浅谈天然气管道完整性管理

上海天然气管网有限公司 魏 星



浅谈天然气管道完整性管理

上海天然气管网有限公司 魏 星

天然气管道完整性管理作为保障管道安全的有效措施受到高度重视，国内外相关企业和机构相继开展了该项研究。通过介绍管道完整性管理的基本概念、实施步骤、系统架构，以及各阶段相关要点，阐述了天然气管道完整性管理的主要内容，为管道企业构建管道完整性管理系统提供良好借鉴。

天然气 管道完整性 安全

0 引言

用管道输送天然气是安全、经济的运输方式，但是随着管线埋地时间的增长，管道材质或施工期间造成的损伤、腐蚀、自然灾害以及管道运行期间第三方损坏等因素造成管道穿孔和天然气的泄漏，加之天然气具有易燃、易爆等特点，非常容易引起火灾或爆炸等恶性事故，造成人员伤亡或经济损失，同时带来恶劣的社会及政治影响，因此各管线经营企业需要对管道进行预防性维护，实现事前预控，提高管道完整性管理水平。

1 天然气管道完整性管理概述

天然气管道完整性管理是管道管理者为保证管道的完整性而进行的一系列活动。具体是指对天然气管道运营管理中存在的风险因素进行识别和评价，并制定相应的风险控制措施，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运行的风险水平控制在合理、可接受范围，最终减少管道事故，达到持续改进、经济合理地保证管道安全运行的目的。

管道完整性管理是以管道安全为目标的系统管理体系，内容涉及管道设计、施工、运行、监控、维修、更换、质量控制和通信系统等全过程，并贯穿管道整个运行期，通过信息收集，监测检查、评估评价、维修维护、不断循环完善和持续改进。

由此可见，管道完整性管理与企业HSE管理体系相辅相成，互相补充。HSE管理侧重于人员的安全管理、监护管理、作业中的操作管理；而管道完整性管理侧重于设备技术管理，预防性维护，用保障设备的安全可靠性来保障健康、安全、环境和质量要求。

2017年12月15日，国家安监总局、国家发改委等八部委联合发布《关于加强油气输送管道途经人员密集场所高后果区安全管理工作的通知》，以加快建立健全油气输送管道安全风险管控和隐患排查治理工作机制，深化巩固油气输送管道安全隐患整治攻坚战成果，突出加强油气输送管道途经人员密集场所高后果区安全管理工作，有效防范油气输送管道重特大生产安全事故。要求各有关企业及时准确掌握人员密集型高后果区状况，落实主体责任，有效防控高后果区安全风险。要求各有关部门落实监管责任，加强人员密集型高后果区监管执法，不断提升应急处置能力。

实践表明，管道完整性评价、完整性管理确实能降低维护的费用，更大限度地延长管道使用寿命，这对于管道后续维护和管理发挥着重大作用。无论是从安全角度，还是法规强制要求，或者是对经济因素的考虑，我们都有必要开展管道完整性管理，按照科学的方法和程序计划和实施，以确保管道安全运行。西气东输、上海天然气管网公司等许多管道企业都在相继开展管道完整性管理工作。

2 管道完整性管理实施步骤

开展管道完整性管理的核心步骤包括：数据收集与整理、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维修与维护、效能评价等6个步骤，这6个步骤是一个持续循环的过程，称为“管道完整性管理六步法”，管道的安全状态在实施这一循环过程中不断得到提高。具体如下：

(1)管道数据收集与整理：数据收集与整理是为数据分析与评价做准备工作。数据包括管道属性数据、管道环境数据(土壤、环境、腐蚀、检测等)、管道运行数据等。

(2)高后果区识别：通过分析管道的基础数据、周边环境数据，找出管道的高后果区，识别高后果区存在的威胁，明确完整性管理重点，进行分类管理。

(3)风险评价：识别对管道安全运行有不利影响的危害因素，评价管道的风险，判断风险的可接受性，并提出建议的风险减缓措施。

(4)完整性评价：结合风险评价的结果，通过内检测评价、压力试验或直接评价等方法来确定管道的状态。制定相应计划，降低管道风险。

(5)维修与维护：根据完整性评价结果，对管道进行维修与维护，有效地消除安全风险。根据风险评价结果，针对可能存在的危险，也应制定和执行预防性的风险减缓措施。

(6)效能评价：在一个完整性管理循环的最后环节，需要对整个管理系统的效能进行评价，分析计划的完成情况和计划对促进管道安全的有效性，找出不足，不断完善，持续改进。

3 管道完整性管理的架构

管道完整性管理的总体架构见图1。

图1 管道完整性管理的架构

总体架构包括了上述完整性管理的6个步骤，与6个步骤交错的是5个方面，6个步骤中每个步骤都需要这5个方面的支持。

第一个方面是体系文件。体系文件是一组将完整性管理各个步骤涉及的活动文件化的文档，一般分为三级：管理手册，程序文件和作业文件，管理手册总体阐述了完整性管理系统、工作目标和活动；程序文件规定了工作内容和职责，作业文件规定了具体的工作方法。

