上海天然氣管網(wǎng)有限公司 魏 星

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淺談天然氣管道完整性管理

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 魏 星

天然氣管道完整性管理作為保障管道安全的有效措施受到高度重視，國內(nèi)外相關企業(yè)和機構(gòu)相繼開展了該項研究。通過介紹管道完整性管理的基本概念、實施步驟、系統(tǒng)架構(gòu)，以及各階段相關要點，闡述了天然氣管道完整性管理的主要內(nèi)容，為管道企業(yè)構(gòu)建管道完整性管理系統(tǒng)提供良好借鑒。

天然氣 管道完整性 安全

0 引言

用管道輸送天然氣是安全、經(jīng)濟的運輸方式，但是隨著管線埋地時間的增長，管道材質(zhì)或施工期間造成的損傷、腐蝕、自然災害以及管道運行期間第三方損壞等因素造成管道穿孔和天然氣的泄漏，加之天然氣具有易燃、易爆等特點，非常容易引起火災或爆炸等惡性事故，造成人員傷亡或經(jīng)濟損失，同時帶來惡劣的社會及政治影響，因此各管線經(jīng)營企業(yè)需要對管道進行預防性維護，實現(xiàn)事前預控，提高管道完整性管理水平。

1 天然氣管道完整性管理概述

天然氣管道完整性管理是管道管理者為保證管道的完整性而進行的一系列活動。具體是指對天然氣管道運營管理中存在的風險因素進行識別和評價，并制定相應的風險控制措施，不斷改善識別到的不利影響因素，從而將管道運行的風險水平控制在合理、可接受范圍，最終減少管道事故，達到持續(xù)改進、經(jīng)濟合理地保證管道安全運行的目的。

管道完整性管理是以管道安全為目標的系統(tǒng)管理體系，內(nèi)容涉及管道設計、施工、運行、監(jiān)控、維修、更換、質(zhì)量控制和通信系統(tǒng)等全過程，并貫穿管道整個運行期，通過信息收集，監(jiān)測檢查、評估評價、維修維護、不斷循環(huán)完善和持續(xù)改進。

由此可見，管道完整性管理與企業(yè)HSE管理體系相輔相成，互相補充。HSE管理側(cè)重于人員的安全管理、監(jiān)護管理、作業(yè)中的操作管理；而管道完整性管理側(cè)重于設備技術(shù)管理，預防性維護，用保障設備的安全可靠性來保障健康、安全、環(huán)境和質(zhì)量要求。

2017年12月15日，國家安監(jiān)總局、國家發(fā)改委等八部委聯(lián)合發(fā)布《關于加強油氣輸送管道途經(jīng)人員密集場所高后果區(qū)安全管理工作的通知》，以加快建立健全油氣輸送管道安全風險管控和隱患排查治理工作機制，深化鞏固油氣輸送管道安全隱患整治攻堅戰(zhàn)成果，突出加強油氣輸送管道途經(jīng)人員密集場所高后果區(qū)安全管理工作，有效防范油氣輸送管道重特大生產(chǎn)安全事故。要求各有關企業(yè)及時準確掌握人員密集型高后果區(qū)狀況，落實主體責任，有效防控高后果區(qū)安全風險。要求各有關部門落實監(jiān)管責任，加強人員密集型高后果區(qū)監(jiān)管執(zhí)法，不斷提升應急處置能力。

實踐表明，管道完整性評價、完整性管理確實能降低維護的費用，更大限度地延長管道使用壽命，這對于管道后續(xù)維護和管理發(fā)揮著重大作用。無論是從安全角度，還是法規(guī)強制要求，或者是對經(jīng)濟因素的考慮，我們都有必要開展管道完整性管理，按照科學的方法和程序計劃和實施，以確保管道安全運行。西氣東輸、上海天然氣管網(wǎng)公司等許多管道企業(yè)都在相繼開展管道完整性管理工作。

2 管道完整性管理實施步驟

開展管道完整性管理的核心步驟包括：數(shù)據(jù)收集與整理、高后果區(qū)識別、風險評價、完整性評價、維修與維護、效能評價等6個步驟，這6個步驟是一個持續(xù)循環(huán)的過程，稱為“管道完整性管理六步法”，管道的安全狀態(tài)在實施這一循環(huán)過程中不斷得到提高。具體如下：

