孫青峰 楊玉鋒 趙春磊 薛 慶 張華兵 魏然然

1.中國石油天然氣銷售分公司 2.中國石油管道分公司管道科技研究中心 3. 北京科技大學

0 引言

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)輸送的介質具有高壓、易燃、易爆的特點，加之其大多都位于人口密集的區(qū)域，一旦發(fā)生管道泄漏，則后果相當嚴重。近年來，燃氣事故屢見報端，給人民的生命財產安全帶來了不小的損失。根據(jù)美國1998—2017年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國全部管道系統(tǒng)（含天然氣長輸管道、輸油管道、城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)等）所有重大事故中，城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)導致的事故占比超過80%[1-5]。

當前，國際上采用完整性管理的理念在天然氣長輸管道上取得了成功經(jīng)驗，近年來，國內外開始將完整性管理的方法應用于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)，通過對城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)開展針對性的檢測、監(jiān)測、風險評價、完整性評價等風險管控手段，實現(xiàn)對城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)風險的預控，以期提高城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)安全運行的水平[6-7]。

1 國內外相關技術的進展

1.1 國外相關技術及標準進展

早在20世紀70年代美國就開始了油氣管道安全評價與完整性管理，早期主要針對長輸油氣管道，其中長輸管道完整性管理自2001年開始實施，城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理自2011年開始實施[8]。目前，美國擁有全世界最龐大的管道系統(tǒng)，其管道完整性管理分類情況如表1所示。

表1 美國管道系統(tǒng)完整性管理分類表

2009年，美國將城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理要求納入聯(lián)邦法規(guī)，規(guī)定了燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)開展完整性管理的最低要求，要求2011年8月開始所有燃氣企業(yè)必須制訂完整性管理方案，并針對運行的管道實施完整性管理，同時制訂了系列法規(guī)、標準和指南用于規(guī)范完整性管理工作[9-12]。

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理標準是實施管道完整性管理的重要指導性文件，為推進完整性工作實施，美國政府部門、行業(yè)協(xié)會等機構，從不同角度制訂了標準、指南文件，規(guī)范了燃氣管網(wǎng)完整性管理工作內容和要求。其中，以聯(lián)邦法規(guī)P部分《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理》[13]為總綱領性文件，政府主管部門管道和危險材料安全管理局（Pipeline & Hazardous Materials Safety Administration，PHMSA）制訂了《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理實施導則》[14]、《小型液化石油氣完整性管理指南》[15]和《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理檢查手冊》[16]，行業(yè)協(xié)會美國燃氣協(xié)會（American Gas Association，AGA）制訂了《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理指南》[17]等，基本構建了城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理標準體系，支撐完整性管理工作的實施。

加拿大城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理的綱領性文件是國家標準《油氣管道系統(tǒng)》（CSA Z662）[18]，該標準在附錄中提出了加拿大開展城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理的目標、原則，制訂了工作流程圖和各個環(huán)節(jié)的技術要求，并提出需要對全部管道和設施開展完整性管理。與美國的標準體系相比較，加拿大在城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理標準體系方面相對薄弱。

1.2 我國燃氣管網(wǎng)完整性管理進展

2010年以來，我國逐步開展城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理相關研究工作，基于技術研究和實踐經(jīng)驗在標準建設方面取得了一定的進展，組織編制了《燃氣系統(tǒng)運行安全評價標準：GB/T 50811—2012》[19]、《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)泄漏檢測技術規(guī)程：CJJ/T 215—2014》[20]、《城鎮(zhèn)燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規(guī)程：CJJ 51—2016》[21]等標準規(guī)范，推動了完整性管理的發(fā)展。燃氣企業(yè)方面，中國石油天然氣銷售公司（昆侖能源）、深圳燃氣集團股份有限公司、中國石油西南油氣田分公司、北京燃氣集團有限公司等大型企業(yè)在燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設與技術研究方面取得了階段性進展。

中國石油結合長輸管道完整性管理經(jīng)驗，從2010年開始立項研究城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理，針對燃氣管網(wǎng)體系建設、風險評價、檢測監(jiān)測等關鍵技術開展了科技攻關。編制并發(fā)布了《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理導則：Q/SY 05015—2016》[22]、《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)泄漏檢測技術規(guī)范：Q/SY 05014—2016》[23]、《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質管道外防腐層檢測技術規(guī)范：Q/SY 05018—2017》[24]等共9項城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理技術標準，在標準建設方面走在國內前列。2017年開始中國石油天然氣銷售公司（昆侖能源）組織開展燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設、試點與推廣工作。

