甘正旺

( 中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

1 管道完整性管理起源及內(nèi)容

管道完整性(PI)指管道始終處于安全可靠的服役狀態(tài)，包含以下內(nèi)涵：管道在功能上是完整的，監(jiān)測、檢測、保護(hù)等功能齊全，管道系統(tǒng)大數(shù)據(jù)始終處于運(yùn)營商的有效掌控中，風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對及改進(jìn)措施完備，可充分應(yīng)對各種不同狀態(tài)，確保管道全壽命周期安全平穩(wěn)可靠運(yùn)行。完整性時(shí)間上縱貫項(xiàng)目設(shè)計(jì)采購施工運(yùn)營全過程，空間上布滿管道干線系統(tǒng)的每一個(gè)角落。

管道完整性管理理念萌芽于歐美的油氣管道：長距離高壓力油氣管道，存在著前后場站多、途經(jīng)線路長(與村鎮(zhèn)或環(huán)境敏感區(qū)臨近的機(jī)會(huì)多、參建單位眾多)、地質(zhì)條件復(fù)雜(安全隱患點(diǎn)多)、聯(lián)動(dòng)設(shè)備多(設(shè)備材料供貨商多)、輸送壓力高、沿線社會(huì)條件多樣等諸多特點(diǎn)，面域大、安全隱患點(diǎn)多面廣。

隨著管線埋地時(shí)間的增長，由于存在設(shè)計(jì)因素(強(qiáng)度系數(shù)、磨蝕余量、MAOP與運(yùn)行壓力差)，制造因素(管道內(nèi)部缺陷、焊縫缺陷、壁厚偏差、管段橢圓度偏差、質(zhì)量控制體系)，施工因素(管道坡口打磨、環(huán)向焊縫焊接、補(bǔ)口、檢驗(yàn)、回填、試壓、監(jiān)理)，管道腐蝕(外腐蝕、內(nèi)腐蝕、磨蝕)，管理因素(管理水平、技術(shù)水平、員工素質(zhì)、誤操作)，第三方破壞(水流沖刷、斷層錯(cuò)動(dòng)、滑坡泥石流等自然災(zāi)害、地面設(shè)施興建、人類活動(dòng))等因素的存在，造成管道穿孔泄漏、爆炸等事故時(shí)有發(fā)生，且隨著時(shí)間的增長、管道破裂頻率逐漸增加，直接威脅人身安全、破壞生態(tài)環(huán)境，造成巨大損失。

20世紀(jì)60年代前技術(shù)手段有限、管理方式粗放，只能在管道發(fā)生事故后進(jìn)行搶修、處理等，對于當(dāng)時(shí)的管道運(yùn)營公司而言，最棘手的問題在于，無法預(yù)測下一次管道事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、嚴(yán)重程度。

為應(yīng)對當(dāng)時(shí)大量老齡化油氣長輸管道事故頻發(fā)，人身財(cái)產(chǎn)損失大、社會(huì)影響深、環(huán)境破壞嚴(yán)重的實(shí)際情況，20世紀(jì)70年代歐美主要發(fā)達(dá)國家借鑒工業(yè)領(lǐng)域中的“風(fēng)險(xiǎn)分析”技術(shù)來對油氣管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，從定性研究入手、依據(jù)已有管道事故的統(tǒng)計(jì)資料逐步分析事故發(fā)生原因(當(dāng)時(shí)按比例由高到低依次為：第三方破壞、管道腐蝕、操作失誤、制造缺陷、其他原因)、依靠管道檢測技術(shù)進(jìn)步成果，逐步發(fā)展到半定量預(yù)測、定量預(yù)測，以主動(dòng)預(yù)測隱患、消除隱患，預(yù)防事故，以期最大限度消除事故隱患、減小事故發(fā)生概率，盡可能延長干線管道使用壽命。

