袁銀春 王 威 王小魏 張鳳霞 李 怡 李思強(qiáng)

（中石化西南油氣分公司采氣二廠，四川 閬中 673400）

0 引言

××氣田處于四川丘陵地帶，地勢(shì)起伏大，管道彎頭多、高程差變化大，存在著很大的泄漏、火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)性。針對(duì)其特殊性，××氣田集輸管網(wǎng)采用改良的全濕氣加熱保溫混輸∕分輸工藝，及抗硫管材、緩蝕劑連續(xù)加注、陰極保護(hù)技術(shù)、智能清管技術(shù)聯(lián)合的防腐工藝，全方位保證酸氣管線安全運(yùn)行［1］。

××氣田集輸管道已安全平穩(wěn)運(yùn)行7 年，但因地處丘陵地區(qū)，自然災(zāi)害頻發(fā)，同時(shí)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，第三方破壞日益嚴(yán)重。隨著氣田發(fā)展，現(xiàn)有的數(shù)字管理平臺(tái)功能單一，僅限于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)靜態(tài)的收錄，無法對(duì)集輸管道的周邊信息、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、安全隱患、檢驗(yàn)評(píng)價(jià)和維護(hù)情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，亟須探索出適用于××氣田集輸管道完整性的管理模式。本研究借鑒國內(nèi)外完整性管理理念及管理模式［2-3］，采用“6 步循環(huán)法”開展管道完整性管理。針對(duì)××氣田的實(shí)際情況，對(duì)集輸管道運(yùn)行中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，通過監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、檢驗(yàn)等各種方式，獲取與專業(yè)管理相結(jié)合的管道完整性的信息，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，解決現(xiàn)有的問題，從而將管道運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，探索出適用于××氣田集輸管網(wǎng)的完整性管理方法，保障了××氣田集輸管網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 集輸管道完整性評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

管道完整性管理指對(duì)所有影響管道完整性的因素進(jìn)行綜合、一體化管理。通過對(duì)運(yùn)營安全因素的識(shí)別和評(píng)價(jià)，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，不斷改善識(shí)別到的不利影響因素，將管道運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，達(dá)到在經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)上保障管道安全運(yùn)行管理的目的［4-5］。

目前，國內(nèi)外完整性管理理念及管理模式，以“6步循環(huán)法”開展管道完整性管理為核心主線，在管理和技術(shù)兩個(gè)層面同時(shí)進(jìn)行規(guī)劃［6-7］，包括：數(shù)據(jù)收集與整理、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性檢驗(yàn)評(píng)價(jià)、維修與維護(hù)、效能評(píng)價(jià)等6個(gè)步驟，具體如圖1所示。

圖1 6步循環(huán)法

2 ××氣田集輸管線完整性評(píng)價(jià)

2.1 數(shù)據(jù)收集與整理

數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)等五大類［8-9］，其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖2 所示。依托EPBP 管理平臺(tái)，完成了全部已建集輸管道的基礎(chǔ)地理信息，包括海拔、GPS坐標(biāo)、埋深等數(shù)據(jù)的錄入，其余運(yùn)行數(shù)據(jù)包括腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、陰極保護(hù)、腐蝕檢測(cè)結(jié)果、管道開挖檢測(cè)結(jié)果等通過建立相應(yīng)臺(tái)賬來記錄。但目前仍存在腐蝕數(shù)據(jù)采集不規(guī)范、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散、數(shù)據(jù)查找不方便等情況，××氣田搭建管道腐蝕基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，把分散的多方數(shù)據(jù)進(jìn)行整合納入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)管道腐蝕數(shù)據(jù)的集中高質(zhì)量管理及后續(xù)應(yīng)用。綜合管道內(nèi)檢測(cè)、遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力檢測(cè)、陰極保護(hù)及干擾監(jiān)測(cè)，防腐層管理及歷史開挖修復(fù)等數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的在線評(píng)價(jià)與分級(jí)，同時(shí)為其他數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)調(diào)用接口，為管道完整性管理建設(shè)提供支持。

圖2 集輸管線數(shù)據(jù)類型

2.2 高后果區(qū)識(shí)別

高后果區(qū)是酸氣管道發(fā)生事故后，對(duì)周圍人員、環(huán)境等造成的損失及后果［10-11］，可通過計(jì)算失效后果來判斷。首先，按照擴(kuò)散模型計(jì)算人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失面積，并計(jì)算出傷亡人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失。其次，將傷亡人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失換算成人員傷亡得分C1和直接經(jīng)濟(jì)損失得分C2，并按照式（1）確定失效后果得分。

總的失效后果得分為71～81 分，說明失效后果得分差異不大，即若發(fā)生事故，各區(qū)段人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失狀況基本相當(dāng)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

