油气管道完整性技术研究进展

田斯赟

摘 要：针对近几年国内外油气管道完整性技术，分别从管道风分析、完整性管理及管道腐蚀评价三个方面进行了对比与分析，总结典型管道完整性技术，分析得出国内技术的不足之处，并针对这些不足对国内未来油气管道完整性技术的发展提出了展望。

关 键 词：油气管道；风险分析；完整性管理；管道腐蚀

中图分类号：TE 866 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-2033-04

Abstract： The oil and gas pipelines integrity technologies at home and abroad were compared and analyzed based on three aspects of pipeline risk analysis， integrity management and pipeline corrosion evaluation. And the typical pipelines integrity technologies were summarized. Deficiencies of the domestic technologies were analyzed； and in view of these problems， future prospect of oil and gas pipelines integrity technology in China was proposed.

Key words： oil and gas pipelines； risk analysis； integrity management； pipeline corrosion

由于油气管道是目前输送速度最快、安全的运输方式之一，油气管道在目前及今后很长一段时间内将作为油气运输的重要工具。在长距离运输中，油气管道一般具有为大管径、高压、连续工作时间长、年限长等特点，多为埋地敷设，且无备用管路，因此，一旦管道发生泄漏或其他事故，不容易被发现且可能造成全线停输等问题，最终造成重大事故。2011年山东蓬莱的19-3管道漏油事故以及著名的墨西哥湾管道泄漏事故，这些事故可直接或间接地表明保障管道完整性具有重要的安全意义。

在油气管道完整性管理技术方面，尽管国内相关研究取得了大量的研究成果，但随着世界范围内油气管道的陆上服役时间的增加，管道老龄化给管道完整性带来了新的挑战。日益增长的社会需求与油气管道发生失效破坏的现状直接要求我们对管道的完整性分析理论和保障问题进行进一步深入的研究。本文针对近几年国内外油气管道完整性技术，分别从管道风分析、完整性管理及管道腐蚀评价三个方面进行了对比与分析，总结典型管道完整性技术，分析得出国内技术的不足之处，并针对这些不足对国内未来油气管道完整性技术的发展提出了展望。

1 管道风险分析技术

油气管道完整性技术需要有效的管道风险分析技术支撑。油气管道风险载荷可以通过风险分析技术获得，以此可更有针对性地采取措施降低风险[1]。

1.1 国内研究现状

吕奎等[2]从输气管道、自然灾害、第三方破坏及工艺站场四个方面针对天然气管道进行了定性的风险分析，并合理提出了应急管理的具体措施。张杰等[3]结合主成分分析及聚类分析法，对油气管道进行风险评价，该方法有效降低了指标间的相关程度及专家打分带来的主观性，提高了风险评价体系的实用性及准确性。石磊明等[4]对北京市燃气管道是管理及典型事故原因进行了总结，根据结果改进了评分法，即调整了肯特法中各评分项目的分值分布，提高了评分法在进行油气管道风险评价中的适用性及准确性。李大全等[5]针对油气管道风险评价过程中的管段划分，运用模糊聚类的方法，可使管段划分动态化，划分结果更合理，同時通过程序实现计算过程，提高了划分效率及准确性。刘晅亚等[6]根据百余例城市油气管道事故统计结果，对城市高压油气管道事故场景进行了分析，分别运用Fluent计算事故危险性，并结合事件树对事故影响因素进行讨论，提出城市中高压管道防护措施及控制措施。

