從系統(tǒng)控制理論談天然氣管道運(yùn)輸安全管理

許 潔，戴一偉

(中國(guó)石油北京天然氣管道有限公司，北京 100101)

天然氣作為清潔能源體系的主體能源之一，在國(guó)家能源戰(zhàn)略綠色發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展和人民生活水平的日益提高，天然氣消費(fèi)需求量將越來(lái)越大，據(jù)預(yù)計(jì)，2025年我國(guó)天然氣需求量將達(dá)到4 400×10m，年均增幅6.6%。近年來(lái)，我國(guó)天然氣管道運(yùn)輸安全事故時(shí)有發(fā)生，究其原因，主要還是由于安全管理上存在一定的缺陷和漏洞所致。本文立足于天然氣管道運(yùn)輸，從控制理論出發(fā)，系統(tǒng)分析了影響安全的主要因素，提出了安全管理措施。

1 系統(tǒng)控制理論及天然氣管道運(yùn)輸安全影響因素分析

系統(tǒng)控制理論指出，一個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生往往不是孤立的現(xiàn)象，而是系統(tǒng)內(nèi)某部分出現(xiàn)問(wèn)題，產(chǎn)生相互作用的結(jié)果。只有找出這些相關(guān)問(wèn)題，分清主次，才能得到預(yù)期的結(jié)果。一旦問(wèn)題出現(xiàn)負(fù)效益和有害的信號(hào)反饋時(shí)，就要及時(shí)修復(fù)和處理，使系統(tǒng)始終能夠保持安全穩(wěn)定的狀態(tài)。這一思想和方法在天然氣管道運(yùn)輸中對(duì)安全系統(tǒng)功能分析、危險(xiǎn)辨識(shí)與控制、不安全行為與失誤操作的預(yù)防與控制、人機(jī)適配系統(tǒng)優(yōu)化等方面具有重要的意義。只有全面掌握運(yùn)營(yíng)工況、找出影響天然氣管道運(yùn)輸安全因素，才能有效預(yù)防隱患、排除隱患，才能確保管道運(yùn)輸長(zhǎng)治久安?；谝陨侠碚?，筆者認(rèn)為，影響天然氣管道運(yùn)輸安全的因素主要來(lái)自于3個(gè)方面：一是管道建設(shè)自身存在的局限，二是不良的自然環(huán)境、自然災(zāi)害，三是管理缺失、人為違章作業(yè)。

1.1 管道建設(shè)與管理自身存在的局限(自身因素)

人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)總是有局限，同時(shí)也是一個(gè)逐步加深的過(guò)程。也正如此，對(duì)天然氣管道運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)及其規(guī)律的認(rèn)識(shí)難以做到盡善盡美，一定會(huì)存在認(rèn)識(shí)不到位的領(lǐng)域，這也是天然氣管道運(yùn)輸過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)內(nèi)腐、運(yùn)行不穩(wěn)、泄漏、爆破等問(wèn)題或事故的一個(gè)重要原因。比如，對(duì)地下采出的可燃?xì)怏w成分、運(yùn)輸介質(zhì)的質(zhì)量、特性、長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)牧鲃?dòng)規(guī)律以及流動(dòng)氣體與管道材質(zhì)的作用機(jī)理等的認(rèn)識(shí)不夠；對(duì)管道材質(zhì)選取和工藝加工、制管質(zhì)量的抗壓性、抗腐性和經(jīng)濟(jì)成本考慮不周；方案設(shè)計(jì)沒(méi)有兼顧到所有影響因素，存在有缺陷、有取舍；體系管理的完備性不夠，尤其一些關(guān)鍵性要求有短板、有漏項(xiàng)；工程標(biāo)準(zhǔn)制定的科學(xué)性和施工質(zhì)量、安裝技術(shù)、員工素質(zhì)等的欠缺。這些都有可能由于認(rèn)知上的局限或條件上的限制或?qū)κ挛锏陌l(fā)展規(guī)律、機(jī)理掌握不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致天然氣管道運(yùn)輸自身存在安全隱患。

