城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理體系研究與實踐

孫青峰 楊玉鋒 趙春磊 薛 慶 張華兵 魏然然

1.中國石油天然氣銷售分公司 2.中國石油管道分公司管道科技研究中心 3. 北京科技大學(xué)

0 引言

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)輸送的介質(zhì)具有高壓、易燃、易爆的特點，加之其大多都位于人口密集的區(qū)域，一旦發(fā)生管道泄漏，則后果相當(dāng)嚴(yán)重。近年來，燃氣事故屢見報端，給人民的生命財產(chǎn)安全帶來了不小的損失。根據(jù)美國1998—2017年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國全部管道系統(tǒng)（含天然氣長輸管道、輸油管道、城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)等）所有重大事故中，城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)導(dǎo)致的事故占比超過80%[1-5]。

當(dāng)前，國際上采用完整性管理的理念在天然氣長輸管道上取得了成功經(jīng)驗，近年來，國內(nèi)外開始將完整性管理的方法應(yīng)用于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)，通過對城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)開展針對性的檢測、監(jiān)測、風(fēng)險評價、完整性評價等風(fēng)險管控手段，實現(xiàn)對城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)風(fēng)險的預(yù)控，以期提高城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)安全運行的水平[6-7]。

1 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的進展

1.1 國外相關(guān)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)進展

早在20世紀(jì)70年代美國就開始了油氣管道安全評價與完整性管理，早期主要針對長輸油氣管道，其中長輸管道完整性管理自2001年開始實施，城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理自2011年開始實施[8]。目前，美國擁有全世界最龐大的管道系統(tǒng)，其管道完整性管理分類情況如表1所示。

表1 美國管道系統(tǒng)完整性管理分類表

2009年，美國將城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理要求納入聯(lián)邦法規(guī)，規(guī)定了燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)開展完整性管理的最低要求，要求2011年8月開始所有燃氣企業(yè)必須制訂完整性管理方案，并針對運行的管道實施完整性管理，同時制訂了系列法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和指南用于規(guī)范完整性管理工作[9-12]。

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理標(biāo)準(zhǔn)是實施管道完整性管理的重要指導(dǎo)性文件，為推進完整性工作實施，美國政府部門、行業(yè)協(xié)會等機構(gòu)，從不同角度制訂了標(biāo)準(zhǔn)、指南文件，規(guī)范了燃氣管網(wǎng)完整性管理工作內(nèi)容和要求。其中，以聯(lián)邦法規(guī)P部分《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理》[13]為總綱領(lǐng)性文件，政府主管部門管道和危險材料安全管理局（Pipeline & Hazardous Materials Safety Administration，PHMSA）制訂了《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理實施導(dǎo)則》[14]、《小型液化石油氣完整性管理指南》[15]和《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理檢查手冊》[16]，行業(yè)協(xié)會美國燃氣協(xié)會（American Gas Association，AGA）制訂了《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理指南》[17]等，基本構(gòu)建了城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理標(biāo)準(zhǔn)體系，支撐完整性管理工作的實施。

加拿大城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理的綱領(lǐng)性文件是國家標(biāo)準(zhǔn)《油氣管道系統(tǒng)》（CSA Z662）[18]，該標(biāo)準(zhǔn)在附錄中提出了加拿大開展城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理的目標(biāo)、原則，制訂了工作流程圖和各個環(huán)節(jié)的技術(shù)要求，并提出需要對全部管道和設(shè)施開展完整性管理。與美國的標(biāo)準(zhǔn)體系相比較，加拿大在城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理標(biāo)準(zhǔn)體系方面相對薄弱。