1.2 国外研究现状

Carlos E. Restrepo等[7]在对美国2002-2005年期间的1582次管道事故原因和结果进行了分析，应用逻辑回归分析对影响因素与物料、财产、清洁和回复损失成本之间的关系进行了研究。Ali Jamshidid等[8]基于Matlab模糊逻辑工具中Mamdani算法，结合相对风险评分（RRS）方法，对管道评估中的不确定性进行建模，该方法既可定性分析也可定量计算，模型适用性较高。Anjuman Shahriar等[9]采用模糊逻辑来处理事故树中基本事件和结果事件概率大小，研究了多种因素间的相互依赖关系对分析结果的影响。基于TBL持续准则，引入模糊效用量（FUV）来表征天然气管道风险分析的结果。Lei Ma等[10]提出一种基于GDPSs的城市天然气管网风险定量评估新方法，详细的考虑了管网结构、不同失效模式的可能性大小以及失效后果大小。其风险结果以风险轮廓线表示，并可基于风险可接受准备得到相应的保护范围。在文献[11]中，他也提出了一种基于地理信息系统（GIS）的城市天然气管道网络定量风险分析方法，更有效地提高风险分析的准确性。

2 管道完整性管理技术

管道完整性管理是为使管道达到设备完整性标准，并使其更为可靠和安全地运行而建立的系统管理体系，并可根据不同需求进行不断修改，从而尽可能多的找出管道存在的潜在风险源，并进行风险评价，根据结果采取相应防护措施[12]。

2.1 国内研究现状

由于设计知识的不完备性，在大量制造时，使得现今许多新建管道难适应使用新工艺及材料进行制造。随着《特种设备安全法》、《中国石油天然气管道保护法》等法律的颁布，将油气管道定义为特种设备，因此其监管要求也得到了相应的提高，使得管道制造商也提高安全生产要求[13]。文献[14，15]均提出将油气管道完整性管理与信息化相结合，结合其大数据的特点，充分利用计算机网络的优势，构建了基于完整性平台的开放生态应用环境，较好地解决了实际管理中的问题，有力地推进了企业的精细化管理，确保了企业管理体系的落地和切实执行。油气管道完整性管理效能评价能发掘现有管道完整性管理的可改进的空间，但现有方法与技术并不成熟。谷雨雷等[16]提出一种基于数据包络分析（DEA）方法的效能评价计算模型，考虑各单元的相对有效性，运用DEA计算效能值，通过数值进行分级，并给出改进建议。冯庆善等[17]在对管道完整性效能评价过程中，根据管道风险水平等效能影响因子来规定修正因子，评价基础则以实际工作情况与管理方案规定之间的符合度为基础，使得管道完整性管理方案得到质量的考核，有利于进行体系改进。

2.2 国外研究现状

完整性管理方面，T.A. Netto等[18]基于数据包络分析的数学模型方法，对管道系统不同结构部分进行了风险排序，其中分别考虑了主观和客观判断权重。最终提出了一种基于数据包络分析的新的管道完整性管理工具，使得观测失效机制输入量与预期失效模型之间的耦合成为可能。Wellison J.S. Gomes等[19]对影响管道运行和维修的不确定性因素进行了量化，其目标函数考虑了可能的后果损失，使埋地腐蚀管道监测周得到优化，同时可作为完整性管理体系的制定基础。

3 管道腐蚀评价技术

管道腐蚀是管道完整性破坏的常见形式，每年因腐蚀而造成的管道爆裂和泄漏事故屡见不鲜。在中国，油气田开发已超过30年，在役管道有将近60%已运行超过20年，进入了“老龄化”阶段，增加了管道腐蚀的可能。

3.1 国内研究现状

在国内对于管道腐蚀的评价技术，一般集中于针对某种材料的管道及对其剩余强度的评价所开展的。吴燕等[20]对直接评价方进行了研究，增加了对管道内外腐蚀的考虑因素和完善了评价步骤，并对外腐蚀的评价过程中的剩余强度评价及剩余寿命预测模型进行了改进研究。骆正山等[21]在管道腐蚀后，运用弹塑性力学，深入分析轴向及环向应力，建立了剩余强度评价模型。高建华等[22]分别对均匀腐蚀、点腐蚀及局部腐蚀运用API579准进行管道剩余强度的评价研究，改善了ASME B31G准则的局限性，同时也增加了腐蚀评价的应用范围。郭勇等[23]针对大牛地气田埋地管道运用直接评价法并结合管道壁厚瞬变电磁检测技术进行腐蚀评价，达到不需挖开管道、管道受损降低就能较快评价出管道总体质量情况的目的。谢阁新等[24]针对埋地钢制管道完整的构建了管道外腐蚀指标体系，并结合模糊理论及层次分析方法构建了钢制管道外腐蚀综合评价方法。

