安科工程技術研究院(北京)有限公司 吳廣春

上海天然氣管網有限公司 李德明

國家管網集團西氣東輸分公司 濮春明

以美國聯邦法規(guī)49 CFR Part 195《危險液體管道在高后果區(qū)開展完整性管理》和49 CFR Part 192《天然氣管道在高后果區(qū)開展完整性管理》的批準實施為標志，全球長輸油氣管道由風險管理階段轉入完整性管理階段，從而實現了長輸油氣管道管理方式的重大變革。

我國自20世紀90年代起開展管道安全評價研究，逐步建立和完善了我國長輸油氣管道完整性管理體系。2017年國家安監(jiān)總局等八部門簽發(fā)了《關于加強油氣輸送管道途徑人員密集場所高后果區(qū)安全管理工作的通知》，要求各相關單位突出加強高后果區(qū)的安全管理工作，有效防范油氣輸送管道重特大生產安全事故。GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》中也強制要求各管道運營單位周期性開展高后果區(qū)的識別和更新工作，同時對高后果區(qū)管道進行風險評價。然而，在具體的識別界定和風險控制過程中由于對標準規(guī)范的認知程度不同，往往會產生一些疑惑，如：工廠和辦公樓如何界定、高后果區(qū)的邊界如何界定、地區(qū)發(fā)展后等級評定及最大允許操作壓力(MAOP)如何確定與修正以及高后果區(qū)管段可接受的風險水平如何量化等。

本文就以上問題的現狀進行了分析，基于此提出了管道完整性管理發(fā)展的一些建議，為國內同行提供一定的借鑒。

1 高后果區(qū)識別

1.1 地區(qū)等級劃分

地區(qū)等級劃分主要采用單位面積住戶數(又稱住戶密度指數)或人口密度兩種指標，其中又以單位面積住戶數更為普遍。現國內外關于地區(qū)等級劃分準則的標準規(guī)范主要有：國家標準GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》、國際標準化組織標準ISO 13623:2017 Petroleum and natural gas industries- Pipeline transportation systems、GB/T 24259—2009《石油天然氣工業(yè) 管道輸送系統》(修改采用ISO 13623:2000)、美國機械工程師協會標準 ASME B31.8:2018 Gas Transmission and Distribution Piping Systems和加拿大標準協會標準 CSA-Z662-15 Oil and Gas pipeline systems。其中，ISO 13623:2017和GB/T 24259—2009以人口密度衡量地區(qū)等級，其余3種標準均以單位面積住戶數衡量。表1為我國現行標準對地區(qū)等級劃分相關規(guī)定的對比，基于單位面積住戶數和人口密度兩種指標的差異，相應的管道設計系數也存在差異。

在地區(qū)等級劃分上，GB/T 24259—2009對工業(yè)廠房、辦公樓、賓館酒店等進行了更為明確的界定，屬于三級地區(qū)。但考慮到住戶數統計的便利性，國內多采用 GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》進行地區(qū)等級劃分和管道設計。

表1 GB 50251—2015和GB/T 24259—2009(ISO 13623:2017)地區(qū)等級劃分準則

GB 50251—2015關于不同地區(qū)等級的管道設計采用不同設計系數的辦法主要參考了 ASME B31.8:2018標準，同時結合我國人口地區(qū)特征差異大的特點，從實際出發(fā)對住戶密度指數進行了修正。ASME B31.8:2018中該指數為15.6戶/km2，GB 50251—2015則根據國情確定為18.75戶/km2。

ASME B31.8:2018與CSA-Z662-15關于地區(qū)等級劃分上要求相近，但ASME B31.8:2018對管道設計系數要求更高，更為保守。由此可見，標準 GB 50251—2015和GB/T 24259—2009在充分考慮我國人口分布實際情況下，對標國際標準更具科學性，尤其在一級一類地區(qū)劃分要求上更為嚴格。

1.2 高后果區(qū)等級識別

高后果區(qū)為管道發(fā)生事故后可能對公眾和環(huán)境產生較大影響的區(qū)域，分為I、II和III級。I級表示最小的嚴重程度，III級表示最大的嚴重程度。管道高后果區(qū)的識別與管道所處地區(qū)等級的劃分密切相關。GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》中關于輸氣管道高后果區(qū)識別準則做出了規(guī)定：管道經過區(qū)域符合表2識別項中任何一條的即為高后果區(qū)。其中的地區(qū)等級劃分按照 GB 50251—2015中相關規(guī)定執(zhí)行。對于穿越公路和鐵路的燃氣管道，該標準中雖未明確定義高后果區(qū)級別，但GB 50251—2015和GB 50253—2014《輸油管道設計規(guī)范》中都相應降低了強度設計系數，即間接提升了高后果區(qū)等級。

