淺談天然氣管道完整性管理

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 魏 星

?

淺談天然氣管道完整性管理

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 魏 星

天然氣管道完整性管理作為保障管道安全的有效措施受到高度重視，國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)相繼開展了該項(xiàng)研究。通過介紹管道完整性管理的基本概念、實(shí)施步驟、系統(tǒng)架構(gòu)，以及各階段相關(guān)要點(diǎn)，闡述了天然氣管道完整性管理的主要內(nèi)容，為管道企業(yè)構(gòu)建管道完整性管理系統(tǒng)提供良好借鑒。

天然氣 管道完整性 安全

0 引言

用管道輸送天然氣是安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式，但是隨著管線埋地時(shí)間的增長(zhǎng)，管道材質(zhì)或施工期間造成的損傷、腐蝕、自然災(zāi)害以及管道運(yùn)行期間第三方損壞等因素造成管道穿孔和天然氣的泄漏，加之天然氣具有易燃、易爆等特點(diǎn)，非常容易引起火災(zāi)或爆炸等惡性事故，造成人員傷亡或經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)帶來惡劣的社會(huì)及政治影響，因此各管線經(jīng)營(yíng)企業(yè)需要對(duì)管道進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)控，提高管道完整性管理水平。

1 天然氣管道完整性管理概述

天然氣管道完整性管理是管道管理者為保證管道的完整性而進(jìn)行的一系列活動(dòng)。具體是指對(duì)天然氣管道運(yùn)營(yíng)管理中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，并制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，不斷改善識(shí)別到的不利影響因素，從而將管道運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理、可接受范圍，最終減少管道事故，達(dá)到持續(xù)改進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理地保證管道安全運(yùn)行的目的。

管道完整性管理是以管道安全為目標(biāo)的系統(tǒng)管理體系，內(nèi)容涉及管道設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、監(jiān)控、維修、更換、質(zhì)量控制和通信系統(tǒng)等全過程，并貫穿管道整個(gè)運(yùn)行期，通過信息收集，監(jiān)測(cè)檢查、評(píng)估評(píng)價(jià)、維修維護(hù)、不斷循環(huán)完善和持續(xù)改進(jìn)。

由此可見，管道完整性管理與企業(yè)HSE管理體系相輔相成，互相補(bǔ)充。HSE管理側(cè)重于人員的安全管理、監(jiān)護(hù)管理、作業(yè)中的操作管理；而管道完整性管理側(cè)重于設(shè)備技術(shù)管理，預(yù)防性維護(hù)，用保障設(shè)備的安全可靠性來保障健康、安全、環(huán)境和質(zhì)量要求。

2017年12月15日，國(guó)家安監(jiān)總局、國(guó)家發(fā)改委等八部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)油氣輸送管道途經(jīng)人員密集場(chǎng)所高后果區(qū)安全管理工作的通知》，以加快建立健全油氣輸送管道安全風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患排查治理工作機(jī)制，深化鞏固油氣輸送管道安全隱患整治攻堅(jiān)戰(zhàn)成果，突出加強(qiáng)油氣輸送管道途經(jīng)人員密集場(chǎng)所高后果區(qū)安全管理工作，有效防范油氣輸送管道重特大生產(chǎn)安全事故。要求各有關(guān)企業(yè)及時(shí)準(zhǔn)確掌握人員密集型高后果區(qū)狀況，落實(shí)主體責(zé)任，有效防控高后果區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)。要求各有關(guān)部門落實(shí)監(jiān)管責(zé)任，加強(qiáng)人員密集型高后果區(qū)監(jiān)管執(zhí)法，不斷提升應(yīng)急處置能力。

實(shí)踐表明，管道完整性評(píng)價(jià)、完整性管理確實(shí)能降低維護(hù)的費(fèi)用，更大限度地延長(zhǎng)管道使用壽命，這對(duì)于管道后續(xù)維護(hù)和管理發(fā)揮著重大作用。無論是從安全角度，還是法規(guī)強(qiáng)制要求，或者是對(duì)經(jīng)濟(jì)因素的考慮，我們都有必要開展管道完整性管理，按照科學(xué)的方法和程序計(jì)劃和實(shí)施，以確保管道安全運(yùn)行。西氣東輸、上海天然氣管網(wǎng)公司等許多管道企業(yè)都在相繼開展管道完整性管理工作。