深圳燃氣集團股份有限公司由其下屬輸配分公司統(tǒng)籌完整性管理工作，經(jīng)過近6年系統(tǒng)推進，制訂了管網(wǎng)完整性數(shù)據(jù)采集標準，發(fā)布體系文件，開發(fā)了完整性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，初步建立了燃氣管網(wǎng)完整性管理體系，實現(xiàn)了管道風險預控管理，提升了燃氣管理安全管理水平，取得燃氣業(yè)務優(yōu)良安全業(yè)績。完整性管理信息系統(tǒng)建設方面，建立了完整性管理系統(tǒng)，并結合GIS系統(tǒng)、建設期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等信息化手段，統(tǒng)一管理城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)、巡檢業(yè)務、泄漏管理、應急預案。

北京燃氣集團有限公司重點針對燃氣管道完整性管理體系、完整性管理關鍵技術、基礎信息的共建共享、老舊燃氣管道升級改造等方面做了較多的研究和實踐工作。開發(fā)了城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理系統(tǒng)和安全風險評估系統(tǒng)兩個信息化平臺，用于推進完整性管理工作的實施[25-27]。

2 燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設

2.1 差異分析

與長輸管道相比，燃氣管網(wǎng)具有明顯不同的特點，詳細對比分析如表2所示。長輸管道是大口徑、高壓力、分支少，一般為鋼質管道；而燃氣管網(wǎng)是口徑小、壓力低、分支多，管材包括鋼質管道、鑄鐵管道、PE管道等；長輸管道與燃氣管道的損壞方式也不相同，長輸管道主要失效形式是管道破裂，而燃氣管道由于壓力低，主要失效形式是微泄漏或滲漏，這種泄漏難以被管道自身的監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)，一旦泄漏的氣體積累一定時間后，再引起爆炸。綜上所述，城鎮(zhèn)燃氣管道的完整性管理與長輸管道的完整性管理有很大的不同，世界各國也是區(qū)別對待，分步推進。

表2 長輸管道與燃氣管網(wǎng)的差異對比表[28-30]

鑒于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)與長輸管道存在的差異，長輸管道完整性管理的成功經(jīng)驗和技術手段難以直接應用于燃氣管網(wǎng)。燃氣企業(yè)需要根據(jù)燃氣管網(wǎng)的特點和管理現(xiàn)狀，建立適合于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的完整性管理體系，并形成完整性管理技術方法，通過建立具有城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)特色的完整性管理體系，規(guī)范管理工作中的各項要求。

2.2 燃氣管網(wǎng)完整性體系要點

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)與長輸管道最大的差異是壓力等級和管道材質，進而導致主導風險因素不同，完整性管理是基于風險的管理，基于城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)風險特性，其完整性管理應關注以下要點。

1）高壓、次高壓管道壓力等級為0.4～4.0 MPa，這兩個等級的燃氣管道與長輸管道比較接近，可參照長輸管道完整性管理工作，借鑒長輸管道完整性管理主要技術成果。完整性管理核心包括管道本體風險管理、地質災害治理和雜散電流治理等，主要是通過內檢測、外檢測、風險評價、地質災害治理、雜散電流排流等手段確保高壓、次高壓管道本體安全，管理手段與長輸管道完整性管理相近。

2）中壓管道主要為聚乙烯管道（PE管），強度較低，交叉施工頻繁，完整性管理核心是防止第三方損壞；同時燃氣管網(wǎng)閥門分支較多，連接頭廣泛分布，管道泄漏和滲漏頻繁發(fā)生?；谏鲜鎏攸c，針對中、低壓管道，通過采取精準掌握管道中線坐標、提高線路巡護質量、開展泄漏檢測等手段來控制管道風險。

3）將泄漏檢測作為城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理關鍵工作。長輸管道完整性管理重點工作是控制管道的本體安全，避免管道泄漏事故的發(fā)生。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)由于自身特點要完全避免泄漏的發(fā)生非常困難，且其本身壓力和管徑較低，泄漏危害后果小于長輸管道，因此，燃氣管網(wǎng)完整性管理工作要點要從控制管道泄漏和防止泄漏轉化為事故這兩方面開展，即在長輸管道完整性管理基礎上，重視泄漏檢測工作，通過泄漏檢測及時發(fā)現(xiàn)和處置泄漏，避免泄漏演化為火災、爆炸等危害事故。通過加強泄漏檢測，采用車檢、人檢等多手段檢測，及時發(fā)現(xiàn)泄漏，避免泄漏擴展為事故[31-32]。