1.2 不良的自然環(huán)境與災(zāi)害(自然因素)

天然氣管道運(yùn)輸路線長(zhǎng)，需要穿山涉水，需要經(jīng)受寒冬酷暑，沿途地質(zhì)地貌、地區(qū)環(huán)境各異，情況復(fù)雜，自然災(zāi)害(如地震、洪水、泥石流等)時(shí)有發(fā)生，這種不良的自然環(huán)境或突發(fā)性的自然災(zāi)害經(jīng)常會(huì)給管道運(yùn)輸帶來(lái)破壞。

1.3 管理缺失、違章作業(yè)(人為因素)

事實(shí)表明，很多事故大都是盲目性和隨意性造成的。比如，對(duì)已有的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不徹底，生產(chǎn)過(guò)程中存在“低標(biāo)準(zhǔn)、老毛病、壞習(xí)慣”現(xiàn)象，有章不循、違章指揮、違規(guī)操作、專業(yè)管理不到位等；維護(hù)維修保養(yǎng)不及時(shí)，設(shè)備超期服務(wù)、“帶病”工作；第三方在管道上方和沿著管道進(jìn)行的各種作業(yè)活動(dòng)，無(wú)意間破壞管道，造成電纜斷纜；特殊作業(yè)管理、承包商管理不到位，未嚴(yán)格落實(shí)安全管理主體責(zé)任，對(duì)承包商的誠(chéng)信考核和懲戒機(jī)制流于形式；個(gè)別不法分子法制觀點(diǎn)淡薄，存在打孔、偷氣行為等等。這些都是人為因素帶來(lái)的安全隱患。

以上3個(gè)方面的安全影響因素既相互包含又相互獨(dú)立，既有管道運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)部建設(shè)與管理的自身因素，也有管道運(yùn)輸系統(tǒng)外部的不良干擾因素。既有客觀上的也有主觀上的，它們是造成安全隱患的主要原因。自身影響因素少了，抵御自然災(zāi)害和人為事故的能力就會(huì)增強(qiáng)；人為因素少了，管理科學(xué)完備了，預(yù)防自然災(zāi)害和克服自身缺陷的能力就會(huì)提高?？傊?，在安全管理上，克服自身因素是基礎(chǔ)，預(yù)防自然因素是前提，減少人為因素是關(guān)鍵。

2 天然氣管道運(yùn)輸安全管理措施

因素分析和信息采集是系統(tǒng)控制論的核心內(nèi)容。通過(guò)對(duì)影響天然氣管道運(yùn)輸安全3個(gè)方面因素的分析，不難發(fā)現(xiàn)要確保天然氣管道運(yùn)輸安全、高效，必須科學(xué)設(shè)計(jì)運(yùn)行方案，夯實(shí)運(yùn)行硬軟件建設(shè)，強(qiáng)化內(nèi)部管理，不斷增強(qiáng)安全預(yù)防、安全信息監(jiān)測(cè)、安全信息反饋、調(diào)節(jié)控制能力，確保系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，最大限度減少自身因素，科學(xué)精準(zhǔn)預(yù)防自然因素，堅(jiān)決杜絕人為因素。

2.1 科學(xué)設(shè)計(jì)方案，高質(zhì)量制管施工

日本質(zhì)量管理大師田口玄一認(rèn)為：“產(chǎn)品質(zhì)量首先是設(shè)計(jì)出來(lái)的，其次才是制造出來(lái)的，質(zhì)量控制應(yīng)該從制造階段進(jìn)一步提前到設(shè)計(jì)階段”。同理也可以說(shuō)，安全質(zhì)量首先也是設(shè)計(jì)出來(lái)的。方案設(shè)計(jì)時(shí)考慮到安全影響因素越多，運(yùn)營(yíng)中發(fā)生事故的概率就越低。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，在天然氣管道運(yùn)輸整個(gè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)和制管施工決定了管道運(yùn)輸?shù)摹跋忍熨|(zhì)量”。

