發(fā)展歷程

在管道安全管理的過程中，風險管理和完整性管理是兩個重要的發(fā)展階段。在20世紀30年代，風險管理被提出，最初起源于保險行業(yè)，其是對風險的大小進行衡量，是風險評價的過程。隨著時間的推進，在20世紀70年代，歐美等發(fā)達國家的大量油氣輸送管線由于老化的原因，給經(jīng)濟造成了嚴重的損失，并造成了一定的人員傷亡，給管道公司的經(jīng)濟效益造成了影響，同時對油氣田的正常生產(chǎn)也帶來了嚴重的影響。因此，美國從經(jīng)濟學和其他工業(yè)領(lǐng)域中，對風險分析的技術(shù)進行引入，對油氣管道的風險性進行評估，希望能夠有效減少油氣管道事故，有效延長油氣管道使用的壽命，對管道維護的費用進行科學合理的分配。20世紀90年代，在美國，風險管理技術(shù)已經(jīng)普遍在油氣管道管理中運用，對其維護工作進行了有效的指導。

隨著風險管理技術(shù)不斷的發(fā)展和應用，不少的國家已經(jīng)建立了管道安全評價和完整性管理系統(tǒng)，并形成了各自有效的評價方式。美國的克洛尼爾管道公司以風險管理為基礎(chǔ)，采取風險指標評價模型的方式，對運營管理的成品油管道系統(tǒng)進行風險分析和評估，促進系統(tǒng)完整性的提高。該公司的風險評價指標主要有腐蝕、第三方破壞、操作不合理以及設(shè)計因素等幾個方面的內(nèi)容。通過此模式，能夠促使相關(guān)人員對管道的風險高發(fā)區(qū)域進行確定，并對管道事故發(fā)生帶來的環(huán)境影響和安全威脅進行明確，對降低風險工作的重點內(nèi)容進行明確，對風險降低的程度和成本效益進行對比分析，對管道系統(tǒng)的維護方案進行制訂，保證方案的合理性、有效性和經(jīng)濟性，促使系統(tǒng)的安全性不斷提高。在2002年的11月，美國國會通過了具有專門性的H.R.3609號法案，該法案中明確要求，管道運營商應當在高風險區(qū)域制訂完整性的管理計劃。管道完整性管理正式以法律的形式被確定和提出，世界各國管道公司紛紛開始采用完整性管理模式進行運行管理。在20世紀80年代，歐洲的一些國家對管道風險評價標準進行了制定和不斷的完善，對油氣管道風險評價的數(shù)據(jù)庫進行了構(gòu)建，對各種故障評價的模型進行了深入研究，有效開發(fā)了實用軟件，促使油氣管道的風險評價技術(shù)實現(xiàn)定量化、智能化和精確化。

目前，我國管道企業(yè)對國外的管道完整性管理經(jīng)驗進行借鑒，并對自身管道管理的實際個特點進行了分析和結(jié)合，對管道完整性管理進行簡單明了的劃分，主要有數(shù)據(jù)收集、高后果區(qū)域識別、風險評價、完整性評價以及維修維護和功能評價，如圖1所示。同時，為了確保6個環(huán)境正常運行，需要相應的技術(shù)以及相關(guān)的系統(tǒng)文件和規(guī)范標準，對管道完整性管理數(shù)據(jù)庫和相關(guān)的系統(tǒng)平臺進行構(gòu)建。

3 管道完整性管理的發(fā)展方向

在長輸管道運行的過程中，站庫是其重要的組成部分，應當采取管道完整性管理的方式進行管理。站庫工藝管道所要面臨的風險與長輸管道具有相似之處，因此，在對站庫工藝管道進行完整性管理的過程中，可以對長輸管道的完整性管理進行利用，對數(shù)據(jù)進行有效收集，對風險進行評價，做出相應的完整性評價，對其維修維護和功能進行評價。完整性管理系統(tǒng)自身是一個完整的系統(tǒng)，包含文件體系、標準體系、數(shù)據(jù)庫、管理平臺以及支持技術(shù)等內(nèi)容。同時，隨著當今傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以及數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)的發(fā)展，站庫管線的完整性管理也需要隨之不斷進行技術(shù)深化與發(fā)展。