管道完整性整理(PIM)指管道運(yùn)營商依據(jù)周邊環(huán)境變化因素，借鑒已掌握數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測、檢驗(yàn)、檢測等方法，建立管道隱患數(shù)據(jù)庫，定期探尋管道薄弱點(diǎn)、識別風(fēng)險(xiǎn)因子及發(fā)生頻率，評估風(fēng)險(xiǎn)損失程度，提出改進(jìn)補(bǔ)強(qiáng)方案、評估管道適應(yīng)性和系統(tǒng)可靠性，通過不斷發(fā)現(xiàn)隱患，持續(xù)改進(jìn)將管道運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受水平，減少和預(yù)防管道事故發(fā)生、經(jīng)濟(jì)合理地保證整個(gè)管道項(xiàng)目全壽命周期安全可靠運(yùn)行。

管道完整性管理學(xué)科由系統(tǒng)工程、管理學(xué)、失效理論、檢測技術(shù)、評價(jià)理論、維護(hù)維修技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、控制理論、信息化技術(shù)等諸多學(xué)科內(nèi)容構(gòu)成，是基于系統(tǒng)可靠性為中心管理模式，包含風(fēng)險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)控制、風(fēng)險(xiǎn)決策4個(gè)環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)(HCAs)識別、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、完整性評價(jià)、修復(fù)處理、效能評價(jià)按PDCA進(jìn)行6步循環(huán)，其核心在完整性評價(jià)，通過有效途徑發(fā)現(xiàn)管道材料、施工、腐蝕等形成的缺陷，通過嚴(yán)格的理論分析上述缺陷對管道安全可靠性的影響，包含現(xiàn)有管道的強(qiáng)度評估、剩余壽命預(yù)測、缺陷成因判斷、發(fā)展趨勢預(yù)測、修復(fù)建議等，確保管道完整性和運(yùn)行安全性。

2 國外管道完整性管理現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家逐漸建立管道事故信息數(shù)據(jù)庫，確定并完善風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型、建立程序文件等，實(shí)現(xiàn)由事故后修補(bǔ)向事故前預(yù)測、定性預(yù)測向定量預(yù)測轉(zhuǎn)型，精度逐漸提高，事故逐漸減少。

20世紀(jì)90年代，完整性管理、可靠性預(yù)測、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等技術(shù)已廣泛用于指導(dǎo)管道施工、運(yùn)營、維護(hù)，伴隨通訊和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，管理方向逐漸轉(zhuǎn)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)型，預(yù)測精準(zhǔn)性和及時(shí)性不斷增強(qiáng)。1996年，美國運(yùn)輸部(DOT)組織編寫《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》，首次明確管道投產(chǎn)前必須進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，為管道運(yùn)營商全面管理、發(fā)現(xiàn)隱患、減少事故、增強(qiáng)安全提供指導(dǎo)。

2001年，美國標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)液體管道完整性管理》(API St.1160)，提出危險(xiǎn)液體管道數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識別、風(fēng)險(xiǎn)評估、檢測、預(yù)防、改進(jìn)等完整管理流程，目前已改進(jìn)為2019版。

2001年美國標(biāo)準(zhǔn)《輸氣管道完整性管理》(ASME B31.8S)，為氣體管道完整性管理提供方案、高后果區(qū)識別、數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)評估、檢測、維修、預(yù)防、效能測試、改進(jìn)、質(zhì)量控制等，目前已改進(jìn)為2016版。

2002年11月美國R.3609號法案《The Pipeline Safety Improvement Act of 2002》 并于同年施行，首次要求管道運(yùn)行商在高后果區(qū)實(shí)施管道完整性管理計(jì)劃，標(biāo)志著長輸管道安全和完整性管理從國家法律層面予以保障。法案促進(jìn)了安全檢測、評價(jià)、預(yù)防、修復(fù)等行業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)、裝備的快速發(fā)展。

美國管道完整性管理實(shí)施以來，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)日趨齊全，檢測手段多樣化、評價(jià)方法豐富化、處置措施不斷完備，從原有的事后定性評價(jià)發(fā)展為事前定量預(yù)測、精度穩(wěn)步提高，千公里管道事故發(fā)生率從20世紀(jì)70年代的1.15次/a到40年后降低為0.09次/a，事故危害程度降低93.6%，大型事故鮮有發(fā)生，全面性管理方面的較少投入換來了安全生產(chǎn)的全面提升，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙豐收，管道運(yùn)營商實(shí)施全面管理的積極性高，持續(xù)檢測、連續(xù)安全評估、不斷改進(jìn)和連續(xù)完善，展現(xiàn)了長輸管道完整性管理所帶來的勃勃生機(jī)。

