王現(xiàn)中

（國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華南分公司，廣東廣州510620）

長輸管道具有點(diǎn)多、線長、面廣的特點(diǎn)，一旦發(fā)生事故，極易造成重大人員傷亡，污染水源和自然環(huán)境[1-3]。國家能源局發(fā)布的《中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》[4]指出，2015 年底我國長輸成品油管道已長達(dá)2.1 萬km，到2025 年，成品油管網(wǎng)運(yùn)輸體系將不斷完善并實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，里程將增加至4.0 萬km。隨著規(guī)劃的實(shí)施，長輸管道的管理難度將進(jìn)一步加大。國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華南分公司（以下簡稱華南公司）所轄管道運(yùn)行壓力高、高差起伏大、運(yùn)行負(fù)荷高，所經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、應(yīng)急搶險(xiǎn)難度大，管道沿線隱患多，迫切需要尋求能夠保障安全運(yùn)行的管理體系。完整性管理是一種基于風(fēng)險(xiǎn)的管理模式，起源于20 世紀(jì)70 年代，在歐美發(fā)達(dá)國家取得了一定的實(shí)踐基礎(chǔ)和良好效果[5]，通過大量分析對比發(fā)現(xiàn)，完整性管理模式是目前長輸管道公司較好的選擇[6-10]。經(jīng)過長期探索和技術(shù)研發(fā)，華南公司建設(shè)形成了“體系建設(shè)+技術(shù)研發(fā)+平臺開發(fā)”的長輸管道管理體系，現(xiàn)場應(yīng)用取得良好成效。

1 基于風(fēng)險(xiǎn)管理的體系構(gòu)建

為徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理模式，從業(yè)務(wù)體系梳理、支撐技術(shù)研發(fā)、依托平臺開發(fā)等方面，構(gòu)建了基于風(fēng)險(xiǎn)的長輸成品油管道管理體系，主要包括文件體系、技術(shù)體系和管理平臺建設(shè)。

1.1 文件體系

針對日常巡護(hù)、檢測評價(jià)、維修維護(hù)、事件管理各環(huán)節(jié)工作程序和業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的具體操作（見圖1），編制形成了國內(nèi)首套成品油管道完整性管理文件體系。該文件體系包含1 個(gè)總則、9 個(gè)程序文件和47 個(gè)作業(yè)文件的三級結(jié)構(gòu)形式（見圖2），全面涵蓋了建設(shè)期、運(yùn)營期和報(bào)廢階段管道全生命周期完整性管理業(yè)務(wù)。

圖1 業(yè)務(wù)活動(dòng)Fig.1 Operational activities

圖2 完整性管理文件體系Fig.2 Integrity management document system

1.2 技術(shù)體系

開發(fā)危害識別與消減、監(jiān)測預(yù)警、檢測評價(jià)與維修等技術(shù)，搭建完整性管理支撐技術(shù)服務(wù)平臺，構(gòu)建全方位安全風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)體系，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)管理方式中單一、落后的管控方式，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)防和預(yù)防性維修，將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受水平范圍內(nèi)。

1.2.1 危害識別評價(jià)技術(shù)

（1）高后果區(qū)識別技術(shù)。結(jié)合GB 50253《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、SY/T 6975《管道系統(tǒng)完整性管理實(shí)施指南》以及成品油管道實(shí)際運(yùn)行情況，形成了具有成品油管道特點(diǎn)的高后果區(qū)識別準(zhǔn)則，見圖3 所示。

圖3 分級識別準(zhǔn)則Fig.3 Hierarchical identification criteria

（2）風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)。結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，判別出危害因素（包括挖掘破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)建造、運(yùn)行維護(hù)、自然和地質(zhì)災(zāi)害、蓄意及其他破壞等6 類），采用半定量的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法建立了成品油管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，將管道風(fēng)險(xiǎn)描述為失效事故概率及其后果的綜合度量（見圖4）。根據(jù)構(gòu)成管道系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)問題的各種狀態(tài)給出以分值表示的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)管道實(shí)際情況評價(jià)出各項(xiàng)指標(biāo)的分值，計(jì)算出各段管道定量的風(fēng)險(xiǎn)值。

圖4 管道風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型Fig.4 Pipeline risk calculation model

1.2.2 監(jiān)測預(yù)警巡檢技術(shù) 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析、信息處理等技術(shù)，構(gòu)建全面感知的全方位（地下-地面-空中）監(jiān)控預(yù)警巡檢體系，主要包括無人機(jī)巡檢和智能機(jī)器人巡檢。

