羅自治，楊 嘯，鹿棟梁，陳維杰,王永建，楊德福

1.中海福陸重工有限公司 （廣東 珠海 519055）

2.海洋石油工程股份有限公司 （天津 300452）

3.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司 （河北 涿州 072750）

管道運(yùn)輸由于具有運(yùn)量大、連續(xù)、迅速、成本低等優(yōu)點(diǎn)承擔(dān)油氣集輸?shù)闹饕蝿?wù)，被譽(yù)為能源血管、油氣生命線。石油天然氣作為工業(yè)原料及清潔能源被廣泛應(yīng)用于日常生活中各個(gè)方面，隨著人們對(duì)油氣資源應(yīng)用的需求增加，承擔(dān)油氣輸送任務(wù)的油氣管道建設(shè)也急速增長(zhǎng)。同時(shí)，大量油氣管道事故的發(fā)生，造成石油天然氣泄漏，泄漏物污染環(huán)境甚至造成爆炸，導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。如何讓生命線處于受控狀態(tài)成為安全線，最大限度減少油氣管道事故的發(fā)生和盡可能地延長(zhǎng)管道使用壽命，是管道管理者探索的課題。以美國(guó)為例，介紹其管道安全管理優(yōu)秀方法經(jīng)驗(yàn)以及所取得的成果，在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)管道運(yùn)營(yíng)及管理提出建議。

1 管道完整性管理介紹

引起管道失效的原因包括管材腐蝕、材料老化、疲勞、自然災(zāi)害、管體機(jī)械損傷等，這些因素隨著時(shí)空變化在不斷地侵害著管道。為有效遏制管道事故，國(guó)內(nèi)外對(duì)于管道失效事故均進(jìn)行了大量的調(diào)查分析與研究[1-5]。管道完整性管理就是在國(guó)外管道事故頻發(fā)的背景下催生的，由美國(guó)管道研究委員會(huì)首先提出，在國(guó)外已有成熟的研究及應(yīng)用,是為了保持管道功能完好、結(jié)構(gòu)無(wú)缺損而進(jìn)行的有針對(duì)性的管理活動(dòng)。

2016年3月實(shí)施的GB 32167—2015《油氣管道完整性管理規(guī)范》對(duì)管道完整性管理給出了明確的定義。完整性管理是管道安全管理的一種有效模式，基于風(fēng)險(xiǎn)管理發(fā)展而來(lái)，是一種較先進(jìn)的管道安全管理方法。對(duì)油氣管道實(shí)施完整性管理，確保管道系統(tǒng)的完整性，是每個(gè)管道運(yùn)營(yíng)公司的首要目標(biāo)。管道公司希望連續(xù)、安全可靠地提供服務(wù)，且不會(huì)對(duì)公眾或環(huán)境造成不利影響。

2 管道完整性管理實(shí)施流程

美國(guó)科學(xué)家Richard D.Turley等人于2007年8月28日申請(qǐng)到一項(xiàng)關(guān)于油氣管道完整性管理流程的專利[6]。該專利設(shè)計(jì)了一種降低油氣管道風(fēng)險(xiǎn)和失效后果的方法，內(nèi)容包括識(shí)別出對(duì)管道安全和環(huán)境有直接影響的管道泄漏，特別是識(shí)別出高后果區(qū)域；通過(guò)分析整合各種數(shù)據(jù)信息制定基本評(píng)價(jià)計(jì)劃；建立減緩和預(yù)防管道事故發(fā)生的措施；在管道發(fā)生泄漏時(shí)準(zhǔn)確定位一個(gè)或多個(gè)管段的緊急限流裝置以減少油氣泄漏量。該流程圖如圖1所示。

美國(guó)石油學(xué)會(huì)在2001年11月發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)API STANDARD 1160—2001《Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines》（有害液體管道系統(tǒng)的完整性管理），并在其后的幾年對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行修正，其最新版本的標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)已改為推薦標(biāo)準(zhǔn)REC?OMMENDED PRACTICE 1160，2013年9月發(fā)布第2版，含勘誤）提出有害液體管道系統(tǒng)完整性管理的過(guò)程，如圖2所示[7]。

圖1 美國(guó)專利文獻(xiàn)報(bào)道的管道完整性管理流程

圖2 API RP 1160—2013有害液體管道系統(tǒng)完整性管理流程

美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）于2002年7月發(fā)布 ASME B31.8S—2001《Managing Integrity System Of Gas Pipeline》（輸氣管道完整性管理），此標(biāo)準(zhǔn)是對(duì) ASME B31.8《Gas Transmission and Distribution Piping System》（天然氣輸氣管道與配氣管道系統(tǒng)）的補(bǔ)充,其目的是為管道系統(tǒng)的完整性及完整性管理提供一個(gè)科學(xué)、系統(tǒng)、廣泛、完整的方法。此標(biāo)準(zhǔn)在其后的多年進(jìn)行了修正與內(nèi)容增減，其最新版本發(fā)布于2016年，標(biāo)準(zhǔn)中提出的輸氣管道系統(tǒng)完整性管理流程如圖3所示[8]。