1.2 我國燃氣管網(wǎng)完整性管理進展

2010年以來，我國逐步開展城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理相關(guān)研究工作，基于技術(shù)研究和實踐經(jīng)驗在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面取得了一定的進展，組織編制了《燃氣系統(tǒng)運行安全評價標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50811—2012》[19]、《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)規(guī)程：CJJ/T 215—2014》[20]、《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)施運行、維護和搶修安全技術(shù)規(guī)程：CJJ 51—2016》[21]等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推動了完整性管理的發(fā)展。燃氣企業(yè)方面，中國石油天然氣銷售公司（昆侖能源）、深圳燃氣集團股份有限公司、中國石油西南油氣田分公司、北京燃氣集團有限公司等大型企業(yè)在燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設(shè)與技術(shù)研究方面取得了階段性進展。

中國石油結(jié)合長輸管道完整性管理經(jīng)驗，從2010年開始立項研究城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理，針對燃氣管網(wǎng)體系建設(shè)、風(fēng)險評價、檢測監(jiān)測等關(guān)鍵技術(shù)開展了科技攻關(guān)。編制并發(fā)布了《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理導(dǎo)則：Q/SY 05015—2016》[22]、《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)規(guī)范：Q/SY 05014—2016》[23]、《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道外防腐層檢測技術(shù)規(guī)范：Q/SY 05018—2017》[24]等共9項城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面走在國內(nèi)前列。2017年開始中國石油天然氣銷售公司（昆侖能源）組織開展燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設(shè)、試點與推廣工作。

深圳燃氣集團股份有限公司由其下屬輸配分公司統(tǒng)籌完整性管理工作，經(jīng)過近6年系統(tǒng)推進，制訂了管網(wǎng)完整性數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布體系文件，開發(fā)了完整性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，初步建立了燃氣管網(wǎng)完整性管理體系，實現(xiàn)了管道風(fēng)險預(yù)控管理，提升了燃氣管理安全管理水平，取得燃氣業(yè)務(wù)優(yōu)良安全業(yè)績。完整性管理信息系統(tǒng)建設(shè)方面，建立了完整性管理系統(tǒng)，并結(jié)合GIS系統(tǒng)、建設(shè)期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等信息化手段，統(tǒng)一管理城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、巡檢業(yè)務(wù)、泄漏管理、應(yīng)急預(yù)案。

北京燃氣集團有限公司重點針對燃氣管道完整性管理體系、完整性管理關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)信息的共建共享、老舊燃氣管道升級改造等方面做了較多的研究和實踐工作。開發(fā)了城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理系統(tǒng)和安全風(fēng)險評估系統(tǒng)兩個信息化平臺，用于推進完整性管理工作的實施[25-27]。

2 燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設(shè)

2.1 差異分析

與長輸管道相比，燃氣管網(wǎng)具有明顯不同的特點，詳細對比分析如表2所示。長輸管道是大口徑、高壓力、分支少，一般為鋼質(zhì)管道；而燃氣管網(wǎng)是口徑小、壓力低、分支多，管材包括鋼質(zhì)管道、鑄鐵管道、PE管道等；長輸管道與燃氣管道的損壞方式也不相同，長輸管道主要失效形式是管道破裂，而燃氣管道由于壓力低，主要失效形式是微泄漏或滲漏，這種泄漏難以被管道自身的監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)，一旦泄漏的氣體積累一定時間后，再引起爆炸。綜上所述，城鎮(zhèn)燃氣管道的完整性管理與長輸管道的完整性管理有很大的不同，世界各國也是區(qū)別對待，分步推進。

表2 長輸管道與燃氣管網(wǎng)的差異對比表[28-30]

鑒于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)與長輸管道存在的差異，長輸管道完整性管理的成功經(jīng)驗和技術(shù)手段難以直接應(yīng)用于燃氣管網(wǎng)。燃氣企業(yè)需要根據(jù)燃氣管網(wǎng)的特點和管理現(xiàn)狀，建立適合于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的完整性管理體系，并形成完整性管理技術(shù)方法，通過建立具有城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)特色的完整性管理體系，規(guī)范管理工作中的各項要求。