（1）無人機(jī)巡檢。人工巡線作業(yè)視野受限、效率低，成本高，響應(yīng)速度慢且巡線質(zhì)量參差不齊，在惡劣地形和天氣條件下難以保證人員安全。針對這一現(xiàn)狀，突破無人機(jī)海量數(shù)據(jù)管理、任務(wù)智能調(diào)度、智能視頻分析、視頻圖像異常目標(biāo)快速定位等技術(shù)，打造了無人機(jī)巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)采取客戶端/服務(wù)器分布式管理模式，數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器與客戶端本機(jī)中，從下至上分為四層架構(gòu)，依次為硬件支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層及應(yīng)用層（見圖5）。通過無人機(jī)巡檢系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)任務(wù)計(jì)劃、任務(wù)下發(fā)、接收任務(wù)、無人機(jī)航拍、數(shù)據(jù)處理、隱患問題提交、可疑區(qū)域人工排查、問題核實(shí)與處理8 個(gè)巡檢工作核心步驟。

圖5 無人機(jī)巡檢系統(tǒng)整體框架Fig.5 Overall framework of UAV patrol system

（2）智能機(jī)器人巡檢。人工巡檢易因人員專業(yè)素質(zhì)差導(dǎo)致漏報(bào)、誤報(bào)等問題，為提升巡檢質(zhì)量，推動(dòng)作業(yè)現(xiàn)場“無人化”巡檢進(jìn)程，開發(fā)了具有Exd IIC T6、IP66 防爆及防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的石化企業(yè)用多傳感器融合的智能巡檢機(jī)器人，具備自動(dòng)充電、隔爆行走、定位導(dǎo)航、成品油滲漏檢測、設(shè)備音頻采集、儀表數(shù)據(jù)及閥門狀態(tài)的視頻分析、無線通訊與平臺交互與數(shù)據(jù)對接等關(guān)鍵功能。硬件方面，主要包括機(jī)器人本體防爆處理、自主充電機(jī)構(gòu)以及行走系統(tǒng)等。本體防爆處理主要解決了防爆型式選擇、隔爆接合面設(shè)計(jì)、螺紋接合面設(shè)計(jì)、黏結(jié)接合面設(shè)計(jì)、襯墊設(shè)計(jì)選型、抗沖擊型式設(shè)計(jì)、電纜引入裝置設(shè)計(jì)等問題，達(dá)到了Exd IIC T6、IP66 防爆及防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。 軟件方面，采用C# 語言編寫，基于Microsoft Visual Studio 2013 開發(fā)平臺，用于防爆輪式巡檢機(jī)器人遠(yuǎn)程控制與監(jiān)控。

1.2.3 檢測評價(jià)與維修決策 結(jié)合檢測數(shù)據(jù)，通過剩余強(qiáng)度評價(jià)和剩余壽命預(yù)測，確定管道的最大允許工作壓力（MAOP）和當(dāng)前工作壓力的臨界缺陷尺寸，給出管道的剩余安全服役時(shí)間，為管道的維修和更換，以及升降壓操作提供依據(jù)。國際上已經(jīng)存在多種剩余強(qiáng)度評價(jià)方法并形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如美國ASME B31G、挪威船級社DNV RP-F101、英國BS 7910 等，剩余壽命預(yù)測常用的方法則是NACE 剩余壽命預(yù)測方法[11-15]。

基于以上方法，完成腐蝕缺陷、制造缺陷剩余強(qiáng)度評價(jià)方法及腐蝕缺陷剩余壽命預(yù)測方法核心算法，開發(fā)了管道內(nèi)檢測評價(jià)軟件，軟件功能架構(gòu)見圖6。該軟件包含完成金屬損失剩余強(qiáng)度3 種方法的核心評價(jià)方法算法，并研究制定了金屬損失、凹陷、焊縫缺陷及制造缺陷的維修判定準(zhǔn)則及算法，優(yōu)化了不同類型管道缺陷的評價(jià)與智能維修決策，實(shí)現(xiàn)缺陷的科學(xué)評價(jià)與針對性維修。

圖6 管道內(nèi)檢測評價(jià)軟件功能架構(gòu)Fig.6 Functional architecture of pipeline inspection and evaluation software

1.3 管理平臺

圍繞完整性管理核心業(yè)務(wù)，借助GIS 地理信息技術(shù)，收集整理管道設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營期管道本體、附屬設(shè)施、周邊環(huán)境、設(shè)備設(shè)施4 大類137 項(xiàng)數(shù)據(jù)，完成站場和外管道地下復(fù)雜交叉交匯點(diǎn)三維實(shí)景建模，建立覆蓋站內(nèi)和外管道重點(diǎn)部位及高風(fēng)險(xiǎn)段的視頻監(jiān)控，整合地圖影像、720 度全景影像等資源，建設(shè)移動(dòng)應(yīng)用平臺，建成數(shù)字全面、真實(shí)可視、高度集成、信息共享的基礎(chǔ)平臺（見圖7）。開發(fā)管道數(shù)字化、完整性管理、運(yùn)行管理、隱患治理、應(yīng)急響應(yīng)、綜合分析與展示、設(shè)備管理7 大類35 項(xiàng)管理功能，輔助提升業(yè)務(wù)流程規(guī)范化、流程化和精細(xì)化水平。集中集成SCADA、泄漏報(bào)警、智能陰保、無人機(jī)監(jiān)控、視頻等13 套專業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)互連互通，業(yè)務(wù)辦理集約化、協(xié)同化，提升基于風(fēng)險(xiǎn)管理的長輸成品油管道管理效率和應(yīng)急響應(yīng)能力。