從流程圖可以看出，專利及標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)管道系統(tǒng)、危險(xiǎn)液體輸送管道、輸氣管道和完整性管理的流程進(jìn)行了論述，有異同點(diǎn)，但最終目的是為了識(shí)別、評(píng)價(jià)并減緩或消除管道本體風(fēng)險(xiǎn)，確保管道處于完整性狀態(tài)并安全運(yùn)行，并且所有的步驟和工作是閉式循環(huán)，遵循戴明循環(huán)（PDCA）。

3 美國(guó)管道完整性管理實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

美國(guó)國(guó)內(nèi)擁有密集的油氣輸送管網(wǎng)，管道完整性管理實(shí)施比較成熟。據(jù)公開(kāi)資料顯示，美國(guó)油氣管道（含危險(xiǎn)液體、天然氣長(zhǎng)輸及集輸管道）長(zhǎng)度超過(guò)260×104km。

圖3 ASME B31.8S—2016輸氣管道系統(tǒng)完整性管理流程

美國(guó)石油管道協(xié)會(huì)（AOPL）2016年8月發(fā)布的一份報(bào)告顯示[9]，美國(guó)液體輸送管道約334 422 km，原油輸送管道約116 581 km。僅2014年通過(guò)管道輸送原油及其他石油產(chǎn)品達(dá)到22.194×108t（162億桶），因各種事故或其他原因?qū)е螺斔蛽p失量?jī)H十萬(wàn)分之一。如此小的損失量得益于其較好的管道完整性管理實(shí)施。

3.1 美國(guó)管道事故原因分析

美國(guó)管道和危險(xiǎn)材料安全管理局（PHMSA）對(duì)美國(guó)歷年的管道安全事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。PHM?SA將管道重大事故定義為：①有人員受傷需要住院治療或者死亡的；②損失達(dá)50 000美元或者更多；③高濃度揮發(fā)性液體泄漏量達(dá)0.68 t/km或者更多；④液體泄漏引起火災(zāi)或爆炸的。符合以上任意之一的或者更多的情況即定義為重大管道事故。PHMSA在2008年11月曾發(fā)表報(bào)告[10]，對(duì)美國(guó)1988—2008年20年間的管道事故原因進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，具體原因分析如下：第三方破壞占管道事故原因26%，其他原因占比22.9%，腐蝕占比18%，材料失效占比15.4%，自然災(zāi)害占比8.5%，人為誤操作占比5.3%，其他外力損傷占3.9%。

對(duì)1996—2015年近20年區(qū)間統(tǒng)計(jì)，發(fā)生管道事故11 208起，事故導(dǎo)致360人死亡，1 376人不同程度受傷，經(jīng)濟(jì)損失累積達(dá)68.6億美元。以2011—2015年為例，管道事故具體原因分析如下：設(shè)備故障占管道事故原因的44%，腐蝕占比21%，人為誤操作占比14%，材料失效占比7%，自然災(zāi)害占比6%，其他原因占比6%，第三方破壞占2%。。

1998—2008年20年期間，美國(guó)管道事故原因總體上排首位的是第三方破壞，占26%，人為的施工、開(kāi)挖工作較多是管道事故主要因素；排在二、三位的分別是其他原因和管道腐蝕，分別占到了22.9%和18%，引起管道事故的材料失效原因也不容忽視，占到了15.4%。

由美國(guó)近5年管道事故原因分析結(jié)果可以看出，管道事故原因排在首位的為設(shè)備故障，占44%，比例很高。排在二、三位的是腐蝕及人為誤操作，分別占21%和14%。

對(duì)比1998—2008年與2011—2015年美國(guó)管道事故原因分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕原因是管道事故的主要誘因之一，占比一直居高不下；近5年管道事故原因第三方破壞直線下降，已經(jīng)成為管道事故原因占比最小的因素，同時(shí)材料失效原因引起管道事故占比下降明顯。

3.2 實(shí)施管道完整性管理的投入與成效

美國(guó)有專門的管道相關(guān)的科研團(tuán)隊(duì)和機(jī)構(gòu)，每年投入大量科研經(jīng)費(fèi)，科研涉及內(nèi)容涵蓋管道材料、管道檢測(cè)、管道監(jiān)測(cè)以及管道剩余壽命、剩余強(qiáng)度及管道安全評(píng)價(jià)等各個(gè)方面。同時(shí)管道安全事故的發(fā)生促使美國(guó)相關(guān)法律法規(guī)、規(guī)章制度及標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施以及各種管道工程手冊(cè)的形成，這些完善的法律法規(guī)及制度、技術(shù)文件支持體系為實(shí)施管道完整性管理打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