2.2 燃氣管網(wǎng)完整性體系要點

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)與長輸管道最大的差異是壓力等級和管道材質(zhì)，進而導(dǎo)致主導(dǎo)風(fēng)險因素不同，完整性管理是基于風(fēng)險的管理，基于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)風(fēng)險特性，其完整性管理應(yīng)關(guān)注以下要點。

1）高壓、次高壓管道壓力等級為0.4～4.0 MPa，這兩個等級的燃氣管道與長輸管道比較接近，可參照長輸管道完整性管理工作，借鑒長輸管道完整性管理主要技術(shù)成果。完整性管理核心包括管道本體風(fēng)險管理、地質(zhì)災(zāi)害治理和雜散電流治理等，主要是通過內(nèi)檢測、外檢測、風(fēng)險評價、地質(zhì)災(zāi)害治理、雜散電流排流等手段確保高壓、次高壓管道本體安全，管理手段與長輸管道完整性管理相近。

2）中壓管道主要為聚乙烯管道（PE管），強度較低，交叉施工頻繁，完整性管理核心是防止第三方損壞；同時燃氣管網(wǎng)閥門分支較多，連接頭廣泛分布，管道泄漏和滲漏頻繁發(fā)生?；谏鲜鎏攸c，針對中、低壓管道，通過采取精準(zhǔn)掌握管道中線坐標(biāo)、提高線路巡護質(zhì)量、開展泄漏檢測等手段來控制管道風(fēng)險。

3）將泄漏檢測作為城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理關(guān)鍵工作。長輸管道完整性管理重點工作是控制管道的本體安全，避免管道泄漏事故的發(fā)生。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)由于自身特點要完全避免泄漏的發(fā)生非常困難，且其本身壓力和管徑較低，泄漏危害后果小于長輸管道，因此，燃氣管網(wǎng)完整性管理工作要點要從控制管道泄漏和防止泄漏轉(zhuǎn)化為事故這兩方面開展，即在長輸管道完整性管理基礎(chǔ)上，重視泄漏檢測工作，通過泄漏檢測及時發(fā)現(xiàn)和處置泄漏，避免泄漏演化為火災(zāi)、爆炸等危害事故。通過加強泄漏檢測，采用車檢、人檢等多手段檢測，及時發(fā)現(xiàn)泄漏，避免泄漏擴展為事故[31-32]。

2.3 完整性管理體系構(gòu)成

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理應(yīng)貫穿管道全生命周期，包括設(shè)計、采購、施工、投產(chǎn)、運行和廢棄等各階段。采用風(fēng)險最低、合理可行原則，控制城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)運行風(fēng)險?；趪鴥?nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)風(fēng)險特點和管理重點，確定城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理工作內(nèi)容和流程（圖1）。

圖1 完整性管理工作流程圖

圖1中6個環(huán)節(jié)是完整性管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)對于不同壓力等級的管道都包含不同的技術(shù)要求。在完整性管理工作中，落實上述6個關(guān)鍵環(huán)節(jié)需要5個支持要素，分別為法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、體系文件、支持技術(shù)、系統(tǒng)平臺和組織機構(gòu)。

中國石油為推進燃氣管網(wǎng)完整性管理工作的落實，制訂了完整性管理總體規(guī)劃，研發(fā)了關(guān)鍵支持技術(shù)，制訂了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立了體系文件，體系文件列表見表3。體系文件包括7個方面，13項內(nèi)容，規(guī)范了完整性管理工作要求，統(tǒng)一了工作表單，提出了完整性考核要求，涵蓋完整性管理的主要管理環(huán)節(jié)。

表3 燃氣管網(wǎng)完整性管理體系列表

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理與長輸管道完整性管理不同，顯著特點在于數(shù)據(jù)管理和泄漏管理兩個方面。