2 管道完整性管理實(shí)施步驟

開展管道完整性管理的核心步驟包括：數(shù)據(jù)收集與整理、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維修與維護(hù)、效能評(píng)價(jià)等6個(gè)步驟，這6個(gè)步驟是一個(gè)持續(xù)循環(huán)的過程，稱為“管道完整性管理六步法”，管道的安全狀態(tài)在實(shí)施這一循環(huán)過程中不斷得到提高。具體如下：

(1)管道數(shù)據(jù)收集與整理：數(shù)據(jù)收集與整理是為數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)做準(zhǔn)備工作。數(shù)據(jù)包括管道屬性數(shù)據(jù)、管道環(huán)境數(shù)據(jù)(土壤、環(huán)境、腐蝕、檢測(cè)等)、管道運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

(2)高后果區(qū)識(shí)別：通過分析管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，找出管道的高后果區(qū)，識(shí)別高后果區(qū)存在的威脅，明確完整性管理重點(diǎn)，進(jìn)行分類管理。

(3)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：識(shí)別對(duì)管道安全運(yùn)行有不利影響的危害因素，評(píng)價(jià)管道的風(fēng)險(xiǎn)，判斷風(fēng)險(xiǎn)的可接受性，并提出建議的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施。

(4)完整性評(píng)價(jià)：結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果，通過內(nèi)檢測(cè)評(píng)價(jià)、壓力試驗(yàn)或直接評(píng)價(jià)等方法來確定管道的狀態(tài)。制定相應(yīng)計(jì)劃，降低管道風(fēng)險(xiǎn)。

(5)維修與維護(hù)：根據(jù)完整性評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)管道進(jìn)行維修與維護(hù)，有效地消除安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)可能存在的危險(xiǎn)，也應(yīng)制定和執(zhí)行預(yù)防性的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施。

(6)效能評(píng)價(jià)：在一個(gè)完整性管理循環(huán)的最后環(huán)節(jié)，需要對(duì)整個(gè)管理系統(tǒng)的效能進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析計(jì)劃的完成情況和計(jì)劃對(duì)促進(jìn)管道安全的有效性，找出不足，不斷完善，持續(xù)改進(jìn)。

3 管道完整性管理的架構(gòu)

管道完整性管理的總體架構(gòu)見圖1。

圖1 管道完整性管理的架構(gòu)

總體架構(gòu)包括了上述完整性管理的6個(gè)步驟，與6個(gè)步驟交錯(cuò)的是5個(gè)方面，6個(gè)步驟中每個(gè)步驟都需要這5個(gè)方面的支持。

第一個(gè)方面是體系文件。體系文件是一組將完整性管理各個(gè)步驟涉及的活動(dòng)文件化的文檔，一般分為三級(jí)：管理手冊(cè)，程序文件和作業(yè)文件，管理手冊(cè)總體闡述了完整性管理系統(tǒng)、工作目標(biāo)和活動(dòng)；程序文件規(guī)定了工作內(nèi)容和職責(zé)，作業(yè)文件規(guī)定了具體的工作方法。

第二個(gè)方面是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定了完整性管理各個(gè)環(huán)節(jié)的工作要求，對(duì)實(shí)際活動(dòng)具有指導(dǎo)意義。

第三個(gè)方面是系統(tǒng)平臺(tái)。系統(tǒng)平臺(tái)式計(jì)算機(jī)技術(shù)在完整性管理中的應(yīng)用。通過系統(tǒng)平臺(tái)，結(jié)合GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)，可以很好地管理管道的海量數(shù)據(jù)，并可基于數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)各種分析評(píng)價(jià)軟件和決策系統(tǒng)，能大大提高完整性管理的效率和水平。

