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        海底管道完整性管理方法概述

        2021-08-31 10:02:32周大可
        當(dāng)代化工研究 2021年16期
        關(guān)鍵詞:管理工作檢測(cè)管理

        *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(gè)方面:管道的自身狀態(tài)和使用功能安全可靠;運(yùn)營商能夠全面獲取管道全生命周期內(nèi)的運(yùn)行情況;持續(xù)采取措施控制風(fēng)險(xiǎn),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(yùn)營企業(yè)為了保持海底管道的完整性,采取一系列經(jīng)濟(jì)高效的管理活動(dòng)保證安全運(yùn)行,將海底管道的風(fēng)險(xiǎn)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(shí)別和評(píng)價(jià)海底管道全生命周期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)因素,制定相應(yīng)對(duì)策進(jìn)行調(diào)整;做好典型事故應(yīng)急預(yù)案并加強(qiáng)演練,避免出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)處理不當(dāng),造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害;確保海底管道系統(tǒng)安全運(yùn)行,以保障公共設(shè)施、環(huán)境和財(cái)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(xiǎn)因素,導(dǎo)致其安全性和經(jīng)濟(jì)性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

        國外方面,根據(jù)英國石油管理局(OGA)的統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(yùn)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(gè)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(yùn)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(shí)際工程應(yīng)用中不斷積累作業(yè)信息和數(shù)據(jù),同時(shí)從技術(shù)服務(wù)公司引入先進(jìn)技術(shù),持續(xù)進(jìn)行改進(jìn)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(gè)采用資產(chǎn)運(yùn)營完整性管理的海底管道。中海油自2008年啟動(dòng)海底管道完整性管理研究項(xiàng)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(xiǎn)評(píng)價(jià)、管道內(nèi)外檢測(cè)、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(jì)投入超過1億元進(jìn)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(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、風(fēng)險(xiǎn)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(jì)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(jìn)行過任何清管和通球等基本的維護(hù)作業(yè)。超過1000km的海底管道無法實(shí)現(xiàn)內(nèi)檢測(cè)作業(yè)。隨著在役年限的增加,海底管道的安全風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)升高,運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

        目前,國外相關(guān)公司和機(jī)構(gòu)針對(duì)陸上管道的完整性管理建立了比較完備的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。API 1160-2201《危險(xiǎn)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(shí)施方法[2]。

        針對(duì)海底管道完整性管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(xiǎn)識(shí)別、計(jì)劃、監(jiān)測(cè)、檢測(cè)和維護(hù)工作,并針對(duì)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(hù)活動(dòng)。2015年,國家能源局發(fā)布了等同采用DNV-RP-F116的標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7342-2016[4]作為國內(nèi)石油天然氣行業(yè)的推薦標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)化組織)批準(zhǔn)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(duì)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(jì)、施工、投產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)和廢棄等全生命周期的各個(gè)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(duì)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(yùn)營商資產(chǎn)管理的一部分,并在實(shí)際生產(chǎn)過程中不斷總結(jié)、更新和改進(jìn)。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(yùn)營維護(hù)、廢棄管理、績效考核與改進(jìn)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(yùn)營過程的特點(diǎn),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(jià)值提升四個(gè)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(xì)的工作計(jì)劃和方法;價(jià)值提升是對(duì)各階段和整體的完整性管理工作進(jìn)行評(píng)估,總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并持續(xù)改進(jìn)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(píng)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(hù)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(jìn)行設(shè)計(jì)審查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,從而制定完整性管理計(jì)劃。維護(hù)完整性是指在海底管道從試生產(chǎn)到運(yùn)營維護(hù)再到廢棄階段,通過檢測(cè)和試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與整合,并根據(jù)完整性評(píng)估結(jié)果對(duì)管道進(jìn)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、檢測(cè)監(jiān)測(cè)、完整性評(píng)價(jià)和維修維護(hù)。如圖3所示,在具體工作實(shí)施過程中,上述技術(shù)需要在海底管道全生命周期的各個(gè)階段循環(huán)執(zhí)行,各項(xiàng)技術(shù)之間具有較強(qiáng)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(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)