(1)管道數(shù)據(jù)收集與整理：數(shù)據(jù)收集與整理是為數(shù)據(jù)分析與評價做準備工作。數(shù)據(jù)包括管道屬性數(shù)據(jù)、管道環(huán)境數(shù)據(jù)(土壤、環(huán)境、腐蝕、檢測等)、管道運行數(shù)據(jù)等。

(2)高后果區(qū)識別：通過分析管道的基礎數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，找出管道的高后果區(qū)，識別高后果區(qū)存在的威脅，明確完整性管理重點，進行分類管理。

(3)風險評價：識別對管道安全運行有不利影響的危害因素，評價管道的風險，判斷風險的可接受性，并提出建議的風險減緩措施。

(4)完整性評價：結(jié)合風險評價的結(jié)果，通過內(nèi)檢測評價、壓力試驗或直接評價等方法來確定管道的狀態(tài)。制定相應計劃，降低管道風險。

(5)維修與維護：根據(jù)完整性評價結(jié)果，對管道進行維修與維護，有效地消除安全風險。根據(jù)風險評價結(jié)果，針對可能存在的危險，也應制定和執(zhí)行預防性的風險減緩措施。

(6)效能評價：在一個完整性管理循環(huán)的最后環(huán)節(jié)，需要對整個管理系統(tǒng)的效能進行評價，分析計劃的完成情況和計劃對促進管道安全的有效性，找出不足，不斷完善，持續(xù)改進。

3 管道完整性管理的架構(gòu)

管道完整性管理的總體架構(gòu)見圖1。

圖1 管道完整性管理的架構(gòu)

總體架構(gòu)包括了上述完整性管理的6個步驟，與6個步驟交錯的是5個方面，6個步驟中每個步驟都需要這5個方面的支持。

第一個方面是體系文件。體系文件是一組將完整性管理各個步驟涉及的活動文件化的文檔，一般分為三級：管理手冊，程序文件和作業(yè)文件，管理手冊總體闡述了完整性管理系統(tǒng)、工作目標和活動；程序文件規(guī)定了工作內(nèi)容和職責，作業(yè)文件規(guī)定了具體的工作方法。

第二個方面是標準規(guī)范。標準規(guī)范規(guī)定了完整性管理各個環(huán)節(jié)的工作要求，對實際活動具有指導意義。

第三個方面是系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)平臺式計算機技術(shù)在完整性管理中的應用。通過系統(tǒng)平臺，結(jié)合GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)，可以很好地管理管道的海量數(shù)據(jù)，并可基于數(shù)據(jù)庫開發(fā)各種分析評價軟件和決策系統(tǒng)，能大大提高完整性管理的效率和水平。

第四個方面是支持技術(shù)。完整性管理的各個步驟設計到很多配套的支持技術(shù)，這些技術(shù)的發(fā)展水平直接影響到完整性管理的順利實施。

第五個方面是實施應用。完整性管理的各個環(huán)節(jié)都要在實際中實施應用，并通過反饋來改進，完成持續(xù)提高。

4 管道完整性管理各階段要點

4.1 數(shù)據(jù)收集與整理

評價一個管道系統(tǒng)或管段可能存在危險的第一步，是要確定和收集能反映該管段狀況和可能存在危險的必要數(shù)據(jù)和信息。需要收集與操作、維護、巡線、設計、運行歷史有關的信息以及每個管段特有的相關信息。包括那些致使缺陷擴展(如陰極保護缺陷)、降低管道性能(如現(xiàn)場焊接)或可能造成新缺陷(如靠近管道的開挖作業(yè))的情況或行為。

其次，需要收集管道完整性管理信息，其來源有管道裝置圖、附件圖、管道走向圖、航拍圖、原始施工圖和監(jiān)測記錄、管材合格證書、制造設備技術(shù)數(shù)據(jù)、管道設計與工程報告、管道調(diào)查和試驗報告、管道監(jiān)測計劃、運行和管理計劃、應急處理計劃、事故報告、技術(shù)評價報告、操作規(guī)范和相應的工業(yè)標準等。