3.2 国外研究现状

Amir Samimi等[25]结合试验和调查研究，对波斯湾油气运输管道腐蚀泄露原因进行了分析，得出影响腐蚀的主要因素和腐蚀产物、探究了腐蚀机理，并提出了一些实用的建议控制措施。I.S. Cole等[26]从影响土壤腐蚀的因素、点腐蚀和均匀腐蚀影响因素区别、电化学腐蚀机理和目前腐蚀模型四个方面对该领域先前研究文献进行了调研，并提出多尺度（MSM）土壤腐蚀模型框架，该框架使得水、溶质运移和氧溶解模型的有机结合成为可能。M.N.Ilman等[27]结合目视检查、光学显微术、扫描电子显微镜检查法、能量色散x射线（EDX）分析以及三电极电位技术对海洋油气管道内部腐蚀致因和机理进行了分析，并提出相应的防护措施。

4 技术不足与发展方向

针对管道的风险防范及安全问题，国内外均对其完整性管理、风险分析技术及腐蚀评价方面进行了一定的研究。国内的研究相对滞后于国外。

目前，国外对油气管道完整性管理技术已经建立相对于国内更加完善的制度，并且早已将信息化融入到油气管道完整性管理技术当中，然而多数国内管道完整性管理技术仍处于理论制度论述阶段。近几年，随着信息化的发展以及管道完整性管理所具有的大数据特点，我国也逐渐开始重视对完整性管理建立信息化平台的具体事项。将来，我国计划进一步研究油气管道完整性技术，如对风险分析技术的研究逐渐集中在定量化评价方面，压缩机组及泵机组的故障监测与诊断技术及其线平台的软件开发，提出更實用有效的管道内检测技术以及有限元仿真技术、失效分析等。同时，将会逐步拓宽管道完整性管理的应用领域，如海底管道、燃气管网等对象[28]。

我国的风险分析技术虽然已经开始有许多的定量的评定，但是仍较多得集中于定评的评价。经过比较可以发现，国外的风险分析，已经开始致力于发现事故的内在相互作用，对事故机理进行详细分析。然而国内还停留在识别系统存在的风险源、风险等级评定阶段。对事故的溯源分析工作仍存在较大的欠缺。

5 结 论

中国国民经济的快速发展，全社会对清洁能源的迫切需求，以及中国油气资源产地远离消费市场的特点，这导致中国在未来较长的时间内，油气管道完整性管理体系建设任务依旧困难重重。目前，风险管理技术在国外已经在管道完整性管理领域里得到普遍的应用，且已经获得了显著的社会经济效益，然而，国内的风险分析技术仍处于定量化评价方法的初级阶段。国外无论是对于管道事故的相关数据记录、管道事故的追因溯源，还是对事故原因的相互作用机理的研究，都比国内发展得更近一步。

因此，我国需对油气管道完整性技术进行以下几个方面的研究与发展：

1）完成对油气管道事故的统计及运行历史数据库的建立。这是进行风险评估的基础，有助于对事故机理的溯源研究，对与管道相关的基础性研究具有重要作用。

2）我国的管道风险评价尽管较多得集中于定性评价以及通过不同方法识别危险源并进行危险等级划分，然而，需要国家制定统一的技术标准，以实现全行业的推广，并保证风险评价的可靠度。因此，针对我国管道风险，需加快建立适合我国油气管道运行特点的风险评价标准。

3）虽然国内技术已将信息化技术运用在油气管道完整性管理，但是仅还仅限小范围运用在个别单位。国内尚没有可以广泛使用、具有较高实用性和适用性的管道风险评价软件。因此，我国需开发高度适用于我国油气管道运行特点的风险评价软件，加快其广泛使用。

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