天然氣管道設(shè)計(jì)必須堅(jiān)持管道強(qiáng)度、管道距離、經(jīng)濟(jì)成本三兼顧的原則。管道及其構(gòu)件材質(zhì)的強(qiáng)度是防止管道破裂、保證管線系統(tǒng)強(qiáng)度和運(yùn)輸質(zhì)量的前提。管道強(qiáng)度應(yīng)貫穿于管道設(shè)計(jì)、制管質(zhì)量、設(shè)備材料的選取、生產(chǎn)、維護(hù)到更新改造乃至施工、安裝的全過(guò)程。管道自身安全了，管道周?chē)慕ㄖ镒匀痪陀辛税踩ＷC。管道的強(qiáng)度不僅表現(xiàn)在材質(zhì)硬度的抗壓上，還表現(xiàn)在材質(zhì)的抗腐上。制管質(zhì)量高，管道表面光滑平整無(wú)坑洼，抗腐能力就強(qiáng)。當(dāng)然，在抗腐上，還需要對(duì)管道內(nèi)外管壁采用涂層和加電流的聯(lián)合防護(hù)。管道距離是管道設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要原則，是影響安全的一個(gè)很重要因素。管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分考慮到管道周邊環(huán)境、建筑物、人口密集程度、地質(zhì)條件等，盡量避開(kāi)村莊、城市、軍事區(qū)和地理環(huán)境惡劣等路段，同時(shí)要控制好管道與周?chē)ㄖ锏木嚯x。經(jīng)濟(jì)成本也是管道設(shè)計(jì)必須遵守的一個(gè)原則。要根據(jù)不同等級(jí)地區(qū)(居民(建筑物))密度指數(shù)，采取不同的設(shè)計(jì)系數(shù)(許用應(yīng)力值)，制造不同的管道壁厚，來(lái)保證管道周?chē)陌踩?。管道?qiáng)度越高，成本就越高；管道路線越長(zhǎng)，成本也就越高等。所以要根據(jù)需求選取適宜的材質(zhì)和最佳的路線，節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境，處理好與鐵路、公路、河流等關(guān)系，降低成本。

同時(shí)，管道設(shè)計(jì)時(shí)還要合理設(shè)置線路上的截?cái)嚅y室、壓氣站、工藝站場(chǎng)以及管徑、輸送壓力、流量等經(jīng)濟(jì)合理的輸氣工藝及最佳的工藝參數(shù)，研究介質(zhì)特性，減少介質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中的壓力波動(dòng)，防止非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，保證運(yùn)輸安全。

2.2 嚴(yán)格常規(guī)管控制度，定期保養(yǎng)維修

天然氣管道一旦投入運(yùn)行，管道企業(yè)均建立起較為完備的安全質(zhì)量管理體系，實(shí)行諸如區(qū)長(zhǎng)負(fù)責(zé)制、五級(jí)巡檢制、分包管理等一系列安全生產(chǎn)責(zé)任制度。即便如此，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中仍然還會(huì)時(shí)常發(fā)生一些責(zé)任事故。這些事故發(fā)生的主要原因大多是人為造成的。如果說(shuō)設(shè)計(jì)、施工、制度上的缺陷造成的事故是“硬事故”，那么因?yàn)椴僮鞑划?dāng)人為造成的事故就是“軟事故”。雖然“硬事故”中可能也不乏有人為原因造成的，但大多都是由于受當(dāng)時(shí)認(rèn)知、技術(shù)和條件限制的客觀原因造成的。而“軟事故”中大多是員工隨意性、操作不當(dāng)?shù)闹饔^原因造成的。因此，在天然氣管道運(yùn)輸過(guò)程中，必須要加強(qiáng)常規(guī)安全管控工作，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度，克服麻痹思想，解決“低老壞”不良習(xí)性，杜絕或減少人為事故的發(fā)生。