4.2 高后果區(qū)識別與評價

通過分析管道的基礎數(shù)據(jù)，找出管道的高后果區(qū)和高后果區(qū)存在的威脅，明確完整性管理重點。

高后果區(qū)的識別標準是根據(jù)管道經(jīng)過的區(qū)域，結(jié)合管道尺寸、壓力等級，管道周邊的環(huán)境等進行分類的。其中地區(qū)等級的劃分標準一般執(zhí)行《輸氣管道工程設計規(guī)范》(GB 50251—2015)中關于地區(qū)等級劃分的規(guī)定。隨著管道周邊人口和環(huán)境的變化，高后果區(qū)的位置和范圍也會隨著改變。

根據(jù)已經(jīng)識別出的高后果區(qū)，要組織專門的人員對此進行評價，高后果區(qū)評價主要包括管道第三方損壞、管道地質(zhì)災害、管道本體腐蝕等。根據(jù)評價結(jié)果制定風險減緩措施，比如增設警示標識，加大巡檢頻次，提升監(jiān)護力度，加強溝通，嚴禁第三方損壞等。

4.3 風險評價

在前階段數(shù)據(jù)收集的基礎上進行管道系統(tǒng)或管段的風險評價。風險評價過程能識別可能誘發(fā)管道事故的具體事件的位置或狀況，了解事件發(fā)生的可能性和后果，風險評估結(jié)果應包括管道可能發(fā)生的最大風險的性質(zhì)和位置。

在該階段，需要將所獲得的數(shù)據(jù)與規(guī)范、標準進行比較，進行風險評估，并對管段的風險評價結(jié)果進行排序。根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)和危險性質(zhì)的不同，有多種方法可用于風險評估。

風險評價之前需要對管道危害進行識別，即找出對管道會造成不利影響的所有因素。包括來自管道本體的和來自外部環(huán)境的所有因素。按照對管道的威脅方式，可將所有危害分為如下幾類：內(nèi)腐蝕、外腐蝕、管體制造與施工缺陷、第三方破壞、自然與地質(zhì)災害等。

風險評價的方法按照評價結(jié)果的量化程度可以分：

(1)定性風險評價方法，即專家打分法、安全檢查表和故障樹等。

(2)定量風險評價方法，即概率風險評價方法。

(3)半定量風險評價方法，即就是以風險指數(shù)為基礎的風險評價方法，能夠克服定量風險評價在實施中缺少數(shù)據(jù)的困難，已在加拿大和美國關島風險管理中廣泛使用，其中比較常用的有KENT打分法。

4.4 管道完整性評價

完整性評價是指通過內(nèi)檢測、壓力試驗、直接評價或其它已證實的可以確定管道狀態(tài)的等同技術(shù)來確定管道當前狀態(tài)的過程。通過完整性評價明確管道狀況，制定響應計劃，降低管道風險。

開展完整性評價，首先應確認對所評管道適用的評價方法。主要方法有：內(nèi)檢測評價法、壓力試驗、直接評價法。這些方法都有一定的優(yōu)點和針對性，同時也有一定的局限性。應根據(jù)管道的狀況來選擇合適的評價方法。

對與時間相關的管道缺陷，如內(nèi)腐蝕、外腐蝕和應力腐蝕開裂，這三種方法都適用；對固有缺陷，如罐體缺陷和焊縫缺陷等，可采用內(nèi)檢測評價法和壓力試驗；對防腐層缺陷，直接評價法適用。由于壓力試驗方法要求管道停輸，影響生產(chǎn)，一般只在管道投產(chǎn)前進行。

內(nèi)檢測評價法指通過智能內(nèi)檢測器在管道內(nèi)運行，從而檢測出管體缺陷，然后根據(jù)缺陷尺寸和其它數(shù)據(jù)對管道狀況進行評價。內(nèi)檢測方法包括：變形內(nèi)檢測、漏磁內(nèi)檢測、超聲波內(nèi)檢測和其它智能內(nèi)檢測等。

埋地管道外腐蝕缺陷一般采取直接評價法。直接評價方法是一個連續(xù)、不斷修正趨準的過程，通過評價識別正在和將要發(fā)生的腐蝕部位并提出措施，達到不斷改進的目的。直接評價法的步驟包括：