文中專利及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的管道完整性管理流程顯示，管道運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)管道進(jìn)行持續(xù)的檢測(cè)與安全評(píng)估，以及不斷地采取維護(hù)與減緩措施確保管道安全。美國(guó)管道運(yùn)營(yíng)商僅在2014年投入22億美元用于管道檢測(cè)、安全評(píng)估以及管道維護(hù)，僅危險(xiǎn)液體管道通過(guò)使用在線檢測(cè)工具智能內(nèi)檢測(cè)器對(duì)管道檢測(cè)超1 635次，檢測(cè)管道約7 514 km，管道運(yùn)營(yíng)商使用其檢測(cè)管道凹坑變形約45 876 km，用于檢測(cè)管道腐蝕約45 229km，用于檢測(cè)管道裂紋約27 159 km，以及用于檢測(cè)其他管道異常約14 804 km[9]。

科研投入以及管道運(yùn)營(yíng)商對(duì)管道實(shí)施管道完整性管理，美國(guó)油氣管道安全取得了比較明顯的成效。首先，自1999年以來(lái)，公共場(chǎng)所每年發(fā)生管道事故數(shù)量急劇下降，管道事故可能對(duì)人或者周圍環(huán)境的潛在影響下降了52%。這兩種數(shù)據(jù)急劇下降原因得益于美國(guó)管道與危險(xiǎn)品管理局對(duì)管道完整性管理方法的推廣與應(yīng)用。

在過(guò)去5年中，美國(guó)重大管道事故數(shù)量明顯減少。泄漏量平均大于42 t/km的管道事故數(shù)量從2011年到2015年下降了32%。自2011年至2016年，泄漏量平均大于4 t/km的管道事故數(shù)量下降了12%。大多數(shù)管道事故泄漏量較小，近三分之二的管道事故泄漏量是0.68 t/km或更少。在2015年，44%的管道事故泄漏量為0.136 t/km或更小，65%的管道事故泄漏量是0.68 t/km或更小。管道事故泄漏量大于等于6.8 t/km的管道事故數(shù)量?jī)H占2015年管道事故數(shù)量總和的17%，68 t/km以上泄漏量的管道事故占5%。

其次，腐蝕原因造成的管道事故可能對(duì)人或者周圍環(huán)境的潛在影響下降了68%；管道運(yùn)營(yíng)商利用高精度智能檢測(cè)器采用漏磁技術(shù)檢測(cè)管道的變形、腐蝕、金屬損失，從而為管道的安全評(píng)估提供比較可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)，為管道安全運(yùn)營(yíng)以及采取維護(hù)減緩措施提供依據(jù)。

4 建議

截至目前，我國(guó)油氣集輸管道和長(zhǎng)輸管道總長(zhǎng)度已接近60×104km。山東青島“11.22”輸油管道爆燃，臺(tái)灣高雄“7.31”燃?xì)夤艿辣ㄊ鹿式o企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果，也引起了人們廣泛的反思。如何預(yù)防事故，如何通過(guò)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行管道管理等問(wèn)題成為必須解決的難題，如何既安全又經(jīng)濟(jì)地確保油氣管道安全運(yùn)營(yíng)是管道運(yùn)營(yíng)商亟需解決的問(wèn)題。結(jié)合美國(guó)油氣管道完整性管理經(jīng)驗(yàn)及取得成效及國(guó)內(nèi)管道技術(shù)發(fā)展情況，提出以下幾點(diǎn)建議：

1）加強(qiáng)相應(yīng)法律、法規(guī)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的建立。目前國(guó)內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)還不夠完善，應(yīng)建立符合中國(guó)國(guó)情的油氣輸送管道安全相關(guān)法律法規(guī)體系，使管道運(yùn)營(yíng)商在管道完整性管理實(shí)施上有法可依。

2）加強(qiáng)涉及油氣管道相關(guān)安全技術(shù)的研究。加強(qiáng)管道本體及防護(hù)層監(jiān)測(cè)、檢測(cè)及修復(fù)技術(shù)，涉及到管道內(nèi)/外檢測(cè)、管道施工無(wú)損檢測(cè)、介質(zhì)泄漏與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面，提高管道檢測(cè)及監(jiān)測(cè)能力與水平，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，為管道安全運(yùn)行提供精確評(píng)估數(shù)據(jù)。

3）建立管道動(dòng)態(tài)運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫(kù)、事故案例庫(kù)，為管道在維修、完整性評(píng)價(jià)、管道剩余壽命評(píng)估等方面提供必要的數(shù)據(jù)依據(jù)，發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)立法要求管道公司開(kāi)展管道完整性管理以提升管道安全已成為通行做法。

4）加強(qiáng)油氣管道安全預(yù)警技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，尤其在管道重點(diǎn)高后果區(qū)復(fù)合多種預(yù)警技術(shù)實(shí)現(xiàn)管道安全的加強(qiáng)防御，針對(duì)不同管道環(huán)境條件選擇合適的技術(shù)應(yīng)用。

5）加強(qiáng)管道安全管理宣傳。管道事故第三方破壞絕大部分是在第三方不知情的情況下對(duì)管道占?jí)骸㈤_(kāi)挖破壞，以及進(jìn)行建筑施工時(shí)對(duì)管道產(chǎn)生破壞。充分利用大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加強(qiáng)管道安全管理宣傳，加強(qiáng)管道公眾警示。

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