表2 輸氣管道高后果區(qū)管段識別分級

2 地區(qū)等級升級影響

2.1 地區(qū)等級變更限值

隨著地區(qū)經濟發(fā)展、地區(qū)內戶數或人口增長，地區(qū)等級升級是管道運營單位日常高后果區(qū)管控中經常遇見的情形。常規(guī)的做法是根據發(fā)展后的戶數或人口重新評定地區(qū)等級。ISO 13623:2017在評定地區(qū)等級時，同時考慮了在役管道周邊環(huán)境的發(fā)展，提出了區(qū)域發(fā)展后人口密度的限值，對于一級、二級、三級和四級地區(qū)分別給出了發(fā)展后的人口密度限值區(qū)間：25 人/km2、(25～100)人/km2、(100～350)人/km2和＞350人/km2(但未達到五級地區(qū)的要求)，不超過給定的區(qū)間，可不做地區(qū)等級升級處理。ASME B31.8:2018則給出了地區(qū)發(fā)展后戶數變化的允許區(qū)間，分別為：一級地區(qū)11～25戶、二級地區(qū)26～65戶和三級地區(qū)＞66戶(但未達到四級地區(qū)的要求)。允許區(qū)域發(fā)展，設置合理的變更限值，是較為合理和科學的做法。管道運營單位在日常管理過程中可參考借鑒。

2.2 現役管道MAOP調整

地區(qū)等級升級后，會造成現役管道與升級后地區(qū)的MAOP不匹配。如何對現役管道MAOP進行調整與修正，是困擾管道運營單位的一個突出問題。ASME B31.8:2018給出了推薦做法，可供參考。

(1) 如果管段的實際服役狀況良好，地區(qū)等級變化前經適用性評價滿足合于使用評價強度要求的或開展過不小于2 h的強度試壓的，應在地區(qū)等級變化后的18個月內對其MAOP予以確認或降低，使其不超過表3中允許的數值。

表3 地區(qū)等級變化后MAOP限值

(2) 當操作條件需要保持現有的MAOP，但又與(1)不相符合時，則地區(qū)等級升級區(qū)域應敷設符合相應要求的管道，并按照升級后的地區(qū)等級選擇適宜的設計系數。

3 高后果區(qū)風險控制

3.1 管道完整性管理

之所以稱之為高后果區(qū)是因為其一旦發(fā)生泄漏，其后果非常嚴重。因此，對于高后果區(qū)的風險控制顯得尤為重要。對高后果區(qū)的風險管控主要通過兩個方面：

(1) 在管道設計階段針對不同地區(qū)等級設置不同的強度設計系數，確保管道安全。

(2) 在管道運營期內加強管道完整性管理，預防事故發(fā)生。

ASME統計分析了 1984—2001年美國管道安全辦公室的管道事故數據庫，結果表明應力水平和設計系數并不是管道失效數據和安全行的控制因素。EGIG、PHMSA、AER和Concawe等國外管道失效數據庫的最新統計數據表明：外力破壞、設備失效、腐蝕和誤操作成為導致管道失效的主要原因，而通過加強管道完整性管理可有效地降低管道事故發(fā)生率[1]。

3.2 失效概率分析

加強高后果區(qū)的完整性管理，有必要對不同地區(qū)管道可接受的失效概率進行量化。目標可接受失效概率的獲取可通過兩種方法，基于歷史統計失效數據庫和基于目標可靠性理論分析。

(1) 基于歷史統計失效數據庫。國際上知名的油氣管道失效數據庫有：歐洲輸氣管道事故組織EGIG、美國管道和危險材料安全管理局PHMSA、英國陸上管道運營商協會UKOPA和加拿大能源管道協會CEPA數據庫。匯總各數據庫最新發(fā)布的數據，失效概率數值如表4所示。

表4 油氣管道平均失效概率

EGIG和UKOPA統計了5年移動平均失效概率，在最新發(fā)布的報告中給出了 2012—2016年 5年移動平均失效概率，代表了其目前的完整性管理水平。PHMSA和CEPA則沒有對此數據進行統計分析，分別采用 2005—2010年整體平均失效概率和2015年整體平均概率來表征。另外，由于PHMSA只統計符合某些標準的事故(如：超過50 000美元的經濟損失等)，表4中的數值已在其發(fā)布的失效概率基礎上乘以4來說明其未統計的事故數據。

基于以上各失效數據庫的歷史統計數據，建議總平均失效概率目標可設為：1×10-4/(km?a)。

(2) 基于目標可靠性理論分析?；谀繕丝煽啃岳碚摲治鰳藴手饕袊覙藴?GB/T 29167—2012《石油天然氣工業(yè) 管道輸送系統 基于可靠性的極限狀態(tài)方法》(等同采用 ISO 16708:2006)、加拿大標準協會標準 CSA-Z662-15 Oil and Gas pipeline systems、挪威船級社(DNV)與德國勞氏船級社(GL)標準 DNVGL-RP-F101:2017 Corroded pipelines等。此外，中石油在2012年立項“天然氣管道基于可靠性的設計和評價方法研究”，在國外已有研究成果的基礎上，結合國內天然氣管道的設計、材料、施工和運維情況，給出了國內天然氣管道的目標可靠度計算公式。相關規(guī)定如表5所示。

表5 國內外相關標準對于不同等級地區(qū)管道最大可接受失效概率的規(guī)定

4 結語

對國內外標準推薦做法和研究現狀作系統的總結和梳理，可以為高后果區(qū)的風險評價和風險控制提供量化的依據。未來，高后果區(qū)的識別與管控應向智能化識別、潛在影響半徑的精準化界定、管控效果量化等方向發(fā)展，以提高管道運營單位的完整性管理水平和智能化程度。