目前，××氣田集輸管道運(yùn)行主要存在多種風(fēng)險(xiǎn)，如圖3 所示，主要包含三大類。①地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。××氣田酸氣管道途經(jīng)14 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、123 個(gè)村莊，每年6—9 月是××氣田發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的高風(fēng)險(xiǎn)期，而地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生常常伴隨著對(duì)站外酸氣管線的拉扯、橫推等張力，具有酸氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)。②管道本體失效風(fēng)險(xiǎn)?！痢翚馓锝ㄔO(shè)過程中，大部分設(shè)備及管道均采用國產(chǎn)設(shè)備，酸氣集輸采用“抗硫碳鋼+緩蝕劑”工藝路線。因山地起伏，高差較大，部分酸氣管道實(shí)際流速低于設(shè)計(jì)值，站外酸氣管道低洼處底部積液，易造成管線腐蝕超標(biāo)，增大了腐蝕穿孔、氫脆開裂的風(fēng)險(xiǎn)。③第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)。工區(qū)內(nèi)酸氣管道途徑山地、農(nóng)田、道路、河流、村莊，地域范圍廣，蒼溪、閬中地區(qū)近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，居民、地方政府開展的建設(shè)活動(dòng)較多，氣田管道面臨著第三方施工破壞、農(nóng)民耕作損壞、安全距離內(nèi)違章占?jí)汉透钪参飺p壞防腐層等風(fēng)險(xiǎn)，容易造成管道裸露、管道外部母材受損等傷害，增大了酸氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 油氣田管道常見失效風(fēng)險(xiǎn)類型

集輸管道的失效可能性評(píng)分通用模板包括第三方破壞、腐蝕、設(shè)備（裝置）操作不當(dāng)和本體安全四個(gè)部分，相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值=（第三方影響評(píng)分+腐蝕影響評(píng)分+設(shè)計(jì)影響評(píng)分+誤操作影響評(píng)分）∕泄露沖擊指數(shù)，具體見式（2）。

式中：S31為第三方破壞得分；S32為腐蝕得分；S33為設(shè)備（裝置）及操作不當(dāng)?shù)梅?；S34為本體安全得分；β為泄露沖擊指數(shù)。

相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值得分為130.2～149.2分，具體如圖4所示，風(fēng)險(xiǎn)值得分差異不大，因此集輸管道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等風(fēng)險(xiǎn)，集輸管道失效可能性如圖5所示。

圖4 失效后果分?jǐn)?shù)值

圖5 集輸管道的失效可能性

2.4 完整性檢驗(yàn)評(píng)價(jià)

針對(duì)××氣田目前的三類主要風(fēng)險(xiǎn)，××氣田通過監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、檢驗(yàn)等方式，獲取管道完整性的信息，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行確認(rèn)，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，以管控風(fēng)險(xiǎn)。

2.4.1 地質(zhì)災(zāi)害方面?，F(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)設(shè)備有北斗定位監(jiān)測(cè)、拉線式位移計(jì)、深部位移計(jì)、雨量監(jiān)測(cè)計(jì)、水位監(jiān)測(cè)計(jì)。所有設(shè)備均設(shè)置有一、二、三、四級(jí)預(yù)警值，在監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)監(jiān)測(cè)值超過預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)提供網(wǎng)頁平臺(tái)和手機(jī)短信實(shí)時(shí)預(yù)警。

2.4.2 管線本身方面。管線本身風(fēng)險(xiǎn)包括管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)力集中風(fēng)險(xiǎn)?！痢翚馓锔g防控手段包括：一是場(chǎng)站內(nèi)采用緩蝕劑連續(xù)加注的方式對(duì)場(chǎng)站酸氣管道進(jìn)行腐蝕防控；二是場(chǎng)站外的酸氣集輸管線，采用緩蝕劑預(yù)膜來進(jìn)行腐蝕防控，具體方式為采用腐蝕掛片、電阻探針及超聲波壁厚檢測(cè)來論證緩蝕劑加注量的合理性及壁厚情況；三是采用卡箍式超聲波在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、場(chǎng)指紋技術(shù)來監(jiān)測(cè)站外管道壁厚，全方位管控酸氣管道的腐蝕情況。同時(shí)，通過建立有限元模型，在風(fēng)險(xiǎn)管道點(diǎn)布設(shè)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)管道的軸向應(yīng)變，經(jīng)設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)變傳感器和數(shù)據(jù)采集工作站將監(jiān)測(cè)到的應(yīng)變數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器。服務(wù)器端實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)管道的力學(xué)狀況進(jìn)行評(píng)判，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提示，及時(shí)做出預(yù)警信息，高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理。