3 國內(nèi)油氣管道完整性管理現(xiàn)狀

2000年，管道完整性管理概念引入中國，并在石油天然氣長距離輸送領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展。

2009年，中石油天然氣集團(tuán)發(fā)布國內(nèi)首套企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《管道完整性管理規(guī)范》(Q/SY1180)，涵蓋：總則、高后果區(qū)識別規(guī)程、數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)3重主體及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、完整性管理、效能評價(jià)等5大導(dǎo)則構(gòu)成。

2010年，《石油天然氣管道保護(hù)法》通過，對管道項(xiàng)目全覆蓋面、全生命周期的安全管理進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，其中以法律的形式明確了運(yùn)營企業(yè)義務(wù)：“管道企業(yè)應(yīng)定期對管道進(jìn)行檢測、維修，確保其處于良好狀態(tài)，對安全風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)段(HCAs)和場所應(yīng)當(dāng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，采取有效措施防止管道事故的發(fā)生”。

2015年，《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》(GB 32167)頒布實(shí)施，規(guī)定了“油氣輸送管道完整性管理的內(nèi)容、方法和要求”，陸上油氣長距離輸送管道完整性管理從此正式有了國家標(biāo)準(zhǔn)。

2016年，國家發(fā)改委、能源局、國資委、質(zhì)檢總局、安監(jiān)總局五部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于貫徹落實(shí)國務(wù)院安委會(huì)工作要求全面推進(jìn)油氣輸送管道完整性管理的通知》，以法規(guī)形式明文規(guī)定“扎實(shí)推進(jìn)管道完整性管理，落實(shí)企業(yè)主體責(zé)任，從加強(qiáng)完整性數(shù)據(jù)管理、建立相應(yīng)技術(shù)框架和管理構(gòu)架、發(fā)揮完整性管理的應(yīng)急支持作用等3方面入手，最大限度預(yù)防和減少突發(fā)事件對周邊人民群眾生命財(cái)產(chǎn)和管道造成的傷害”。

經(jīng)過近20年的不懈努力，三大石油公司基本建設(shè)形成覆蓋專業(yè)公司、地區(qū)公司、分公司和基層站隊(duì)的管道完整性管理體系，完善了各類管道事故分析數(shù)據(jù)庫，頒布了涵蓋國家標(biāo)準(zhǔn)GB、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY三級標(biāo)準(zhǔn)，體系文件已完成程序文件、作業(yè)文件、記錄表單等各層次的文本，完整性管理工作穩(wěn)步前行。

2019年12月9日剛組建的國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)公司，業(yè)務(wù)板塊將劃分為：生產(chǎn)運(yùn)行指揮、科技研發(fā)、工程建設(shè)、管道完整性4個(gè)本部，全國油氣管道一盤棋納入集團(tuán)公司進(jìn)行完整性管理，足見其重要性。

4 長距離管道輸煤項(xiàng)目完整性管理必要性分析

與傳統(tǒng)油氣管道相比，長距離管道輸煤項(xiàng)目沒有火災(zāi)、爆炸、低溫凍傷、高溫燙傷等危險(xiǎn)性，不會(huì)造成大范圍的人員傷害，也不受國內(nèi)“壓力管道”監(jiān)管，但管道輸煤項(xiàng)目存在如下危險(xiǎn)：管道內(nèi)漏堵塞、外漏堵塞、長期低速時(shí)沉降堵塞、真空堵塞、水擊破裂、高壓傷人、高低壓串通、低溫凍裂等潛在事故。

根據(jù)美國Black Mesa公司35年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在管道全生命周期中，投產(chǎn)初期和運(yùn)行末期的管道事故相對多發(fā)，初期缺乏運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)、誤操作概率較高，末期由于材料缺陷、施工期損傷、以及運(yùn)行期間諸如第三方破壞、腐蝕穿孔、塌方滑坡泥石流等自然災(zāi)害等因素的存在，發(fā)生安全生產(chǎn)事故的概率逐步增加，因此借鑒美國經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用完整性管理技術(shù)，提早發(fā)現(xiàn)隱患、防范事故，確保管道可靠安全。

