海底管道完整性管理方法概述

＊周大可

（中國石油天然氣管道工程有限公司 河北 065000）

1.海底管道完整性管理的概念

海底管道完整性是指海底管道系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)，能夠在承受各種荷載的情況下正常操作，始終保持安全有效地輸送介質(zhì)。海底管道完整性的具體含義包括以下三個方面：管道的自身狀態(tài)和使用功能安全可靠；運營商能夠全面獲取管道全生命周期內(nèi)的運行情況；持續(xù)采取措施控制風(fēng)險，避免各類事故的發(fā)生。

海底管道完整性管理的定義是：管道運營企業(yè)為了保持海底管道的完整性，采取一系列經(jīng)濟高效的管理活動保證安全運行，將海底管道的風(fēng)險水平控制在合理可控的范圍內(nèi)。

海底管道完整性管理的目的是：識別和評價海底管道全生命周期內(nèi)的風(fēng)險因素，制定相應(yīng)對策進行調(diào)整；做好典型事故應(yīng)急預(yù)案并加強演練，避免出現(xiàn)突發(fā)事件時處理不當，造成經(jīng)濟損失和人員傷害；確保海底管道系統(tǒng)安全運行，以保障公共設(shè)施、環(huán)境和財產(chǎn)安全。

2.海底管道完整性管理發(fā)展現(xiàn)狀

(1)海底管道完整性管理工程背景

由于海上復(fù)雜多變的環(huán)境條件影響，海底管道經(jīng)常出現(xiàn)失效、損傷和破壞等一系列風(fēng)險因素，導(dǎo)致其安全性和經(jīng)濟性面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

國外方面，根據(jù)英國石油管理局（OGA）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2000年，北海在役的鋼制管道、柔性管道和管道附件的事故共計396起，其中鋼制管道事故209起。美國礦產(chǎn)管理局（MMS）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在1967年至1987年，墨西哥灣海底管線失效事故共計690起，平均每年失效事故35起。

國內(nèi)方面，在1986年至2016年，中海油在國內(nèi)海域共鋪設(shè)315條海底管道，在投入運營的30年間共發(fā)生51起事故，原因主要為腐蝕、工程質(zhì)量、第三方破壞和自然災(zāi)害等四個方面。

(2)海底管道完整性管理產(chǎn)業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國際上大部分油氣管道運營商通過自主研究、合作開發(fā)和兼并購買等方式建立了自己的海底管道完整性管理系統(tǒng)，在實際工程應(yīng)用中不斷積累作業(yè)信息和數(shù)據(jù)，同時從技術(shù)服務(wù)公司引入先進技術(shù)，持續(xù)進行改進和優(yōu)化。

國內(nèi)海底管道完整性管理技術(shù)還處于起步階段。中海油蓬萊19-3油田的海底管道是國內(nèi)海上油田首個采用資產(chǎn)運營完整性管理的海底管道。中海油自2008年啟動海底管道完整性管理研究項目，初步建立了海底管道的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。目前正在研發(fā)包括數(shù)據(jù)管理、風(fēng)險評價、管道內(nèi)外檢測、穩(wěn)定性分析、懸跨分析和位移分析等功能的海底管道完整性管理系統(tǒng)。近年來，中石油累計投入超過1億元進行管道完整性管理軟件的研發(fā)，目前軟件系統(tǒng)已經(jīng)在陸上長輸管道中成功應(yīng)用[1]。2020年7月，中石油香港支線海底管道完整性管理系統(tǒng)上線，實現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、風(fēng)險管理、二維和三維地圖管理、作業(yè)管理、應(yīng)急管理、HSE管理及計量管理等主要功能。

我國目前擁有海底管道6000多公里。其中，超過5000km的海底管道自投產(chǎn)以來未進行過任何清管和通球等基本的維護作業(yè)。超過1000km的海底管道無法實現(xiàn)內(nèi)檢測作業(yè)。隨著在役年限的增加，海底管道的安全風(fēng)險持續(xù)升高，運營成本逐步增加，因此完整性管理逐漸開始引起相關(guān)企業(yè)的重視。

(3)海底管道完整性管理相關(guān)標準和規(guī)范

目前，國外相關(guān)公司和機構(gòu)針對陸上管道的完整性管理建立了比較完備的標準和規(guī)范。API 1160-2201《危險液體管道完整性管理系統(tǒng)》、ASME B31.8S《輸氣管道的完整性管理系統(tǒng)》以及相關(guān)的法律法規(guī)，都給出了陸上管道完整性管理的任務(wù)范圍、工作流程和具體的實施方法[2]。

