西三線閩粵支干線天然氣管道完整性研究

張 衡，程 彥，曹海濤，李 帆，靳奇軍，謝學(xué)斌

(中國石油管道局工程有限公司油氣儲庫分公司，河北 廊坊 065000)

天然氣采用管道運輸具有花費較少、速度較快、操作方便、可以在不同環(huán)境下運行的好處，隨著管道在輸送天然氣的項目的比重越來越大，相關(guān)企業(yè)對采用管道輸送流體方面的技術(shù)要求也越來越高，并且我國的油氣輸送管道的建設(shè)也在全國各地緊鑼密鼓的施工。迄今為止，我國石油與天然氣管道鋪設(shè)的距離已經(jīng)達(dá)120000 km。但由于當(dāng)?shù)厣钏降南拗坪途用袢罕娙狈ψ匀画h(huán)境保護(hù)的意識等因素，生活生產(chǎn)中排出的含有化學(xué)物質(zhì)的液體、廢棄的殘渣和某些污染物質(zhì)沒有按規(guī)定排放到環(huán)境中，這樣會使得管道所處周圍的環(huán)境會產(chǎn)生酸堿性。天然氣管道主要因為長時間被土壤覆蓋，不論是內(nèi)部管壁，還是管道外部的防腐層都存在諸多因素限制管道良好的運行效果。天然氣管道的鋼性材質(zhì)與輸送流體的腐蝕性是管道發(fā)生腐蝕事故的內(nèi)在因素，管道周圍的優(yōu)劣環(huán)境是管道發(fā)生腐蝕事故的外在因素[1]。

1 管道完整性管理的研究背景及意義

1.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

表1 近年來國內(nèi)外油氣輸送管道事故統(tǒng)計

中國在20世紀(jì)90年代初期，由國家機(jī)械工程部門與化學(xué)工程部門共同舉辦的“壓力容器缺陷評定規(guī)范”編制研討會，來自各地的四十幾家單位參加了該會議，形成了CV-DA-1996規(guī)范。至2000年之前，國內(nèi)對管道完整性評價方法的研究也取得了顯著的進(jìn)步，CV-DA-1996規(guī)范已經(jīng)滿足不了大部分工程實例的要求。國家實施“十一五”計劃時期，由國家建設(shè)工程部門組織來自全國各地許多家單位參加了“應(yīng)用中鍋爐容器的壓力安全評估”與“容器防止爆炸技術(shù)研究”等研討會，主要研究了壓力容器失效的后果，初步確定了規(guī)程SAPV-00。國家實施“十一五”計劃時期，由國家建設(shè)工程部門繼續(xù)開展“運行中的壓力管道風(fēng)險評估”與“關(guān)于壓力管道壽命預(yù)測技術(shù)的研究”等重點項目[2]。

1.2 管道完整性管理

管道完整性管理PIM(Pipeline Integrity Management)，是管道沿線數(shù)據(jù)對管道正常運行影響因素進(jìn)行統(tǒng)一的完整性管理，石油與天然氣輸送管道在輸送流體的過程中，管道會遇到來自不同方面的影響和潛在不安全和風(fēng)險，進(jìn)而根據(jù)數(shù)據(jù)信息來確定相應(yīng)避免事故發(fā)生的方案，不斷確定事故的類型和發(fā)生分機(jī)率，還隨時修正對管道有著不利影響因素的相關(guān)參數(shù)，從而將石油與天然氣輸送管道在運行當(dāng)中存在的事故的因素限制在合理的可接受的范圍內(nèi)[3]。

通過檢各種方式方法來檢測管道的安全性能，采集管道沿線的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而做出完整的管道安全評價，對即將對管道構(gòu)成危險的因素進(jìn)行檢查與管理，由此可以對管道失效進(jìn)行合理的風(fēng)險評估，最終達(dá)到提前判斷危害存在的位置依據(jù)影響因素以及盡可能的避免管道事故的發(fā)生、實現(xiàn)安全節(jié)能地保證石油與天然氣輸送管道運行的狀態(tài)。

2 基于Web GIS的管道完整性管理

2.1 基于Web GIS數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用

基于Web GIS系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)了用戶與用戶之間的聯(lián)系和操作，充分實現(xiàn)了系統(tǒng)所需要表達(dá)范圍的廣度，無論是管理員還是用戶可以隨時進(jìn)行信息交流的動態(tài)服務(wù)[4]。