第二个方面是标准规范。标准规范规定了完整性管理各个环节的工作要求，对实际活动具有指导意义。

第三个方面是系统平台。系统平台式计算机技术在完整性管理中的应用。通过系统平台，结合GIS(地理信息系统)技术，可以很好地管理管道的海量数据，并可基于数据库开发各种分析评价软件和决策系统，能大大提高完整性管理的效率和水平。

第四个方面是支持技术。完整性管理的各个步骤设计到很多配套的支持技术，这些技术的发展水平直接影响到完整性管理的顺利实施。

第五个方面是实施应用。完整性管理的各个环节都要在实际中实施应用，并通过反馈来改进，完成持续提高。

4 管道完整性管理各阶段要点

4.1 数据收集与整理

评价一个管道系统或管段可能存在危险的第一步，是要确定和收集能反映该管段状况和可能存在危险的必要数据和信息。需要收集与操作、维护、巡线、设计、运行历史有关的信息以及每个管段特有的相关信息。包括那些致使缺陷扩展(如阴极保护缺陷)、降低管道性能(如现场焊接)或可能造成新缺陷(如靠近管道的开挖作业)的情况或行为。

其次，需要收集管道完整性管理信息，其来源有管道装置图、附件图、管道走向图、航拍图、原始施工图和监测记录、管材合格证书、制造设备技术数据、管道设计与工程报告、管道调查和试验报告、管道监测计划、运行和管理计划、应急处理计划、事故报告、技术评价报告、操作规范和相应的工业标准等。

4.2 高后果区识别与评价

通过分析管道的基础数据，找出管道的高后果区和高后果区存在的威胁，明确完整性管理重点。

高后果区的识别标准是根据管道经过的区域，结合管道尺寸、压力等级，管道周边的环境等进行分类的。其中地区等级的划分标准一般执行《输气管道工程设计规范》(GB 50251—2015)中关于地区等级划分的规定。随着管道周边人口和环境的变化，高后果区的位置和范围也会随着改变。

根据已经识别出的高后果区，要组织专门的人员对此进行评价，高后果区评价主要包括管道第三方损坏、管道地质灾害、管道本体腐蚀等。根据评价结果制定风险减缓措施，比如增设警示标识，加大巡检频次，提升监护力度，加强沟通，严禁第三方损坏等。

4.3 风险评价

在前阶段数据收集的基础上进行管道系统或管段的风险评价。风险评价过程能识别可能诱发管道事故的具体事件的位置或状况，了解事件发生的可能性和后果，风险评估结果应包括管道可能发生的最大风险的性质和位置。

在该阶段，需要将所获得的数据与规范、标准进行比较，进行风险评估，并对管段的风险评价结果进行排序。根据所获得的数据和危险性质的不同，有多种方法可用于风险评估。

风险评价之前需要对管道危害进行识别，即找出对管道会造成不利影响的所有因素。包括来自管道本体的和来自外部环境的所有因素。按照对管道的威胁方式，可将所有危害分为如下几类：内腐蚀、外腐蚀、管体制造与施工缺陷、第三方破坏、自然与地质灾害等。

风险评价的方法按照评价结果的量化程度可以分：

(1)定性风险评价方法，即专家打分法、安全检查表和故障树等。

(2)定量风险评价方法，即概率风险评价方法。

(3)半定量风险评价方法，即就是以风险指数为基础的风险评价方法，能够克服定量风险评价在实施中缺少数据的困难，已在加拿大和美国关岛风险管理中广泛使用，其中比较常用的有KENT打分法。

4.4 管道完整性评价

完整性评价是指通过内检测、压力试验、直接评价或其它已证实的可以确定管道状态的等同技术来确定管道当前状态的过程。通过完整性评价明确管道状况，制定响应计划，降低管道风险。

开展完整性评价，首先应确认对所评管道适用的评价方法。主要方法有：内检测评价法、压力试验、直接评价法。这些方法都有一定的优点和针对性，同时也有一定的局限性。应根据管道的状况来选择合适的评价方法。