        風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(xiǎn),從而允許操作人員關(guān)注完整性管理活動(dòng),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(jì)階段的安全水平。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(shí)別可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況。最常見的海底管道風(fēng)險(xiǎn)主要包括腐蝕/侵蝕、第三方風(fēng)險(xiǎn)、結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)以及操作不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。完成對(duì)管道系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和數(shù)據(jù)收集之后,便可進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作,根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)和資料,按照文檔化流程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。最后根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果建立和執(zhí)行完整性管理流程。

        ②檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)

        檢測(cè)和監(jiān)測(cè)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(cè)活動(dòng)。檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)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(xì)的檢測(cè)計(jì)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(jìn)行檢測(cè)作業(yè)并編制初步的檢測(cè)報(bào)告,最后對(duì)報(bào)告和文件中收集數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。

        檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)水平?jīng)Q定了海底管道完整性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是提高測(cè)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(cè)技術(shù)、缺陷實(shí)時(shí)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(jìn)信息技術(shù)等,可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)。同時(shí),操作人員應(yīng)建立可靠的信息處理系統(tǒng),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和控制,提高其動(dòng)態(tài)性和完整性[5]。

        檢測(cè)和監(jiān)測(cè)方案需要結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果確定,對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)的位置或區(qū)域,適當(dāng)提高檢測(cè)范圍和次數(shù),能夠盡早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)上報(bào)。對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)的位置或區(qū)域,可以考慮減小檢測(cè)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(píng)估技術(shù)

        完整性評(píng)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(kuò)展和拖網(wǎng)頻率等預(yù)測(cè)模型,對(duì)已經(jīng)發(fā)生的損壞和異常或事故的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。完整性評(píng)估的具體過程為,針對(duì)評(píng)價(jià)的對(duì)象以及相關(guān)數(shù)據(jù)資料,結(jié)合危險(xiǎn)因素確定相應(yīng)的評(píng)估方法和計(jì)劃,最終按照計(jì)劃的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。

        完整性評(píng)估技術(shù)的關(guān)鍵在于,針對(duì)不同的損壞和異常情況,選擇合理方法進(jìn)行評(píng)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(píng)估方法。

        表1 海底管道不同類型損傷完整性評(píng)估方法

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

        ④維修維護(hù)技術(shù)

        維修維護(hù)是指通過加強(qiáng)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(hù)的主要過程為,首先根據(jù)管道受損情況制定詳細(xì)操作計(jì)劃,由具備相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和資質(zhì)的人員按照批準(zhǔn)的程序執(zhí)行相關(guān)工作,最后針對(duì)完成修復(fù)的管道部分進(jìn)行完整性和功能性的認(rèn)證,包括無損檢測(cè)程序、通過試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行的局部泄露試驗(yàn)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(rèn)證程序。

        維修和維護(hù)應(yīng)按照完整性評(píng)估結(jié)果實(shí)施,根據(jù)管道發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性和受損程度判斷是否需要采取相應(yīng)措施。同時(shí),維修和維護(hù)作業(yè)方案也將影響下一階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和檢測(cè)監(jiān)測(cè)計(jì)劃。對(duì)于重建或大修的管道,考慮延長風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估周期和檢測(cè)頻次,降低運(yùn)營成本。對(duì)于不實(shí)施維修或進(jìn)行簡單維修的管道,需要提前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和檢測(cè)以降低出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn),提高管道設(shè)備設(shè)施管理水平。針對(duì)海底管道完整性管理工作的開展提出以下幾點(diǎn)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(shí)施過程中應(yīng)根據(jù)工程實(shí)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(shí)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(jìn)一步完善相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,更加全面和系統(tǒng)地對(duì)海底管道完整性管理工作進(jìn)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。

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