筆者認(rèn)為，首先要建立起完備的體系管理，確保各項(xiàng)操作都有章可循、標(biāo)準(zhǔn)明確，沒(méi)有死角，沒(méi)有缺項(xiàng)。其次，強(qiáng)化體系管理規(guī)定的執(zhí)行力，尤其要嚴(yán)格執(zhí)行維保維修巡檢計(jì)劃，按時(shí)校驗(yàn)、檢驗(yàn)、維修和保養(yǎng)，定期開(kāi)展QHSE體系審核，確保設(shè)備安全狀態(tài)。在規(guī)范操作行為上下功夫，完善應(yīng)知應(yīng)會(huì)內(nèi)容，以崗位操作標(biāo)準(zhǔn)化為核心，形成崗位風(fēng)險(xiǎn)清單，加強(qiáng)站場(chǎng)、閥室、線路標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，認(rèn)真落實(shí)“一票兩卡”，養(yǎng)成執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的自覺(jué)性，做到“只有規(guī)定動(dòng)作，沒(méi)有自選動(dòng)作”。再次，重點(diǎn)做好重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)(雨雪季、秋季水害、傳統(tǒng)節(jié)假日等)、重要線路部位(高后果區(qū)、隧道穿越管道、穿越河道、管道遷改等)的防范和隱患排查工作。最后，要加強(qiáng)管道周邊交叉工程管控，定期更新或增加管道地面標(biāo)識(shí)、安全標(biāo)識(shí)、設(shè)置隔離圍墻等。

2.3 建立基于GIS數(shù)據(jù)采集的智慧管網(wǎng)

系統(tǒng)控制理論指出，要保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，信息采集是重點(diǎn)。只有及時(shí)掌握干擾系統(tǒng)穩(wěn)定的因素，才能進(jìn)行有效的控制。在天然氣管道運(yùn)輸系統(tǒng)中，無(wú)論是美國(guó)質(zhì)量管理專家休哈特博士提出的PDCA循環(huán)，還是現(xiàn)在建設(shè)的數(shù)字管道，還是管道完整性管理(PIM)等，核心都離不開(kāi)因素分析和信息采集，目的都是提高管道運(yùn)行安全性。誰(shuí)掌握的影響因素更全面、信息采集更準(zhǔn)確，消除干擾和潛在隱患的成功率就高。

信息采集分為三大類：一是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息(預(yù)判)，二是安全預(yù)警信息(提醒)，三是安全報(bào)警信息(應(yīng)急)。這3類信息產(chǎn)生的影響因素是不一樣的，分析判斷、改進(jìn)措施也是有區(qū)別。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息是預(yù)防性的，需要提前準(zhǔn)備，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，比如地質(zhì)地貌環(huán)境預(yù)測(cè)、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等，以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害管理從“被動(dòng)搶險(xiǎn)”向“主動(dòng)防御”轉(zhuǎn)變。因此，要在管道線路關(guān)鍵點(diǎn)上依據(jù)影響因素的需要設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以便準(zhǔn)確全面地掌握實(shí)體管道的狀態(tài)。

目前，管道系統(tǒng)信息采集較多使用的是“安全眼”、無(wú)人機(jī)檢測(cè)、飛機(jī)沿線巡檢、集中監(jiān)視、管道泄漏檢測(cè)、光纖預(yù)警、無(wú)人值守站場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)控、管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、特殊災(zāi)種對(duì)管道影響等，中國(guó)石油已經(jīng)建立起了較完善的數(shù)字管道建設(shè)平臺(tái)和管道完整性管理體系。工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，各路采集來(lái)的數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、不系統(tǒng)，也尚未有與現(xiàn)實(shí)情況高度一致的設(shè)施設(shè)備模型，而功能強(qiáng)大的基于地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)的采集系統(tǒng)還沒(méi)有得到廣泛使用，其主要原因是數(shù)據(jù)采集難度大(資料丟失、分散)、基礎(chǔ)資料不完整、管道企業(yè)不能全面掌握支持技術(shù)、外包公司的技術(shù)水平參差不齊、前期投資大、數(shù)據(jù)GIS依法條款受限等。即便如此，筆者認(rèn)為還是很有必要盡早建立起基于GIS數(shù)據(jù)采集的智慧管網(wǎng)，在閥室、高后果區(qū)、防汛重點(diǎn)地段、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)段、第三方施工點(diǎn)以及線路焊接和定向鉆穿越等關(guān)鍵部位安裝攝像頭，變?nèi)斯ぶ蛋啾O(jiān)視為數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化自動(dòng)報(bào)警監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)周邊環(huán)境數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷識(shí)別、過(guò)程管控、專家分析，實(shí)時(shí)提供某些事件、狀態(tài)或作業(yè)(如事故、故障、缺陷、檢查、測(cè)試等)的空間位置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道失效的重要威脅因素造成的隱患，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高反饋與改進(jìn)、預(yù)防事故的能力。