(1)預評價：指簡介檢測與評價、直接檢測和評價前的準備。

(2)間接檢測與評價：開展防腐層地面檢漏等間接測試，結(jié)合歷史記錄，進行防腐層漏點和腐蝕活性點的分級評價。

(3)直接檢測與評價：依據(jù)間接檢測與評價確定開挖優(yōu)先順序及開挖點數(shù)量，在最可能出現(xiàn)腐蝕活性的區(qū)域開挖并收集數(shù)據(jù)，測試防腐層損傷狀況及管體腐蝕缺陷、腐蝕管道安全評價，分析腐蝕原因，提出維護措施，并開展過程評價。

(4)后評價：即確定再評價時間間隔，并對管道外壁腐蝕直接評價過程的整體有效性進行評價。

4.5 維修與維護

根據(jù)上述管道完整性評價的結(jié)果和風險評價的結(jié)果，制定預防性的風險減緩措施，對管道進行維修與維護。

管道修復主要包括：換管、重涂防腐層、管道套筒、管道夾具、非金屬加強套筒及其它修復等。比如目前應用比較普遍的管道缺陷修復技術(shù)有：

(1)碳纖維綜合補強技術(shù)。碳纖維增強復合材料具有輕質(zhì)高強、抗腐蝕、耐久性好，施工簡便，不影響結(jié)構(gòu)的外觀等特性，因此，比傳統(tǒng)的焊接補疤方法具有明顯的優(yōu)越性，克服了焊接補疤過程中產(chǎn)生焊穿和產(chǎn)生氫脆的危險。

(2)環(huán)氧鋼殼復合套管技術(shù)，其主要優(yōu)點是：可靠性與管體一致，可修復鋼管的各種內(nèi)外缺陷，包括裂紋、折皺、腐蝕、塌陷、環(huán)向和軸向缺陷等，操作簡單成本低。且不再受損的管壁上直接焊接，從而保證了安裝過程人員和管道的安全。

4.6 效能評價

管道完整性管理效能評價是指對完整性管理進行綜合分析，把系統(tǒng)的各項性能與任務要求綜合比較，最終得到表示系統(tǒng)優(yōu)劣程度的結(jié)果。及時發(fā)現(xiàn)管道完整性管理過程中的不足，明確改進方向，不斷提高管道完整性系統(tǒng)的有效性和時效性。

效能評價的基礎是進行效能測試，主要采取以下三種類型：過程或措施測試、操作測試、失效測試等。

效能測試后，可以通過內(nèi)部比較開展效能評價，即通過比較一條管道中的幾段，或在各類危害因素之間進行對比，來評價完整性管理系統(tǒng)的效能。也可以通過外部比較開展效能評價，如對標法，通過本公司完整性管理系統(tǒng)與國際、國內(nèi)其它管道公司的完整性管理系統(tǒng)對比，來發(fā)現(xiàn)當前完整性管理系統(tǒng)的狀況，查找不足，提出改進建議。

5 結(jié)語

天然氣管道完整性管理工作是一個復雜、龐大的系統(tǒng)工程，國外許多國家通過不斷摸索和實踐，已經(jīng)逐步建立起管道安全評價與完整性管理體系。但是我國對于管道完整性研究起步較晚，在系統(tǒng)性、完整性、先進性上同國外相比還有較大差距，但是近20年來，國內(nèi)各大管道公司已經(jīng)逐步開展了該項研究，取得了階段性成果。國家對于管道完整性管理的重要性也提到了很高的高度，陸續(xù)出臺了相關法規(guī)和標準。管道完整性管理探索與提升是一個漫長的過程，需要政府、管道企業(yè)、用戶和群眾共同努力，才能逐步完善，達到國際先進水平，降低管道維護費用，延長管道使用壽命，保障管道運營安全和長治久安。

Discussion on Integrity Management of Natural Gas Pipeline

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd. Wei Xing

Natural gas pipeline integrity management, as an effective measure to ensure pipeline safety, has been highly valued. Related enterprises and institutions at home and abroad have carried out this research one after another. By introducing the basic concepts, implementation steps, system architecture of pipeline integrity management, as well as the related key points in each stage, the main contents of natural gas pipeline integrity management are expounded, which provides a good reference for pipeline enterprises to construct pipeline integrity management system.

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