对与时间相关的管道缺陷，如内腐蚀、外腐蚀和应力腐蚀开裂，这三种方法都适用；对固有缺陷，如罐体缺陷和焊缝缺陷等，可采用内检测评价法和压力试验；对防腐层缺陷，直接评价法适用。由于压力试验方法要求管道停输，影响生产，一般只在管道投产前进行。

内检测评价法指通过智能内检测器在管道内运行，从而检测出管体缺陷，然后根据缺陷尺寸和其它数据对管道状况进行评价。内检测方法包括：变形内检测、漏磁内检测、超声波内检测和其它智能内检测等。

埋地管道外腐蚀缺陷一般采取直接评价法。直接评价方法是一个连续、不断修正趋准的过程，通过评价识别正在和将要发生的腐蚀部位并提出措施，达到不断改进的目的。直接评价法的步骤包括：

(1)预评价：指简介检测与评价、直接检测和评价前的准备。

(2)间接检测与评价：开展防腐层地面检漏等间接测试，结合历史记录，进行防腐层漏点和腐蚀活性点的分级评价。

(3)直接检测与评价：依据间接检测与评价确定开挖优先顺序及开挖点数量，在最可能出现腐蚀活性的区域开挖并收集数据，测试防腐层损伤状况及管体腐蚀缺陷、腐蚀管道安全评价，分析腐蚀原因，提出维护措施，并开展过程评价。

(4)后评价：即确定再评价时间间隔，并对管道外壁腐蚀直接评价过程的整体有效性进行评价。

4.5 维修与维护

根据上述管道完整性评价的结果和风险评价的结果，制定预防性的风险减缓措施，对管道进行维修与维护。

管道修复主要包括：换管、重涂防腐层、管道套筒、管道夹具、非金属加强套筒及其它修复等。比如目前应用比较普遍的管道缺陷修复技术有：

(1)碳纤维综合补强技术。碳纤维增强复合材料具有轻质高强、抗腐蚀、耐久性好，施工简便，不影响结构的外观等特性，因此，比传统的焊接补疤方法具有明显的优越性，克服了焊接补疤过程中产生焊穿和产生氢脆的危险。

(2)环氧钢壳复合套管技术，其主要优点是：可靠性与管体一致，可修复钢管的各种内外缺陷，包括裂纹、折皱、腐蚀、塌陷、环向和轴向缺陷等，操作简单成本低。且不再受损的管壁上直接焊接，从而保证了安装过程人员和管道的安全。

4.6 效能评价

管道完整性管理效能评价是指对完整性管理进行综合分析，把系统的各项性能与任务要求综合比较，最终得到表示系统优劣程度的结果。及时发现管道完整性管理过程中的不足，明确改进方向，不断提高管道完整性系统的有效性和时效性。

效能评价的基础是进行效能测试，主要采取以下三种类型：过程或措施测试、操作测试、失效测试等。

效能测试后，可以通过内部比较开展效能评价，即通过比较一条管道中的几段，或在各类危害因素之间进行对比，来评价完整性管理系统的效能。也可以通过外部比较开展效能评价，如对标法，通过本公司完整性管理系统与国际、国内其它管道公司的完整性管理系统对比，来发现当前完整性管理系统的状况，查找不足，提出改进建议。

5 结语

天然气管道完整性管理工作是一个复杂、庞大的系统工程，国外许多国家通过不断摸索和实践，已经逐步建立起管道安全评价与完整性管理体系。但是我国对于管道完整性研究起步较晚，在系统性、完整性、先进性上同国外相比还有较大差距，但是近20年来，国内各大管道公司已经逐步开展了该项研究，取得了阶段性成果。国家对于管道完整性管理的重要性也提到了很高的高度，陆续出台了相关法规和标准。管道完整性管理探索与提升是一个漫长的过程，需要政府、管道企业、用户和群众共同努力，才能逐步完善，达到国际先进水平，降低管道维护费用，延长管道使用寿命，保障管道运营安全和长治久安。

Discussion on Integrity Management of Natural Gas Pipeline

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd. Wei Xing

Natural gas pipeline integrity management, as an effective measure to ensure pipeline safety, has been highly valued. Related enterprises and institutions at home and abroad have carried out this research one after another. By introducing the basic concepts, implementation steps, system architecture of pipeline integrity management, as well as the related key points in each stage, the main contents of natural gas pipeline integrity management are expounded, which provides a good reference for pipeline enterprises to construct pipeline integrity management system.

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