針對海底管道完整性管理的相關(guān)標準和規(guī)范較少，DNVOS-F101《海底管道系統(tǒng)》最先建立了海底管道完整性管理體系，提出在概念開發(fā)、設(shè)計和建造階段建立完整性體系的過程中需要考慮的主要影響因素。DNVGL-RP-F116《海底管道系統(tǒng)完整性管理推薦做法》主要描述海底管道在操作階段的綜合流程，包括風(fēng)險識別、計劃、監(jiān)測、檢測和維護工作，并針對鋼制海底管道和附屬構(gòu)件，提出了海底管道完整性管理的推薦做法[3]。但規(guī)范中沒有考慮上部控制、化學(xué)藥劑系統(tǒng)和影響管道系統(tǒng)完整性的閥門等部分的維護活動。2015年，國家能源局發(fā)布了等同采用DNV-RP-F116的標準SY/T 7342-2016[4]作為國內(nèi)石油天然氣行業(yè)的推薦標準，為海底管道系統(tǒng)全生命周期的完整性管理提供技術(shù)要求。2017年，ISO（國際標準化組織）批準正式發(fā)布了ISO 19345-2 《管道完整性管理規(guī)范—第2部分：海洋管道全生命周期完整性管理》，針對海洋管道提出了完整性管理的具體要求和推薦建議，涵蓋了管道設(shè)計、施工、投產(chǎn)、運行、維護和廢棄等全生命周期的各個階段。

3.海底管道完整性管理體系

海底管道完整性管理體系是對海底管道完整性管理工作的組織、管理、控制和支持的總則，是運營商資產(chǎn)管理的一部分，并在實際生產(chǎn)過程中不斷總結(jié)、更新和改進。體系文件應(yīng)覆蓋文件和數(shù)據(jù)管理、前期研究、工程建設(shè)、運營維護、廢棄管理、績效考核與改進等不同階段。根據(jù)建立完整性管理體系的基本原則和要求，結(jié)合海底管道施工和運營過程的特點，提出海底管道完整性管理體系。具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 完整性管理體系

海底管道完整性管理體系包括組織管理、文件和數(shù)據(jù)、核心過程和價值提升四個方面的內(nèi)容。其中，管理體系規(guī)定了完整性管理工作的總體方針，并指導(dǎo)整體工作的計劃和開展；文件和數(shù)據(jù)包含了完整性管理工作全過程中遵循的技術(shù)標準以及匯總的相關(guān)文件和數(shù)據(jù)庫；核心技術(shù)明確了海底管道全生命周期內(nèi)不同階段的技術(shù)方案，包含詳細的工作計劃和方法；價值提升是對各階段和整體的完整性管理工作進行評估，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗并持續(xù)改進和提升。

4.海底管道完整性管理方法

(1)海底管道完整性管理工作范圍和流程

海底管道完整性管理工作是涉及規(guī)劃、執(zhí)行、評估和記錄等方面長期的不斷循環(huán)的過程，其范圍主要包括建立完整性和維護完整性兩方面內(nèi)容。建立完整性是指在海底管道前期研究階段和工程建設(shè)階段進行設(shè)計審查和風(fēng)險評估，從而制定完整性管理計劃。維護完整性是指在海底管道從試生產(chǎn)到運營維護再到廢棄階段，通過檢測和試驗進行數(shù)據(jù)的采集與整合，并根據(jù)完整性評估結(jié)果對管道進行干預(yù)和維修。

海底管道完整性管理工作的具體流程如圖2所示。

圖2 全生命周期內(nèi)完整性管理工作范圍

(2)海底管道完整性管理關(guān)鍵技術(shù)

海底管道完整性管理過程主要包括四項關(guān)鍵技術(shù)：風(fēng)險評估、檢測監(jiān)測、完整性評價和維修維護。如圖3所示，在具體工作實施過程中，上述技術(shù)需要在海底管道全生命周期的各個階段循環(huán)執(zhí)行，各項技術(shù)之間具有較強的關(guān)聯(lián)性。

圖3 海底管道完整性管理關(guān)鍵技術(shù)

①風(fēng)險評價技術(shù)

風(fēng)險評估是指，通過了解管道系統(tǒng)在生命周期受到的威脅和風(fēng)險，從而允許操作人員關(guān)注完整性管理活動，防止和減緩失效。其主要目的是確保管道系統(tǒng)服役期內(nèi)設(shè)計階段的安全水平。風(fēng)險評估的具體過程為，首先建立設(shè)備范圍，包括可能危及系統(tǒng)完整性的所有管道設(shè)備和相關(guān)部件。收集并整合數(shù)據(jù)信息，用于識別可能發(fā)生的危險情況。最常見的海底管道風(fēng)險主要包括腐蝕/侵蝕、第三方風(fēng)險、結(jié)構(gòu)風(fēng)險、自然災(zāi)害的風(fēng)險以及操作不當?shù)娘L(fēng)險。完成對管道系統(tǒng)的風(fēng)險識別和數(shù)據(jù)收集之后，便可進行風(fēng)險評估工作，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)和資料，按照文檔化流程實施風(fēng)險評估。最后根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果建立和執(zhí)行完整性管理流程。

②檢測監(jiān)測技術(shù)