管道運行參數(shù)的監(jiān)控是管道完整性管理中的基礎(chǔ)工作。在傳統(tǒng)的管道完整性管理工作中，管道運行參數(shù)主要依靠人工讀取與記錄，如人工記錄管道的內(nèi)部壓力、溫度與流量，以及對土壤采樣后測量土壤酸堿度等。這樣可能會因人工失誤造成記錄不準確，或是因為監(jiān)控設(shè)備失靈造成監(jiān)控數(shù)據(jù)錯誤，導致對管道故障判斷產(chǎn)生錯誤，進而造成對無故障管道的誤報維修，浪費了寶貴的人力資源，或是未能監(jiān)測到管道故障，造成經(jīng)濟損失乃至安全事故。同時，采用人工監(jiān)控管道的方法，不僅無法做到對管道運行參數(shù)的實時監(jiān)控、在線反饋管道的運行狀態(tài)，還需要消耗大量的人力資源，造成大量的人工成本損耗。而傳感器技術(shù)以及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展，使利用先進傳感器在線實時監(jiān)控管網(wǎng)運行參數(shù)成為可能。當今技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)傳感器自動監(jiān)測管網(wǎng)運行時的壓力、溫度、流量、內(nèi)外環(huán)境酸堿度、濕度、鹽分含量、電位差、沉降程度以及管道應力變化等多項參數(shù)，且能將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)奖O(jiān)控后臺進行處理，為自動判斷管道運行狀態(tài)健康與否提供依據(jù)。

在傳統(tǒng)的管道完整性管理中，判斷管道是否出現(xiàn)故障或估計管道剩余壽命，主流方法是根據(jù)專家打分法進行。由于該方法是基于以往經(jīng)驗，所以在管道故障判斷方面，僅能給出指導參考作用，無法對管道運行的健康狀態(tài)做出準確評估。且這種方法是基于單個區(qū)域監(jiān)控數(shù)據(jù)來判斷，僅能做到“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，無法將整體的數(shù)據(jù)建立成網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌參考，不具備通過充分發(fā)掘各個區(qū)域之間內(nèi)在的因果關(guān)系，進而通過管網(wǎng)整體運行參數(shù)，精確地推斷出管道運行的健康狀況的能力。然而，隨著計算設(shè)備運算能力的不斷提升，以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們可以將管道參數(shù)監(jiān)控的所有傳感器，按照其物理連接邏輯將系統(tǒng)建模成為一張智能網(wǎng)絡(luò)，并利用深度學習的技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行計算，以達到精確判斷、預測管道故障以及估計管道剩余使用時間的目的。事實上，這種管道完整性管理方法與航天工程中故障預測與健康管理的方法，在手段和目的上都極為相似，二者具有很多可以互相借鑒之處。

4 結(jié) 語

在完整性管理系統(tǒng)進行構(gòu)建和實施的過程中，應當具備科學化和規(guī)范化的體系文件，同時具有相應的技術(shù)支持，促進標準體系的完善，構(gòu)建相應的管理平臺，促進各方面內(nèi)容的有效配合，促使完整性管理有效的發(fā)揮。完整性管理的實施是發(fā)展的必然趨勢，對資源進行科學合理的優(yōu)化配置，可保證其安全性。站庫管道完整性管理是站庫設(shè)備完整性管理的重要組成部分，在此基礎(chǔ)上進一步擴大至站庫其他關(guān)鍵設(shè)備上，并提升、深化完整性管理的技術(shù)水平，必將實現(xiàn)油氣站庫管道管理水平的整體提高。

主要參考文獻

[1]黃維和，鄭洪龍，吳忠良.管道完整性管理在中國應用10年回顧與展望[J].天然氣工業(yè)，2013（12）.

[2]孫建宇.輸氣管道完整性管理簡介[J].石油庫與加油站，2009（3）.