第四個(gè)方面是支持技術(shù)。完整性管理的各個(gè)步驟設(shè)計(jì)到很多配套的支持技術(shù)，這些技術(shù)的發(fā)展水平直接影響到完整性管理的順利實(shí)施。

第五個(gè)方面是實(shí)施應(yīng)用。完整性管理的各個(gè)環(huán)節(jié)都要在實(shí)際中實(shí)施應(yīng)用，并通過反饋來改進(jìn)，完成持續(xù)提高。

4 管道完整性管理各階段要點(diǎn)

4.1 數(shù)據(jù)收集與整理

評(píng)價(jià)一個(gè)管道系統(tǒng)或管段可能存在危險(xiǎn)的第一步，是要確定和收集能反映該管段狀況和可能存在危險(xiǎn)的必要數(shù)據(jù)和信息。需要收集與操作、維護(hù)、巡線、設(shè)計(jì)、運(yùn)行歷史有關(guān)的信息以及每個(gè)管段特有的相關(guān)信息。包括那些致使缺陷擴(kuò)展(如陰極保護(hù)缺陷)、降低管道性能(如現(xiàn)場(chǎng)焊接)或可能造成新缺陷(如靠近管道的開挖作業(yè))的情況或行為。

其次，需要收集管道完整性管理信息，其來源有管道裝置圖、附件圖、管道走向圖、航拍圖、原始施工圖和監(jiān)測(cè)記錄、管材合格證書、制造設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)、管道設(shè)計(jì)與工程報(bào)告、管道調(diào)查和試驗(yàn)報(bào)告、管道監(jiān)測(cè)計(jì)劃、運(yùn)行和管理計(jì)劃、應(yīng)急處理計(jì)劃、事故報(bào)告、技術(shù)評(píng)價(jià)報(bào)告、操作規(guī)范和相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

4.2 高后果區(qū)識(shí)別與評(píng)價(jià)

通過分析管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，找出管道的高后果區(qū)和高后果區(qū)存在的威脅，明確完整性管理重點(diǎn)。

高后果區(qū)的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)管道經(jīng)過的區(qū)域，結(jié)合管道尺寸、壓力等級(jí)，管道周邊的環(huán)境等進(jìn)行分類的。其中地區(qū)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)一般執(zhí)行《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50251—2015)中關(guān)于地區(qū)等級(jí)劃分的規(guī)定。隨著管道周邊人口和環(huán)境的變化，高后果區(qū)的位置和范圍也會(huì)隨著改變。

根據(jù)已經(jīng)識(shí)別出的高后果區(qū)，要組織專門的人員對(duì)此進(jìn)行評(píng)價(jià)，高后果區(qū)評(píng)價(jià)主要包括管道第三方損壞、管道地質(zhì)災(zāi)害、管道本體腐蝕等。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定風(fēng)險(xiǎn)減緩措施，比如增設(shè)警示標(biāo)識(shí)，加大巡檢頻次，提升監(jiān)護(hù)力度，加強(qiáng)溝通，嚴(yán)禁第三方損壞等。

4.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

在前階段數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上進(jìn)行管道系統(tǒng)或管段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程能識(shí)別可能誘發(fā)管道事故的具體事件的位置或狀況，了解事件發(fā)生的可能性和后果，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果應(yīng)包括管道可能發(fā)生的最大風(fēng)險(xiǎn)的性質(zhì)和位置。

在該階段，需要將所獲得的數(shù)據(jù)與規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并對(duì)管段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排序。根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)和危險(xiǎn)性質(zhì)的不同，有多種方法可用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)之前需要對(duì)管道危害進(jìn)行識(shí)別，即找出對(duì)管道會(huì)造成不利影響的所有因素。包括來自管道本體的和來自外部環(huán)境的所有因素。按照對(duì)管道的威脅方式，可將所有危害分為如下幾類：內(nèi)腐蝕、外腐蝕、管體制造與施工缺陷、第三方破壞、自然與地質(zhì)災(zāi)害等。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法按照評(píng)價(jià)結(jié)果的量化程度可以分：