當(dāng)管道線路經(jīng)過高后果區(qū)(HCAs)附近：密集人口區(qū)(如流經(jīng)縣城中央的河道)或環(huán)境敏感區(qū)(如大中型河流或區(qū)域性水源地)時(shí)，若發(fā)生對外泄漏事故可能影響當(dāng)?shù)貜V大居民的飲水安全、危及生命財(cái)產(chǎn)安全、給地區(qū)生態(tài)環(huán)境安全帶來影響，社會(huì)影響面廣、管道的較長時(shí)間停機(jī)可能帶來管內(nèi)煤漿的沉降、帶來局部管段軟堵塞風(fēng)險(xiǎn)，管道的較長時(shí)間修復(fù)會(huì)給管道運(yùn)營商、上游的煤源企業(yè)、下游的化工用戶帶來一定程度的負(fù)面影響。有鑒如此自2012年開始美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)將ASME B31.11-2002(R2008) 漿體管道輸送系統(tǒng)《SlurryTransportation Pipeline Systems》并入ASME B31.4液態(tài)烴和其他流體管道輸送系統(tǒng)《Pipeline Transportation Systems for Liquids Hydrocarbons and Other Liquids》，并統(tǒng)一規(guī)范ASME B31.4-2012為：漿體和液體管道輸送系統(tǒng)《Pipeline Transportation Systems for Liquids and Slurries》，側(cè)面表明長距離礦漿管道重要性已比肩液態(tài)烴管道，規(guī)范更嚴(yán)格，管理需大幅提升。

進(jìn)入社會(huì)主義新時(shí)代，安全生產(chǎn)、杜絕事故是確保管道沿線社會(huì)和諧、人民生活安寧的必然要求；杜絕管道可能的外漏對沿線中型河流或水源地的污染，是確保青山常在、綠水長流、空氣常新的必然要求。

引進(jìn)完整性管理方法，以智慧管道建設(shè)為契機(jī)，逐步建立并不斷完善煤漿管道輸送完整性管理的理論體系、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，利用最新的管道檢測方法、評價(jià)方法，建立起礦漿管道設(shè)備、材料、運(yùn)行的大數(shù)據(jù)，以高后果區(qū)(HCAs)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控為重點(diǎn)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、分析、整合，全過程、寬領(lǐng)域的分析管道失效原因、失效概率，強(qiáng)化運(yùn)營期間管道巡線、加強(qiáng)對防腐層安全性監(jiān)測、沿線管道內(nèi)外檢測等方法，定期預(yù)測管道剩余強(qiáng)度和剩余壽命，提早發(fā)現(xiàn)隱患，預(yù)測運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率及嚴(yán)重性、及早找出解決方案，使運(yùn)營商對管道的掌控更加全面，使長距離礦漿管道的安全可靠運(yùn)行具有全面保障。

以管道輸煤項(xiàng)目為基礎(chǔ)而衍生的長距離礦漿管道輸送項(xiàng)目，目前在國際上得到了全面發(fā)展，管道所能輸送的大宗物料涵蓋鐵精礦、銅精礦、磷精礦、鋁礬土、石灰石、尾礦等諸多物料范圍，目前為止國際上建設(shè)并穩(wěn)定運(yùn)營10年以上的不同類型礦漿管道過百條。國內(nèi)已建成并成功運(yùn)營90km以上的鐵礦漿管道5條、40km以上的磷礦漿管道2條，相關(guān)管道自建設(shè)至今運(yùn)營時(shí)間最長的已超過20年，為相關(guān)礦山企業(yè)解決了大宗物料運(yùn)輸?shù)膶?shí)際難題，提高了運(yùn)輸效率和企業(yè)效益，漿體管道輸送技術(shù)被國內(nèi)冶金行業(yè)列為特定條件下大宗礦物輸送的首選方案。依據(jù)漿體管道主輸送設(shè)備能力，單泵站最大輸送壓力可達(dá)25MPa，輸送距離可超100km，對于多數(shù)大宗物料運(yùn)輸距離而言，單泵站直接輸送到終端是現(xiàn)實(shí)可行的，大宗固體物料的處置半徑得到大幅提升，企業(yè)選擇的自由度更加靈活。