數(shù)據(jù)管理方面，數(shù)據(jù)采集需要制訂詳細的數(shù)據(jù)采集管理規(guī)定和數(shù)據(jù)采集模板，明確數(shù)據(jù)采集的要求。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)高壓、次高壓數(shù)據(jù)管理工作與中低壓數(shù)據(jù)管理工作差異較大，在體系建設(shè)中分別采用《高壓次高壓管道數(shù)據(jù)采集管理規(guī)定》和《中低壓管道數(shù)據(jù)采集管理規(guī)定》明確不同壓力等級的數(shù)據(jù)采集要求?；跀?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開展數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)主要包括設(shè)計、施工、運行、檢測、監(jiān)測、評價數(shù)據(jù)等，應(yīng)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫管理建設(shè)期和運行期全生命周期數(shù)據(jù)。

泄漏管理是城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理的主要特點，包括泄漏檢測、泄漏處置和泄漏數(shù)據(jù)管理3個方面（圖2）。通過《燃氣管網(wǎng)泄漏檢測及處置技術(shù)規(guī)定》和《燃氣管網(wǎng)泄漏數(shù)據(jù)管理程序》兩個體系文件規(guī)范泄漏管理的主要工作。其中泄漏檢測是泄漏管理的核心工作，一般包括：泄漏點初檢、定位、風(fēng)險分析、確定泄漏檢測與處置優(yōu)先級、記錄等工作內(nèi)容。泄漏數(shù)據(jù)管理主要包括泄漏失效數(shù)據(jù)采集表單、上報流程、失效庫建設(shè)和統(tǒng)計分析等內(nèi)容。

圖2 泄漏管理圖

2.4 完整性體系實施

基于研發(fā)的完整性體系文件，選取了A、B兩家項目公司開展了完整性管理實踐。A公司共有燃氣管道376.7 km，其中高壓管道28.7 km，中壓管道348 km；包括11個工業(yè)用戶、650個公服用戶、約80 000戶居民用戶。B公司有高壓管道22 km，次高壓管道3 km，中壓管道102 km，低壓管道36 km；包括45個工業(yè)用戶，64個商服用戶，約22 500戶居民用戶。

完整性管理實施以1年為周期，主要包括明確管理部門、體系文件宣貫、實施完整性管理、結(jié)果上報和考核。在明確管理部門和人員后，對完整性管理體系文件的技術(shù)要求進行了系統(tǒng)宣貫，使得各級管理人員和操作人員明確完整性管理目標(biāo)、內(nèi)容、流程、技術(shù)要求和考核要求。按照體系文件技術(shù)要求分別實施了數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險評價、泄漏檢測、管道外檢測等工作內(nèi)容，并按照體系文件統(tǒng)一表單格式，按照規(guī)定時間節(jié)點上報工作完成情況。根據(jù)完整性管理持續(xù)改進的理念，年終對完整性實施情況開展了效能評估和考核。A、B兩家公司在役管道中心線數(shù)字化率、新（改、擴）建管道中心線數(shù)字化率明顯提升，風(fēng)險評價覆蓋率達到100%，管道泄漏檢測覆蓋率和高壓次高壓管道外檢測覆蓋率達到100%，管道泄漏自檢發(fā)現(xiàn)率明顯提升，總體泄漏次數(shù)和第三方施工導(dǎo)致泄漏頻次出現(xiàn)下降趨勢。

通過A、B兩家公司完整性管理的實施，驗證了完整性體系文件的可行性和有效性，并為體系的持續(xù)改進提供了依據(jù)。

2.5 體系建設(shè)經(jīng)驗與啟示

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理是一種新型的管理模式，依托中石油城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理推進工作，建立了統(tǒng)一的體系文件，并依托具體公司實施完整性管理，形成如下建設(shè)經(jīng)驗與啟示。

1）將完整性體系文件納入到QHSE體系。完整性管理體系文件應(yīng)納入到公司QHSE管理體系中，不應(yīng)獨立建立體系，體系文件設(shè)計和編制中注重與現(xiàn)有QHSE體系文件充分結(jié)合。