(1)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，即專家打分法、安全檢查表和故障樹等。

(2)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，即概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

(3)半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，即就是以風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，能夠克服定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在實(shí)施中缺少數(shù)據(jù)的困難，已在加拿大和美國(guó)關(guān)島風(fēng)險(xiǎn)管理中廣泛使用，其中比較常用的有KENT打分法。

4.4 管道完整性評(píng)價(jià)

完整性評(píng)價(jià)是指通過內(nèi)檢測(cè)、壓力試驗(yàn)、直接評(píng)價(jià)或其它已證實(shí)的可以確定管道狀態(tài)的等同技術(shù)來確定管道當(dāng)前狀態(tài)的過程。通過完整性評(píng)價(jià)明確管道狀況，制定響應(yīng)計(jì)劃，降低管道風(fēng)險(xiǎn)。

開展完整性評(píng)價(jià)，首先應(yīng)確認(rèn)對(duì)所評(píng)管道適用的評(píng)價(jià)方法。主要方法有：內(nèi)檢測(cè)評(píng)價(jià)法、壓力試驗(yàn)、直接評(píng)價(jià)法。這些方法都有一定的優(yōu)點(diǎn)和針對(duì)性，同時(shí)也有一定的局限性。應(yīng)根據(jù)管道的狀況來選擇合適的評(píng)價(jià)方法。

對(duì)與時(shí)間相關(guān)的管道缺陷，如內(nèi)腐蝕、外腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂，這三種方法都適用；對(duì)固有缺陷，如罐體缺陷和焊縫缺陷等，可采用內(nèi)檢測(cè)評(píng)價(jià)法和壓力試驗(yàn)；對(duì)防腐層缺陷，直接評(píng)價(jià)法適用。由于壓力試驗(yàn)方法要求管道停輸，影響生產(chǎn)，一般只在管道投產(chǎn)前進(jìn)行。

內(nèi)檢測(cè)評(píng)價(jià)法指通過智能內(nèi)檢測(cè)器在管道內(nèi)運(yùn)行，從而檢測(cè)出管體缺陷，然后根據(jù)缺陷尺寸和其它數(shù)據(jù)對(duì)管道狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。內(nèi)檢測(cè)方法包括：變形內(nèi)檢測(cè)、漏磁內(nèi)檢測(cè)、超聲波內(nèi)檢測(cè)和其它智能內(nèi)檢測(cè)等。

埋地管道外腐蝕缺陷一般采取直接評(píng)價(jià)法。直接評(píng)價(jià)方法是一個(gè)連續(xù)、不斷修正趨準(zhǔn)的過程，通過評(píng)價(jià)識(shí)別正在和將要發(fā)生的腐蝕部位并提出措施，達(dá)到不斷改進(jìn)的目的。直接評(píng)價(jià)法的步驟包括：

(1)預(yù)評(píng)價(jià)：指簡(jiǎn)介檢測(cè)與評(píng)價(jià)、直接檢測(cè)和評(píng)價(jià)前的準(zhǔn)備。

(2)間接檢測(cè)與評(píng)價(jià)：開展防腐層地面檢漏等間接測(cè)試，結(jié)合歷史記錄，進(jìn)行防腐層漏點(diǎn)和腐蝕活性點(diǎn)的分級(jí)評(píng)價(jià)。

(3)直接檢測(cè)與評(píng)價(jià)：依據(jù)間接檢測(cè)與評(píng)價(jià)確定開挖優(yōu)先順序及開挖點(diǎn)數(shù)量，在最可能出現(xiàn)腐蝕活性的區(qū)域開挖并收集數(shù)據(jù)，測(cè)試防腐層損傷狀況及管體腐蝕缺陷、腐蝕管道安全評(píng)價(jià)，分析腐蝕原因，提出維護(hù)措施，并開展過程評(píng)價(jià)。