檢測和監(jiān)測是為收集作業(yè)數(shù)據(jù)以及表明部件狀態(tài)的其他類型信息所采取的狀態(tài)監(jiān)測活動。檢驗和監(jiān)測的具體過程為，在工作開始前應(yīng)根據(jù)工程情況制定詳細的檢測計劃，包括規(guī)格書、作業(yè)流程、設(shè)備采辦和人員安排等要素。然后進行檢測作業(yè)并編制初步的檢測報告，最后對報告和文件中收集數(shù)據(jù)進行質(zhì)量評估。

檢測和監(jiān)測技術(shù)水平?jīng)Q定了海底管道完整性評價的準確性，檢測和監(jiān)測技術(shù)的關(guān)鍵是提高測量數(shù)據(jù)的精度，獲取有效的分析結(jié)果。目前，采用高精度的在線檢測技術(shù)、缺陷實時監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集并結(jié)合衛(wèi)星通信技術(shù)、紅外遙感技術(shù)、GIS等現(xiàn)代先進信息技術(shù)等，可以實現(xiàn)快速準確地獲取數(shù)據(jù)。同時，操作人員應(yīng)建立可靠的信息處理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行分析和控制，提高其動態(tài)性和完整性[5]。

檢測和監(jiān)測方案需要結(jié)合風(fēng)險評價結(jié)果確定，對于高風(fēng)險的位置或區(qū)域，適當提高檢測范圍和次數(shù)，能夠盡早發(fā)現(xiàn)問題并及時上報。對于低風(fēng)險的位置或區(qū)域，可以考慮減小檢測次數(shù)和范圍，在保證安全生產(chǎn)的前提下降低成本。

③完整性評估技術(shù)

完整性評估是指以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合腐蝕速率、侵蝕速率、裂紋擴展和拖網(wǎng)頻率等預(yù)測模型，對已經(jīng)發(fā)生的損壞和異常或事故的潛在風(fēng)險進行評估。完整性評估的具體過程為，針對評價的對象以及相關(guān)數(shù)據(jù)資料，結(jié)合危險因素確定相應(yīng)的評估方法和計劃，最終按照計劃的時間節(jié)點進行評估。

完整性評估技術(shù)的關(guān)鍵在于，針對不同的損壞和異常情況，選擇合理方法進行評估。表1中給出了海底管道常見的不同類型損傷的完整性評估方法。

表1 海底管道不同類型損傷完整性評估方法

在海底管道完整性評估過程中，每種損壞和異常情況都具有不同的特點。作業(yè)人員應(yīng)該融入具體的知識理論和技術(shù)方案，完善各種損傷類型的評價方法體系，提高完整性評估結(jié)果的科學(xué)性和有效性。

④維修維護技術(shù)

維修維護是指通過加強或替換管道受損部位，使受損管道系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的完整性重新符合相關(guān)要求。維修維護的主要過程為，首先根據(jù)管道受損情況制定詳細操作計劃，由具備相關(guān)經(jīng)驗和資質(zhì)的人員按照批準的程序執(zhí)行相關(guān)工作，最后針對完成修復(fù)的管道部分進行完整性和功能性的認證，包括無損檢測程序、通過試驗點進行的局部泄露試驗以及記錄的關(guān)鍵參數(shù)等。DNVGL-RP-F113《海底管道維修》中給出了管道修復(fù)部分完整性和功能性的認證程序。

維修和維護應(yīng)按照完整性評估結(jié)果實施，根據(jù)管道發(fā)生風(fēng)險的可能性和受損程度判斷是否需要采取相應(yīng)措施。同時，維修和維護作業(yè)方案也將影響下一階段風(fēng)險評估和檢測監(jiān)測計劃。對于重建或大修的管道，考慮延長風(fēng)險評估周期和檢測頻次，降低運營成本。對于不實施維修或進行簡單維修的管道，需要提前進行風(fēng)險評估和檢測以降低出現(xiàn)風(fēng)險的可能性。

5.結(jié)語

海底管道完整性管理工作有助于降低管道全生命周期內(nèi)的風(fēng)險，提高管道設(shè)備設(shè)施管理水平。針對海底管道完整性管理工作的開展提出以下幾點建議：

（1）完整性管理工作涉及大量海底管道工程領(lǐng)域相關(guān)的理論和技術(shù)，在具體實施過程中應(yīng)根據(jù)工程實際情況，不斷引入新技術(shù)和新方法，提高海底管道完整性管理的技術(shù)質(zhì)量。

（2）開發(fā)全面系統(tǒng)的完整性管理工具，實現(xiàn)全生命周期內(nèi)工作內(nèi)容的集成及信息化管理，提升海底管道完整性管理水平。

（3）進一步完善相關(guān)法律法規(guī)和標準規(guī)范體系，更加全面和系統(tǒng)地對海底管道完整性管理工作進行約束和指導(dǎo)，優(yōu)化工作方法和流程，保證海底管道的完整性和安全性。