美國油氣管道完整性管理經(jīng)驗(yàn)及啟示

羅自治，楊 嘯，鹿棟梁，陳維杰,王永建，楊德福

1.中海福陸重工有限公司 （廣東 珠海 519055）

2.海洋石油工程股份有限公司 （天津 300452）

3.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司 （河北 涿州 072750）

管道運(yùn)輸由于具有運(yùn)量大、連續(xù)、迅速、成本低等優(yōu)點(diǎn)承擔(dān)油氣集輸?shù)闹饕蝿?wù)，被譽(yù)為能源血管、油氣生命線。石油天然氣作為工業(yè)原料及清潔能源被廣泛應(yīng)用于日常生活中各個(gè)方面，隨著人們對油氣資源應(yīng)用的需求增加，承擔(dān)油氣輸送任務(wù)的油氣管道建設(shè)也急速增長。同時(shí)，大量油氣管道事故的發(fā)生，造成石油天然氣泄漏，泄漏物污染環(huán)境甚至造成爆炸，導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。如何讓生命線處于受控狀態(tài)成為安全線，最大限度減少油氣管道事故的發(fā)生和盡可能地延長管道使用壽命，是管道管理者探索的課題。以美國為例，介紹其管道安全管理優(yōu)秀方法經(jīng)驗(yàn)以及所取得的成果，在此基礎(chǔ)上對我國管道運(yùn)營及管理提出建議。

1 管道完整性管理介紹

引起管道失效的原因包括管材腐蝕、材料老化、疲勞、自然災(zāi)害、管體機(jī)械損傷等，這些因素隨著時(shí)空變化在不斷地侵害著管道。為有效遏制管道事故，國內(nèi)外對于管道失效事故均進(jìn)行了大量的調(diào)查分析與研究[1-5]。管道完整性管理就是在國外管道事故頻發(fā)的背景下催生的，由美國管道研究委員會(huì)首先提出，在國外已有成熟的研究及應(yīng)用,是為了保持管道功能完好、結(jié)構(gòu)無缺損而進(jìn)行的有針對性的管理活動(dòng)。

2016年3月實(shí)施的GB 32167—2015《油氣管道完整性管理規(guī)范》對管道完整性管理給出了明確的定義。完整性管理是管道安全管理的一種有效模式，基于風(fēng)險(xiǎn)管理發(fā)展而來，是一種較先進(jìn)的管道安全管理方法。對油氣管道實(shí)施完整性管理，確保管道系統(tǒng)的完整性，是每個(gè)管道運(yùn)營公司的首要目標(biāo)。管道公司希望連續(xù)、安全可靠地提供服務(wù)，且不會(huì)對公眾或環(huán)境造成不利影響。

2 管道完整性管理實(shí)施流程

美國科學(xué)家Richard D.Turley等人于2007年8月28日申請到一項(xiàng)關(guān)于油氣管道完整性管理流程的專利[6]。該專利設(shè)計(jì)了一種降低油氣管道風(fēng)險(xiǎn)和失效后果的方法，內(nèi)容包括識(shí)別出對管道安全和環(huán)境有直接影響的管道泄漏，特別是識(shí)別出高后果區(qū)域；通過分析整合各種數(shù)據(jù)信息制定基本評價(jià)計(jì)劃；建立減緩和預(yù)防管道事故發(fā)生的措施；在管道發(fā)生泄漏時(shí)準(zhǔn)確定位一個(gè)或多個(gè)管段的緊急限流裝置以減少油氣泄漏量。該流程圖如圖1所示。

美國石油學(xué)會(huì)在2001年11月發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)API STANDARD 1160—2001《Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines》（有害液體管道系統(tǒng)的完整性管理），并在其后的幾年對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行修正，其最新版本的標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)已改為推薦標(biāo)準(zhǔn)REC?OMMENDED PRACTICE 1160，2013年9月發(fā)布第2版，含勘誤）提出有害液體管道系統(tǒng)完整性管理的過程，如圖2所示[7]。