2）將數(shù)據(jù)管理作為體系文件建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。高度重視燃氣管網(wǎng)全生命周期數(shù)據(jù)采集工作，數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)燃氣管道完整性管理的前提，加強建設(shè)期數(shù)據(jù)收集，綜合竣工資料要求和運營期完整性管理數(shù)據(jù)需求，制訂燃氣管道建設(shè)期管道數(shù)據(jù)收集標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)管道數(shù)據(jù)的源頭采集，保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3）基于風(fēng)險特點設(shè)置體系文件。深入分析高壓、次高壓和中壓燃氣管網(wǎng)的主要風(fēng)險特點，明確燃氣管網(wǎng)完整性管理的重點，是實現(xiàn)燃氣管道完整性管理的關(guān)鍵。對高壓、次高壓燃氣管網(wǎng)，充分借鑒長輸管道完整性管理成熟做法，開展風(fēng)險識別、內(nèi)檢測和腐蝕控制等措施，主要防控預(yù)防泄漏發(fā)生；對中低壓燃氣管網(wǎng)，主要管控第三方損壞。開展PE管道中心定位和泄漏檢測工作，及時發(fā)現(xiàn)泄漏點，及時處置，防止泄漏事件演變?yōu)槭鹿省?/p>

4）將體系文件內(nèi)容固化到信息系統(tǒng)。重視管道管理完整性信息系統(tǒng)建設(shè)，將體系文件中規(guī)定的各項工作落實到信息系統(tǒng)中。完整管理業(yè)務(wù)涉及到的信息系統(tǒng)一般包括生產(chǎn)運行系統(tǒng)（壓力監(jiān)測、輸量管理）、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、完整性管理系統(tǒng)（側(cè)重地圖查詢、信息查詢和業(yè)務(wù)辦理填報）、GIS系統(tǒng)（側(cè)重數(shù)據(jù)維護和分析評價）和巡檢系統(tǒng)等，根據(jù)完整性管理工作各個環(huán)節(jié)的不同，將體系文件中內(nèi)容分別落實到不同的信息系統(tǒng)中，為實現(xiàn)燃氣管道完整性有效管理提供系統(tǒng)支持。

5）要對體系持續(xù)改進。持續(xù)改進是完整性管理的重要特點，要結(jié)合國家法律、法規(guī)和相關(guān)企業(yè)的要求，每年至少開展一次QHSE體系中完整性管理業(yè)務(wù)文件的內(nèi)部審核，分析其有效性和實用性，并制訂改進措施，持續(xù)改進QHSE體系中完整性管理業(yè)務(wù)相關(guān)程序文件和作業(yè)文件。

3 結(jié)論

1）完整性管理是保障燃氣管網(wǎng)安全運行的有效手段，國外在城鎮(zhèn)燃氣完整性管理方面已經(jīng)建立了法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，并且將完整性管理作為管控燃氣管網(wǎng)風(fēng)險的主要手段，國內(nèi)燃氣企業(yè)近年來也開展燃氣管網(wǎng)完整性管理研究與實踐工作，并取得了階段性進展。

2）通過系統(tǒng)研究和實踐，確定城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理主要工作，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集與管理、風(fēng)險評價、泄漏管理、管道檢測與評價、維修維護、效能評價與考核等6個關(guān)鍵環(huán)節(jié)；上述工作的落實需要法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、體系文件、支持技術(shù)、系統(tǒng)平臺和組織機構(gòu)等5個支持要素。

3）結(jié)合燃氣管網(wǎng)完整性管理工作需要，建立了燃氣管網(wǎng)完整性管理體系，包含13項體系文件，并重點對數(shù)據(jù)管理和泄漏管理兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)體系文件進行了詳細闡述。

4）總結(jié)了燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設(shè)經(jīng)驗，包括：完整性體系文件納入到QHSE體系、將數(shù)據(jù)管理作為體系文件建設(shè)的重要環(huán)節(jié)、基于風(fēng)險特點設(shè)置體系文件、將體系文件內(nèi)容固化到信息系統(tǒng)、對體系持續(xù)改進等。