黨的十八大以來，“生態(tài)文明建設(shè)”被納入“五位一體總體布局”中，黨中央高度重視生態(tài)環(huán)境這一生產(chǎn)力要素，更加強(qiáng)調(diào)尊重自然生態(tài)的發(fā)展規(guī)律，像“愛護(hù)自己的眼睛一樣愛護(hù)環(huán)境”、以“保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力”的理念，“建設(shè)青山常在、綠水長流、空氣常新的美麗中國”，在更高層次上促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。

管道輸煤項(xiàng)目因其諸多優(yōu)點(diǎn)，20余年來一直列入《國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》鼓勵(lì)類和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》中，是國家重點(diǎn)支持和發(fā)展的高效綠色產(chǎn)業(yè)，可望在煤礦、煤化工、燃煤電廠等行業(yè)的大宗物料運(yùn)輸和固廢長距離處置領(lǐng)域發(fā)揮更積極作用。

迄今國內(nèi)礦漿長距離管道輸送行業(yè)僅兩本主要規(guī)范：《礦漿管線施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50840)及《漿體長距離管道輸送工程設(shè)計(jì)規(guī)程》(CECS98：98)，礦漿管道完整性管理尚未啟動(dòng)，長距離管道輸煤工程專用的設(shè)計(jì)、施工、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與控制、完整性管理等諸方面管理規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)尚為空白。

環(huán)保需求和政策導(dǎo)向?yàn)榈V漿管道輸送項(xiàng)目的發(fā)展提供了機(jī)遇，管道輸送項(xiàng)目全生命周期內(nèi)高效、安全、方便、快捷運(yùn)轉(zhuǎn)等業(yè)主方期待，對管道輸煤項(xiàng)目采用完整性管理提出了迫切需求。

5 管道輸煤項(xiàng)目完整性管理展望

目前國內(nèi)第一條長距離管道輸煤項(xiàng)目即將全線帶漿聯(lián)調(diào)聯(lián)試，為連續(xù)生產(chǎn)進(jìn)行準(zhǔn)備。全面收集管道建設(shè)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，推動(dòng)完整性管理正當(dāng)其時(shí)。管道輸煤項(xiàng)目完整性管理體系建設(shè)有如下特點(diǎn)：

1)低起點(diǎn)。管道輸煤項(xiàng)目完整性管理可借鑒美國Black Mesa煤漿管道、國內(nèi)外其它礦漿管道的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，借鑒油氣長輸管道在完整性管理方面的體系文件、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等，結(jié)合煤炭行業(yè)特點(diǎn)，獨(dú)創(chuàng)體系、從零起步、逐步完善，編制出適應(yīng)行業(yè)要求的管道輸煤類規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、體系文件。

2)高標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G通訊等高新科技，在管道輸煤選線測量、維搶修技術(shù)與裝備管理、管道智能檢測、管道智慧巡檢、管道泄漏預(yù)警、周界安防、無人機(jī)組網(wǎng)方案等專業(yè)領(lǐng)域開展工作，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能控制技術(shù)與管道本體高度集成、形成管控一體化系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)整個(gè)管道系統(tǒng)具有可測性、可控性、自適應(yīng)，系統(tǒng)綜合優(yōu)化平衡，從而管道運(yùn)行更加安全可靠、方便快捷。

展望未來，在實(shí)施聚焦管道輸煤主業(yè)戰(zhàn)略的同時(shí)，開展智慧管道、數(shù)字管道研究，組織開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的管道輸煤項(xiàng)目完整性管理系統(tǒng)，推動(dòng)集團(tuán)公司所具有的管道輸煤核心業(yè)務(wù)，向引領(lǐng)礦漿管道輸送行業(yè)進(jìn)步、建設(shè)綠色生態(tài)、美麗中國轉(zhuǎn)型。