圖1 美國專利文獻(xiàn)報(bào)道的管道完整性管理流程

圖2 API RP 1160—2013有害液體管道系統(tǒng)完整性管理流程

美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）于2002年7月發(fā)布 ASME B31.8S—2001《Managing Integrity System Of Gas Pipeline》（輸氣管道完整性管理），此標(biāo)準(zhǔn)是對 ASME B31.8《Gas Transmission and Distribution Piping System》（天然氣輸氣管道與配氣管道系統(tǒng)）的補(bǔ)充,其目的是為管道系統(tǒng)的完整性及完整性管理提供一個(gè)科學(xué)、系統(tǒng)、廣泛、完整的方法。此標(biāo)準(zhǔn)在其后的多年進(jìn)行了修正與內(nèi)容增減，其最新版本發(fā)布于2016年，標(biāo)準(zhǔn)中提出的輸氣管道系統(tǒng)完整性管理流程如圖3所示[8]。

從流程圖可以看出，專利及標(biāo)準(zhǔn)針對管道系統(tǒng)、危險(xiǎn)液體輸送管道、輸氣管道和完整性管理的流程進(jìn)行了論述，有異同點(diǎn)，但最終目的是為了識(shí)別、評價(jià)并減緩或消除管道本體風(fēng)險(xiǎn)，確保管道處于完整性狀態(tài)并安全運(yùn)行，并且所有的步驟和工作是閉式循環(huán)，遵循戴明循環(huán)（PDCA）。

3 美國管道完整性管理實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

美國國內(nèi)擁有密集的油氣輸送管網(wǎng)，管道完整性管理實(shí)施比較成熟。據(jù)公開資料顯示，美國油氣管道（含危險(xiǎn)液體、天然氣長輸及集輸管道）長度超過260×104km。

圖3 ASME B31.8S—2016輸氣管道系統(tǒng)完整性管理流程

美國石油管道協(xié)會(huì)（AOPL）2016年8月發(fā)布的一份報(bào)告顯示[9]，美國液體輸送管道約334 422 km，原油輸送管道約116 581 km。僅2014年通過管道輸送原油及其他石油產(chǎn)品達(dá)到22.194×108t（162億桶），因各種事故或其他原因?qū)е螺斔蛽p失量僅十萬分之一。如此小的損失量得益于其較好的管道完整性管理實(shí)施。

3.1 美國管道事故原因分析

美國管道和危險(xiǎn)材料安全管理局（PHMSA）對美國歷年的管道安全事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。PHM?SA將管道重大事故定義為：①有人員受傷需要住院治療或者死亡的；②損失達(dá)50 000美元或者更多；③高濃度揮發(fā)性液體泄漏量達(dá)0.68 t/km或者更多；④液體泄漏引起火災(zāi)或爆炸的。符合以上任意之一的或者更多的情況即定義為重大管道事故。PHMSA在2008年11月曾發(fā)表報(bào)告[10]，對美國1988—2008年20年間的管道事故原因進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，具體原因分析如下：第三方破壞占管道事故原因26%，其他原因占比22.9%，腐蝕占比18%，材料失效占比15.4%，自然災(zāi)害占比8.5%，人為誤操作占比5.3%，其他外力損傷占3.9%。

對1996—2015年近20年區(qū)間統(tǒng)計(jì)，發(fā)生管道事故11 208起，事故導(dǎo)致360人死亡，1 376人不同程度受傷，經(jīng)濟(jì)損失累積達(dá)68.6億美元。以2011—2015年為例，管道事故具體原因分析如下：設(shè)備故障占管道事故原因的44%，腐蝕占比21%，人為誤操作占比14%，材料失效占比7%，自然災(zāi)害占比6%，其他原因占比6%，第三方破壞占2%。。