2.3 完整性管理體系構成

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理應貫穿管道全生命周期，包括設計、采購、施工、投產、運行和廢棄等各階段。采用風險最低、合理可行原則，控制城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)運行風險?；趪鴥韧饧夹g標準，結合城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)風險特點和管理重點，確定城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理工作內容和流程（圖1）。

圖1 完整性管理工作流程圖

圖1中6個環(huán)節(jié)是完整性管理的關鍵環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)對于不同壓力等級的管道都包含不同的技術要求。在完整性管理工作中，落實上述6個關鍵環(huán)節(jié)需要5個支持要素，分別為法規(guī)標準、體系文件、支持技術、系統(tǒng)平臺和組織機構。

中國石油為推進燃氣管網(wǎng)完整性管理工作的落實，制訂了完整性管理總體規(guī)劃，研發(fā)了關鍵支持技術，制訂了技術標準，建立了體系文件，體系文件列表見表3。體系文件包括7個方面，13項內容，規(guī)范了完整性管理工作要求，統(tǒng)一了工作表單，提出了完整性考核要求，涵蓋完整性管理的主要管理環(huán)節(jié)。

表3 燃氣管網(wǎng)完整性管理體系列表

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理與長輸管道完整性管理不同，顯著特點在于數(shù)據(jù)管理和泄漏管理兩個方面。

數(shù)據(jù)管理方面，數(shù)據(jù)采集需要制訂詳細的數(shù)據(jù)采集管理規(guī)定和數(shù)據(jù)采集模板，明確數(shù)據(jù)采集的要求。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)高壓、次高壓數(shù)據(jù)管理工作與中低壓數(shù)據(jù)管理工作差異較大，在體系建設中分別采用《高壓次高壓管道數(shù)據(jù)采集管理規(guī)定》和《中低壓管道數(shù)據(jù)采集管理規(guī)定》明確不同壓力等級的數(shù)據(jù)采集要求?；跀?shù)據(jù)標準開展數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)主要包括設計、施工、運行、檢測、監(jiān)測、評價數(shù)據(jù)等，應建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫管理建設期和運行期全生命周期數(shù)據(jù)。

泄漏管理是城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理的主要特點，包括泄漏檢測、泄漏處置和泄漏數(shù)據(jù)管理3個方面（圖2）。通過《燃氣管網(wǎng)泄漏檢測及處置技術規(guī)定》和《燃氣管網(wǎng)泄漏數(shù)據(jù)管理程序》兩個體系文件規(guī)范泄漏管理的主要工作。其中泄漏檢測是泄漏管理的核心工作，一般包括：泄漏點初檢、定位、風險分析、確定泄漏檢測與處置優(yōu)先級、記錄等工作內容。泄漏數(shù)據(jù)管理主要包括泄漏失效數(shù)據(jù)采集表單、上報流程、失效庫建設和統(tǒng)計分析等內容。

圖2 泄漏管理圖

2.4 完整性體系實施

基于研發(fā)的完整性體系文件，選取了A、B兩家項目公司開展了完整性管理實踐。A公司共有燃氣管道376.7 km，其中高壓管道28.7 km，中壓管道348 km；包括11個工業(yè)用戶、650個公服用戶、約80 000戶居民用戶。B公司有高壓管道22 km，次高壓管道3 km，中壓管道102 km，低壓管道36 km；包括45個工業(yè)用戶，64個商服用戶，約22 500戶居民用戶。

完整性管理實施以1年為周期，主要包括明確管理部門、體系文件宣貫、實施完整性管理、結果上報和考核。在明確管理部門和人員后，對完整性管理體系文件的技術要求進行了系統(tǒng)宣貫，使得各級管理人員和操作人員明確完整性管理目標、內容、流程、技術要求和考核要求。按照體系文件技術要求分別實施了數(shù)據(jù)采集、風險評價、泄漏檢測、管道外檢測等工作內容，并按照體系文件統(tǒng)一表單格式，按照規(guī)定時間節(jié)點上報工作完成情況。根據(jù)完整性管理持續(xù)改進的理念，年終對完整性實施情況開展了效能評估和考核。A、B兩家公司在役管道中心線數(shù)字化率、新（改、擴）建管道中心線數(shù)字化率明顯提升，風險評價覆蓋率達到100%，管道泄漏檢測覆蓋率和高壓次高壓管道外檢測覆蓋率達到100%，管道泄漏自檢發(fā)現(xiàn)率明顯提升，總體泄漏次數(shù)和第三方施工導致泄漏頻次出現(xiàn)下降趨勢。