基于Web服務(wù)系統(tǒng)把軟件內(nèi)部幫助功能變得更加簡單易懂，讓運營商每個部門的管理人員能夠借助網(wǎng)頁頁面了解使用者，也能讓使用者從網(wǎng)頁上面的功能得到整個管道的運行狀況，此項功能使得管道完整性系統(tǒng)的建立變得可靠，為用戶和管理員提供了對管道運行安全監(jiān)測有一個穩(wěn)定良好的系統(tǒng)環(huán)境。

基于Web服務(wù)系統(tǒng)可以保證管道完整性的運行效率。從當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的角度分析，只有基于Web GIS能使得廣泛的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一起來，還可以讓運營企業(yè)的管理者們隨時地瀏覽需要的數(shù)據(jù)信息，并且還能讓管道運輸企業(yè)與管道沿線的維修人員瀏覽與該相關(guān)項目的信息和數(shù)據(jù)[5]。

2.2 Web GIS數(shù)據(jù)庫在管道企業(yè)與項目的應(yīng)用

隨著我國長距離石油與天然氣輸送管道總長度的不斷累加，管道事故率也越來越大，所以相關(guān)管理的規(guī)章制度和相關(guān)的法律法則等都有了比較明確的標(biāo)準(zhǔn)。國家工業(yè)與環(huán)境保護(hù)部門和諸多大型的石油單位也都頒布了很多相關(guān)的規(guī)章制度，在借鑒歐美高新科技與人性化管理系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，也在進(jìn)一步完善中國的油氣管道完整性管理體系。

每個管道運營企業(yè)都應(yīng)該有自己特有的管道完整性基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)，這些系統(tǒng)應(yīng)用一點開發(fā)好并部署完畢，幾乎很難在制定，當(dāng)用戶或者運行商本身要融入新的電子商務(wù)流程的時候，就需要為新增加的用戶群提供好訪問的界面，這些應(yīng)用的每一次更改都有特定的程序員來完成，因此，這樣確立起來的電子商務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的實際運營模式很難讓關(guān)于管道的管理程序體現(xiàn)穩(wěn)定的可持續(xù)增長的性質(zhì)，甚至?xí)斐少M用上和成本上的加倍劇增，在先前出現(xiàn)的Web管理軟件主要應(yīng)用了EDI，內(nèi)容服務(wù)期，EAI(Enterprise Application Integration)等，以及為那些創(chuàng)建企業(yè)管理系統(tǒng)和其他商務(wù)管理系統(tǒng)而設(shè)計的專門解決的方案都無法解決這個問題[6]。

2.3 Web GIS數(shù)據(jù)庫在管道完整性的應(yīng)用

石油與天然氣輸送管道的完整性管理在中國實施運用以來，取得了非常顯著的效果。由于各個管道的運營企業(yè)在地理地域方面相對比較遠(yuǎn)，因此長距離石油與天然氣管道輸送的整體的研究和一致性的管理具有相當(dāng)大的困難，致使管道完整性的管理在實施過程中很難達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為了尋求這種管理差異性的衡量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以及各種存在于管道完整性管理進(jìn)行中缺陷的發(fā)現(xiàn)，管道失效的風(fēng)險評價工作在管道運行中的開展無法避免的進(jìn)行[7]。

管道失效后果及風(fēng)險評估比較注重于管道運行中各個危險因素對安全的影響，基于Web GIS數(shù)據(jù)庫的管道完整性管理與傳統(tǒng)的能效管理的理念有著本質(zhì)上的不同，SY/T6621-2005指出，基于Web GIS數(shù)據(jù)庫對油氣管道完整性管理系統(tǒng)的研究，不但有利于油氣輸送管道運行的穩(wěn)定性和安全性是否得到有效提高，而且還使得管道施工企業(yè)確定完整性管理程序的所有目標(biāo)是否實現(xiàn)的能力。國內(nèi)對管道失效后果與風(fēng)險評估的研究長時間處于初步時期，至今還未推出非常完善的考核系統(tǒng)與規(guī)范，目前國家與企業(yè)大多注重對油氣輸送管道完整性投入的科學(xué)技術(shù)資源與技術(shù)投資帶來的實際經(jīng)濟(jì)利潤之間關(guān)系的開發(fā)與研究[8]。