2.4 加強(qiáng)員工素質(zhì)培養(yǎng)，提高員工自主管理和自主風(fēng)險(xiǎn)管控能力

員工的素質(zhì)在某種程度上決定了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的安全性。倘若員工具有較高的安全意愿、擁有完整的知識(shí)和技能、養(yǎng)成了良好的行為習(xí)慣，并通過(guò)安全KPI正向激勵(lì)機(jī)制，員工主動(dòng)上報(bào)未遂事件、不安全狀態(tài)、不安全行為，并提出安全建議，無(wú)疑就具備了很高的自主管理能力。自主管理是一種重要的安全管理方式和理念，也是一種安全文化，是個(gè)體和團(tuán)隊(duì)共同自覺(jué)達(dá)成的真實(shí)意愿并付出的行動(dòng)，能有效保障安全管理體系的實(shí)施。在員工自主管理能力建設(shè)上，首先要建立起完備的員工培訓(xùn)體系，加強(qiáng)員工安全生產(chǎn)知識(shí)、技能的培訓(xùn)，增強(qiáng)員工的責(zé)任意識(shí)和遵規(guī)守紀(jì)的自覺(jué)性，幫助員工牢固樹(shù)立起安全生產(chǎn)是第一要義、是一切工作的基石的意識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)培訓(xùn)，促進(jìn)員工學(xué)體系、用體系的習(xí)慣養(yǎng)成。員工培訓(xùn)要堅(jiān)持理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐訓(xùn)練、通識(shí)教育和專業(yè)培訓(xùn)相結(jié)合，積極推進(jìn)一崗多能、大專業(yè)、大崗位、大工種思想，系統(tǒng)掌握安全知識(shí)、電氣、控制、機(jī)械、熱能、化學(xué)等多學(xué)科知識(shí)。同時(shí)，要強(qiáng)化員工基層現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急能力培訓(xùn)和應(yīng)急演練評(píng)估，提高員工分析和排除故障的技術(shù)水平，真正實(shí)現(xiàn)員工巡、檢合一。其次，要與廠家開(kāi)展聯(lián)合培訓(xùn)，幫助員工掌握維修、保養(yǎng)核心技術(shù)，提高專業(yè)能力，保證員工能獨(dú)立完成調(diào)壓閥、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的自主維護(hù)保養(yǎng)工作。第三，要根據(jù)智慧管網(wǎng)頂層設(shè)計(jì)的要求，積極推進(jìn)科技創(chuàng)新，鼓勵(lì)員工承擔(dān)科學(xué)研究項(xiàng)目，開(kāi)展管道防腐、安全監(jiān)測(cè)、維護(hù)維修、信息技術(shù)等領(lǐng)域科技攻關(guān)，提升管道企業(yè)自身技術(shù)支撐能力?？傊?，通過(guò)培訓(xùn)和科學(xué)研究，促進(jìn)管道企業(yè)從個(gè)體到團(tuán)體全面實(shí)現(xiàn)由“嚴(yán)格監(jiān)管”向“自主管理”轉(zhuǎn)變，逐步建立起自我約束、自主管理、持續(xù)改進(jìn)的內(nèi)生長(zhǎng)效機(jī)制，提高自主風(fēng)險(xiǎn)管控能力。