1998—2008年20年期間，美國管道事故原因總體上排首位的是第三方破壞，占26%，人為的施工、開挖工作較多是管道事故主要因素；排在二、三位的分別是其他原因和管道腐蝕，分別占到了22.9%和18%，引起管道事故的材料失效原因也不容忽視，占到了15.4%。

由美國近5年管道事故原因分析結(jié)果可以看出，管道事故原因排在首位的為設(shè)備故障，占44%，比例很高。排在二、三位的是腐蝕及人為誤操作，分別占21%和14%。

對比1998—2008年與2011—2015年美國管道事故原因分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕原因是管道事故的主要誘因之一，占比一直居高不下；近5年管道事故原因第三方破壞直線下降，已經(jīng)成為管道事故原因占比最小的因素，同時(shí)材料失效原因引起管道事故占比下降明顯。

3.2 實(shí)施管道完整性管理的投入與成效

美國有專門的管道相關(guān)的科研團(tuán)隊(duì)和機(jī)構(gòu)，每年投入大量科研經(jīng)費(fèi)，科研涉及內(nèi)容涵蓋管道材料、管道檢測、管道監(jiān)測以及管道剩余壽命、剩余強(qiáng)度及管道安全評價(jià)等各個(gè)方面。同時(shí)管道安全事故的發(fā)生促使美國相關(guān)法律法規(guī)、規(guī)章制度及標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施以及各種管道工程手冊的形成，這些完善的法律法規(guī)及制度、技術(shù)文件支持體系為實(shí)施管道完整性管理打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

文中專利及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的管道完整性管理流程顯示，管道運(yùn)營商需要對管道進(jìn)行持續(xù)的檢測與安全評估，以及不斷地采取維護(hù)與減緩措施確保管道安全。美國管道運(yùn)營商僅在2014年投入22億美元用于管道檢測、安全評估以及管道維護(hù)，僅危險(xiǎn)液體管道通過使用在線檢測工具智能內(nèi)檢測器對管道檢測超1 635次，檢測管道約7 514 km，管道運(yùn)營商使用其檢測管道凹坑變形約45 876 km，用于檢測管道腐蝕約45 229km，用于檢測管道裂紋約27 159 km，以及用于檢測其他管道異常約14 804 km[9]。

科研投入以及管道運(yùn)營商對管道實(shí)施管道完整性管理，美國油氣管道安全取得了比較明顯的成效。首先，自1999年以來，公共場所每年發(fā)生管道事故數(shù)量急劇下降，管道事故可能對人或者周圍環(huán)境的潛在影響下降了52%。這兩種數(shù)據(jù)急劇下降原因得益于美國管道與危險(xiǎn)品管理局對管道完整性管理方法的推廣與應(yīng)用。

在過去5年中，美國重大管道事故數(shù)量明顯減少。泄漏量平均大于42 t/km的管道事故數(shù)量從2011年到2015年下降了32%。自2011年至2016年，泄漏量平均大于4 t/km的管道事故數(shù)量下降了12%。大多數(shù)管道事故泄漏量較小，近三分之二的管道事故泄漏量是0.68 t/km或更少。在2015年，44%的管道事故泄漏量為0.136 t/km或更小，65%的管道事故泄漏量是0.68 t/km或更小。管道事故泄漏量大于等于6.8 t/km的管道事故數(shù)量僅占2015年管道事故數(shù)量總和的17%，68 t/km以上泄漏量的管道事故占5%。

其次，腐蝕原因造成的管道事故可能對人或者周圍環(huán)境的潛在影響下降了68%；管道運(yùn)營商利用高精度智能檢測器采用漏磁技術(shù)檢測管道的變形、腐蝕、金屬損失，從而為管道的安全評估提供比較可靠的檢測數(shù)據(jù)，為管道安全運(yùn)營以及采取維護(hù)減緩措施提供依據(jù)。