2.4.3 管線腐蝕檢測(cè)方面?！痢翚馓镒酝懂a(chǎn)以來，全面開展了酸氣管道智能清管檢測(cè)復(fù)檢工作，試產(chǎn)工程完成第三輪復(fù)檢，滾動(dòng)建產(chǎn)工程完成第二輪復(fù)檢。酸氣管道的缺陷點(diǎn)隨管道的運(yùn)行時(shí)長增加而增加的，通過智能清管漏磁和幾何檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道的腐蝕及變形。

2.4.4 管線應(yīng)力檢測(cè)方面。針對(duì)普光氣田環(huán)焊縫開裂事故，××氣田立即對(duì)143 km 集輸酸氣管線原始環(huán)焊縫射線底片進(jìn)行復(fù)評(píng)，并對(duì)管道應(yīng)力狀況進(jìn)行模擬分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格焊縫及高風(fēng)險(xiǎn)焊縫。2020 年，××氣田全面開展遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力檢測(cè)工作，并對(duì)應(yīng)力集中風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證并釋放應(yīng)力，防止應(yīng)力集中對(duì)管線造成損傷。根據(jù)《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50350—2015）中的應(yīng)力校核準(zhǔn)則進(jìn)行校核，在設(shè)計(jì)工況下，××氣田集輸管道各節(jié)點(diǎn)最大當(dāng)量應(yīng)力小于0.9倍最小屈服強(qiáng)度，滿足規(guī)范要求。

2.4.5 第三方破壞方面。第三方破壞主要采用管道智能管控平臺(tái)進(jìn)行預(yù)防和管理，該平臺(tái)以無人機(jī)巡護(hù)系統(tǒng)為主導(dǎo)，光纖預(yù)警系統(tǒng)為數(shù)據(jù)接入端，利用傳感器獲取告警信息后通知巡護(hù)系統(tǒng)。利用無人機(jī)巡護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管道日常巡線，并在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)通知監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、指揮，第一時(shí)間對(duì)管道外部入侵進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警及泄漏事故做出快速應(yīng)急反應(yīng)。同時(shí)結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)系統(tǒng)、分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及管道應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管道泄漏與防護(hù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)預(yù)警、報(bào)警，有效提升油氣管網(wǎng)安全管控與防護(hù)能力，降低管道泄漏與破壞帶來的損失。

2.5 維修與維護(hù)

××氣田某支線集輸管道智能清管工作中，共發(fā)現(xiàn)金屬損失36 點(diǎn)位（金屬損失深度大于10%）。全部開挖驗(yàn)證，開挖驗(yàn)證準(zhǔn)確度大于90%；共發(fā)現(xiàn)幾何變形10 點(diǎn)位，完成2 處開挖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)缺陷2 處，開挖驗(yàn)證準(zhǔn)確度為100%。對(duì)于大于20%的金屬損傷缺陷、形變大于0.6%的變形缺陷和焊縫褶皺缺陷，××氣田采用鋼質(zhì)環(huán)氧套筒補(bǔ)強(qiáng)與修護(hù)，如圖6所示。

圖6 集輸管道補(bǔ)強(qiáng)

2.6 管道完整性管理實(shí)施效果

按照《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》（GB 32167—2015）的要求，定期開展效能評(píng)價(jià)，確定完整性管理的有效性，采用管理審核、指標(biāo)評(píng)價(jià)和對(duì)標(biāo)的方法，根據(jù)指標(biāo)體系的建立及××氣田的具體狀況，建立長輸管道完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，集輸管道完整性狀態(tài)總效能和長輸管道完整性管理過程總效能這2 個(gè)指標(biāo)可以更加科學(xué)地對(duì)整個(gè)管理過程進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。在推行管道完整性管理后，管道的安全性能增加，尤其是在預(yù)防腐蝕和第三方破壞方面效果明顯。

3 結(jié)語

川東北山區(qū)管道沿線地形地貌復(fù)雜多樣，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，應(yīng)急搶險(xiǎn)難度大，國內(nèi)可供借鑒的管理經(jīng)驗(yàn)有限。隨著《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》的實(shí)施，××氣田以建設(shè)“智能管道、智慧管網(wǎng)、數(shù)據(jù)完整性管道”為目標(biāo)，積極探索××氣田川東北山區(qū)管道完整性管理模式，建立數(shù)據(jù)一體化系統(tǒng)，協(xié)同分析集輸管道情況。針對(duì)目前面臨的三類風(fēng)險(xiǎn)，建立空地一體化管控系統(tǒng)、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)管控腐蝕及識(shí)別第三方破壞，實(shí)現(xiàn)管道泄漏與防護(hù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警及報(bào)警，有效提升油氣管網(wǎng)的安全管控與防護(hù)能力，降低管道泄漏與破壞帶來的損失。