3 西三線閩粵支干線基于Web GIS的管道完整性管理系統(tǒng)設(shè)計

3.1 閩粵支干線管道完整性總體設(shè)計

基于Web GIS 的管道完整性設(shè)計總體主要按照服務(wù)對象的要求，主要包含如下幾項性能：(1)天然氣管道沿線數(shù)據(jù)的收集；(2)關(guān)于管道位置的二維及三維地理圖像的繪制編輯；(3)關(guān)于管道沿線完整性管理結(jié)論的顯示；(4)關(guān)于管道不同工況和條件下管理的最優(yōu)判定等[9]。

3.2 閩粵支干線管道完整性管理流程

管道完整性的管理是一種可以智能便捷的管理、能夠?qū)崿F(xiàn)隨著閩粵支干線管道沿線不同條件的變化來適時地進(jìn)行改進(jìn)的體系。管道完整性管理系統(tǒng)還必須定期地進(jìn)行功能測評和程序修改，以便可以適應(yīng)閩粵支干線天然氣輸送管道運行的各項參數(shù)數(shù)據(jù)要求以及管道周圍環(huán)境的變化，管道完整性管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫也要及時的的檢查更新。

通過定期的進(jìn)行系統(tǒng)的功能測評，天然氣管理企業(yè)可以及時的應(yīng)用最先進(jìn)的技術(shù)和手段進(jìn)行對管道事故風(fēng)險的檢測，從而確定最有效也最及時的處理方案。除此之外，還必須進(jìn)行管道風(fēng)險的再評估再評價，最終實現(xiàn)實施完整性管理之后的管道最佳的運行效果，進(jìn)而實現(xiàn)管道完整性管理的安全穩(wěn)定的進(jìn)行[10]。

3.3 閩粵支干線管道完整性系統(tǒng)模擬測試

閩粵支干線第一標(biāo)段總長113 km，管徑 D813 mm，材質(zhì) L485 M，設(shè)計壓力10 MPa，實際運行壓力9 MPa，采用半滲透檢測管道的方法對閩粵支干線天然氣管道進(jìn)行檢測，利用GIS采集的天然氣管道的完整性基本數(shù)據(jù)，對其中的90～100 km段進(jìn)行完整性評價。

系統(tǒng)的運算公式和數(shù)據(jù)計算過程都在軟件后臺運行，企業(yè)管理方只需在相應(yīng)的界面點擊按鈕和選項就可以操作相關(guān)的進(jìn)程，最終的結(jié)果會在輸出界面顯示出來，并且還有保存圖片或者連接打印的功能。

表2 金屬損失缺陷統(tǒng)計表

圖1 內(nèi)部金屬損失里程分布圖

通過管道內(nèi)外金屬損失缺陷的檢測成果統(tǒng)計表可得知在90～100 km段內(nèi)，天然氣管道外部有兩處金屬損失，金屬損失對天然氣管道的安全性能影響很大，并且周圍環(huán)境的腐蝕性會加速管道金屬損失的速率。

4 結(jié) 論

針對西三線閩粵支干線天然氣管道沿線距離較長，沿線環(huán)境變化較大的特點，本文基于Web GIS管道完整性管理系統(tǒng)，采取劃分管段的方法，以其90～100 km分段為例進(jìn)行研究，對該段管路的進(jìn)行了第三方破壞，腐蝕與泄漏，火災(zāi)與爆炸的綜合性的風(fēng)險評估，之后把該分段的評估數(shù)值加到一起，得出一個完整的風(fēng)險評估結(jié)果。不但確定了管道存在風(fēng)險的位置，并且為管道安全運行提供便捷的管理與可靠的依據(jù)。

長距離天然氣輸送管道的完整性評估與管理是可持續(xù)發(fā)展的研究課題項目，需要廣大學(xué)者與研究人員的共同努力，要不斷的更新失效管道事故的數(shù)據(jù)庫，相關(guān)的規(guī)章制度也應(yīng)該趨于完善，管道在運行當(dāng)中各個細(xì)節(jié)部分也要求工作人員嚴(yán)格注意，要及時的進(jìn)行維護(hù)與預(yù)防。