4 建議

截至目前，我國油氣集輸管道和長輸管道總長度已接近60×104km。山東青島“11.22”輸油管道爆燃，臺(tái)灣高雄“7.31”燃?xì)夤艿辣ㄊ鹿式o企業(yè)和社會(huì)帶來嚴(yán)重后果，也引起了人們廣泛的反思。如何預(yù)防事故，如何通過法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行管道管理等問題成為必須解決的難題，如何既安全又經(jīng)濟(jì)地確保油氣管道安全運(yùn)營是管道運(yùn)營商亟需解決的問題。結(jié)合美國油氣管道完整性管理經(jīng)驗(yàn)及取得成效及國內(nèi)管道技術(shù)發(fā)展情況，提出以下幾點(diǎn)建議：

1）加強(qiáng)相應(yīng)法律、法規(guī)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫的建立。目前國內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)還不夠完善，應(yīng)建立符合中國國情的油氣輸送管道安全相關(guān)法律法規(guī)體系，使管道運(yùn)營商在管道完整性管理實(shí)施上有法可依。

2）加強(qiáng)涉及油氣管道相關(guān)安全技術(shù)的研究。加強(qiáng)管道本體及防護(hù)層監(jiān)測、檢測及修復(fù)技術(shù)，涉及到管道內(nèi)/外檢測、管道施工無損檢測、介質(zhì)泄漏與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等方面，提高管道檢測及監(jiān)測能力與水平，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化，為管道安全運(yùn)行提供精確評估數(shù)據(jù)。

3）建立管道動(dòng)態(tài)運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫、事故案例庫，為管道在維修、完整性評價(jià)、管道剩余壽命評估等方面提供必要的數(shù)據(jù)依據(jù)，發(fā)達(dá)國家通過立法要求管道公司開展管道完整性管理以提升管道安全已成為通行做法。

4）加強(qiáng)油氣管道安全預(yù)警技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，尤其在管道重點(diǎn)高后果區(qū)復(fù)合多種預(yù)警技術(shù)實(shí)現(xiàn)管道安全的加強(qiáng)防御，針對不同管道環(huán)境條件選擇合適的技術(shù)應(yīng)用。

5）加強(qiáng)管道安全管理宣傳。管道事故第三方破壞絕大部分是在第三方不知情的情況下對管道占壓、開挖破壞，以及進(jìn)行建筑施工時(shí)對管道產(chǎn)生破壞。充分利用大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加強(qiáng)管道安全管理宣傳，加強(qiáng)管道公眾警示。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡燈明,駱 暉.國內(nèi)外天然氣管道事故分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2009,25(9):8-12．

[2]劉 楊,賈馮睿,段常貴,等.城市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿朗鹿蕵涞难芯縖J].煤氣與熱力,2009,29(7):35-38.

[3]虎繼遠(yuǎn),劉中蘭,徐 杰.燃?xì)夤艿佬孤┦鹿食梢蚣胺婪秾Σ遊J].煤氣與熱力,2009,29(11):23-26.

[4]姚 宏,劉 榮.埋地燃?xì)夤艿朗Х治龅难芯縖J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,34(3):121-124.

[5]唐秀岐.輸油管道泄漏事故分析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2001,12(5):41-44.

[6]TURLEY Richard.Pipeline integrity management process[P].US:7263465 B2,2008-08-28.

[7]American Petroleum Institute.Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines:API RP 1160[S].New York:API Publishing Services,2013.

[8]American Society of Mechanical Engineers.8S Managing Sys?tem Integrity of Gas Pipeline:ASME B31—2016[S].New York:ASME,2016.

[9]ANDREW J.Black,David Murk,API-AOPL Annual Liquids Pipeline Safety Excellence Performance Report&Strategic Plan[R]，Association of Oil Pipe Lines(AOPL),2016.

[10]RAYMOND R.Fessler.Pipeline Corrosion.Final Report[R].U.S.Department of Transportation Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration Office of Pipeline Safety,2008.