圖7 管理平臺系統(tǒng)原理Fig.7 Principle of management platform system

2 管道管理體系應(yīng)用實(shí)踐

所建立的基于風(fēng)險(xiǎn)管理的長輸成品油管道管理體系在華南公司6 103 km 成品油管道上開展了大規(guī)模應(yīng)用實(shí)踐。近5 年來，事故事件率由實(shí)施前的 1.04×10-3次/（km·a）降低至 0.50×10-3次/（km·a），極大提升了華南區(qū)域成品油管道的安全運(yùn)行水平。

2.1 危害識別評價(jià)應(yīng)用

每年依據(jù)高后果區(qū)識別準(zhǔn)則，在全線開展了高后果區(qū)識別，明確管理重點(diǎn)，并且針對I、II 級高后果區(qū)制定了加強(qiáng)巡護(hù)線、加密警示樁牌等管理措施；對于III 級高后果區(qū)，采取了設(shè)立高清攝像頭、拍攝720 度全景影像、制定“一區(qū)一案”（應(yīng)急方案）等24 h 無縫監(jiān)管及預(yù)防措施。從挖掘破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)與施工、運(yùn)行與維護(hù)、自然與地質(zhì)災(zāi)害、蓄意破壞六方面危害因素，對失效后果在全線范圍內(nèi)開展風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，并全線開展風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)敏感性分析，明確所轄管道主要危害因素，針對主要危害因素提出針對性的風(fēng)險(xiǎn)防控、消減措施。以廣東省某管段成品油管道為例（見圖8），通過風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)敏感性分析，明確該段管道主要危害因素為第三方施工活動(dòng)（非法打孔、違章占壓），因此在風(fēng)險(xiǎn)消減中需重點(diǎn)關(guān)注此類危害因素。

圖8 敏感性分析結(jié)果（某管段）Fig.8 Sensitivity analysis results

2.2 檢測評價(jià)與維修決策應(yīng)用

基于開發(fā)的評價(jià)軟件，對內(nèi)檢測排查出的缺陷進(jìn)行評價(jià)，并結(jié)合高后果區(qū)識別結(jié)果、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果制定缺陷維修維護(hù)響應(yīng)級別（見圖9），建立維修維護(hù)制度規(guī)范和臺賬，有效消除潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 某管段響應(yīng)決策分析結(jié)果Fig.9 Response decision analysis results of a pipe section

2.3 監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)全線部署，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。通過開展無人機(jī)管道巡檢工作，在管道日常巡線、高后果區(qū)、工程建設(shè)、第三方施工、地質(zhì)災(zāi)害等方面為安全管理發(fā)揮了巨大作用，截至目前已累計(jì)飛行距離達(dá)到6×104km 以上，獲取數(shù)據(jù)60 TB 以上，發(fā)現(xiàn)管道隱患問題800 余項(xiàng)。智能巡檢機(jī)器人已更新至第5 代產(chǎn)品，推廣應(yīng)用于華南公司南沙站、黃埔站、斗門站、媽灣站、北海站、柳州站、長坡站、貴陽站等日常巡檢，可有效替代巡檢人員進(jìn)行設(shè)備及環(huán)境巡檢。

3 結(jié) 論

（1）編制形成了 1 個(gè)總則、9 個(gè)程序文件和 47 個(gè)作業(yè)文件三級結(jié)構(gòu)形式的國內(nèi)首套成品油管道完整性管理文件體系，涵蓋建設(shè)期、運(yùn)營期和報(bào)廢階段管道全生命周期完整性管理體系。

（2）開展檢測評價(jià)與維修決策、監(jiān)測預(yù)警（無人機(jī)、智能機(jī)器人等）、危害識別評價(jià)等技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，對成品油長輸管道運(yùn)行管理各方面進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)管控，構(gòu)建有針對性的風(fēng)險(xiǎn)管控體系，確保管道運(yùn)行安全。

（3）基于完整性管理體系，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)業(yè)務(wù)活動(dòng)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，事故事件率由實(shí)施前的1.04×10-3次/（km·a）降 低 至 0.50×10-3次/（km·a），取得了良好的應(yīng)用效果，極大提升了華南區(qū)域成品油管道的安全運(yùn)行水平。