(4)后評(píng)價(jià)：即確定再評(píng)價(jià)時(shí)間間隔，并對(duì)管道外壁腐蝕直接評(píng)價(jià)過程的整體有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.5 維修與維護(hù)

根據(jù)上述管道完整性評(píng)價(jià)的結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果，制定預(yù)防性的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施，對(duì)管道進(jìn)行維修與維護(hù)。

管道修復(fù)主要包括：換管、重涂防腐層、管道套筒、管道夾具、非金屬加強(qiáng)套筒及其它修復(fù)等。比如目前應(yīng)用比較普遍的管道缺陷修復(fù)技術(shù)有：

(1)碳纖維綜合補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗腐蝕、耐久性好，施工簡(jiǎn)便，不影響結(jié)構(gòu)的外觀等特性，因此，比傳統(tǒng)的焊接補(bǔ)疤方法具有明顯的優(yōu)越性，克服了焊接補(bǔ)疤過程中產(chǎn)生焊穿和產(chǎn)生氫脆的危險(xiǎn)。

(2)環(huán)氧鋼殼復(fù)合套管技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：可靠性與管體一致，可修復(fù)鋼管的各種內(nèi)外缺陷，包括裂紋、折皺、腐蝕、塌陷、環(huán)向和軸向缺陷等，操作簡(jiǎn)單成本低。且不再受損的管壁上直接焊接，從而保證了安裝過程人員和管道的安全。

4.6 效能評(píng)價(jià)

管道完整性管理效能評(píng)價(jià)是指對(duì)完整性管理進(jìn)行綜合分析，把系統(tǒng)的各項(xiàng)性能與任務(wù)要求綜合比較，最終得到表示系統(tǒng)優(yōu)劣程度的結(jié)果。及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道完整性管理過程中的不足，明確改進(jìn)方向，不斷提高管道完整性系統(tǒng)的有效性和時(shí)效性。

效能評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是進(jìn)行效能測(cè)試，主要采取以下三種類型：過程或措施測(cè)試、操作測(cè)試、失效測(cè)試等。

效能測(cè)試后，可以通過內(nèi)部比較開展效能評(píng)價(jià)，即通過比較一條管道中的幾段，或在各類危害因素之間進(jìn)行對(duì)比，來評(píng)價(jià)完整性管理系統(tǒng)的效能。也可以通過外部比較開展效能評(píng)價(jià)，如對(duì)標(biāo)法，通過本公司完整性管理系統(tǒng)與國(guó)際、國(guó)內(nèi)其它管道公司的完整性管理系統(tǒng)對(duì)比，來發(fā)現(xiàn)當(dāng)前完整性管理系統(tǒng)的狀況，查找不足，提出改進(jìn)建議。

5 結(jié)語(yǔ)

天然氣管道完整性管理工作是一個(gè)復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)工程，國(guó)外許多國(guó)家通過不斷摸索和實(shí)踐，已經(jīng)逐步建立起管道安全評(píng)價(jià)與完整性管理體系。但是我國(guó)對(duì)于管道完整性研究起步較晚，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，但是近20年來，國(guó)內(nèi)各大管道公司已經(jīng)逐步開展了該項(xiàng)研究，取得了階段性成果。國(guó)家對(duì)于管道完整性管理的重要性也提到了很高的高度，陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。管道完整性管理探索與提升是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，需要政府、管道企業(yè)、用戶和群眾共同努力，才能逐步完善，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，降低管道維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)管道使用壽命，保障管道運(yùn)營(yíng)安全和長(zhǎng)治久安。

Discussion on Integrity Management of Natural Gas Pipeline

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd. Wei Xing

Natural gas pipeline integrity management, as an effective measure to ensure pipeline safety, has been highly valued. Related enterprises and institutions at home and abroad have carried out this research one after another. By introducing the basic concepts, implementation steps, system architecture of pipeline integrity management, as well as the related key points in each stage, the main contents of natural gas pipeline integrity management are expounded, which provides a good reference for pipeline enterprises to construct pipeline integrity management system.

natural gas, pipeline integrity, safety