通過A、B兩家公司完整性管理的實施，驗證了完整性體系文件的可行性和有效性，并為體系的持續(xù)改進提供了依據(jù)。

2.5 體系建設經(jīng)驗與啟示

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理是一種新型的管理模式，依托中石油城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理推進工作，建立了統(tǒng)一的體系文件，并依托具體公司實施完整性管理，形成如下建設經(jīng)驗與啟示。

1）將完整性體系文件納入到QHSE體系。完整性管理體系文件應納入到公司QHSE管理體系中，不應獨立建立體系，體系文件設計和編制中注重與現(xiàn)有QHSE體系文件充分結合。

2）將數(shù)據(jù)管理作為體系文件建設的重要環(huán)節(jié)。高度重視燃氣管網(wǎng)全生命周期數(shù)據(jù)采集工作，數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)燃氣管道完整性管理的前提，加強建設期數(shù)據(jù)收集，綜合竣工資料要求和運營期完整性管理數(shù)據(jù)需求，制訂燃氣管道建設期管道數(shù)據(jù)收集標準，實現(xiàn)管道數(shù)據(jù)的源頭采集，保障數(shù)據(jù)準確性。

3）基于風險特點設置體系文件。深入分析高壓、次高壓和中壓燃氣管網(wǎng)的主要風險特點，明確燃氣管網(wǎng)完整性管理的重點，是實現(xiàn)燃氣管道完整性管理的關鍵。對高壓、次高壓燃氣管網(wǎng)，充分借鑒長輸管道完整性管理成熟做法，開展風險識別、內檢測和腐蝕控制等措施，主要防控預防泄漏發(fā)生；對中低壓燃氣管網(wǎng)，主要管控第三方損壞。開展PE管道中心定位和泄漏檢測工作，及時發(fā)現(xiàn)泄漏點，及時處置，防止泄漏事件演變?yōu)槭鹿省?/p>

4）將體系文件內容固化到信息系統(tǒng)。重視管道管理完整性信息系統(tǒng)建設，將體系文件中規(guī)定的各項工作落實到信息系統(tǒng)中。完整管理業(yè)務涉及到的信息系統(tǒng)一般包括生產運行系統(tǒng)（壓力監(jiān)測、輸量管理）、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、完整性管理系統(tǒng)（側重地圖查詢、信息查詢和業(yè)務辦理填報）、GIS系統(tǒng)（側重數(shù)據(jù)維護和分析評價）和巡檢系統(tǒng)等，根據(jù)完整性管理工作各個環(huán)節(jié)的不同，將體系文件中內容分別落實到不同的信息系統(tǒng)中，為實現(xiàn)燃氣管道完整性有效管理提供系統(tǒng)支持。

5）要對體系持續(xù)改進。持續(xù)改進是完整性管理的重要特點，要結合國家法律、法規(guī)和相關企業(yè)的要求，每年至少開展一次QHSE體系中完整性管理業(yè)務文件的內部審核，分析其有效性和實用性，并制訂改進措施，持續(xù)改進QHSE體系中完整性管理業(yè)務相關程序文件和作業(yè)文件。

3 結論

1）完整性管理是保障燃氣管網(wǎng)安全運行的有效手段，國外在城鎮(zhèn)燃氣完整性管理方面已經(jīng)建立了法規(guī)和標準體系，并且將完整性管理作為管控燃氣管網(wǎng)風險的主要手段，國內燃氣企業(yè)近年來也開展燃氣管網(wǎng)完整性管理研究與實踐工作，并取得了階段性進展。

2）通過系統(tǒng)研究和實踐，確定城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)完整性管理主要工作，內容包括數(shù)據(jù)采集與管理、風險評價、泄漏管理、管道檢測與評價、維修維護、效能評價與考核等6個關鍵環(huán)節(jié)；上述工作的落實需要法規(guī)標準、體系文件、支持技術、系統(tǒng)平臺和組織機構等5個支持要素。

3）結合燃氣管網(wǎng)完整性管理工作需要，建立了燃氣管網(wǎng)完整性管理體系，包含13項體系文件，并重點對數(shù)據(jù)管理和泄漏管理兩個關鍵環(huán)節(jié)體系文件進行了詳細闡述。

4）總結了燃氣管網(wǎng)完整性管理體系建設經(jīng)驗，包括：完整性體系文件納入到QHSE體系、將數(shù)據(jù)管理作為體系文件建設的重要環(huán)節(jié)、基于風險特點設置體系文件、將體系文件內容固化到信息系統(tǒng)、對體系持續(xù)改進等。