西三线闽粤支干线天然气管道完整性研究

张 衡，程 彦，曹海涛，李 帆，靳奇军，谢学斌

(中国石油管道局工程有限公司油气储库分公司，河北 廊坊 065000)

天然气采用管道运输具有花费较少、速度较快、操作方便、可以在不同环境下运行的好处，随着管道在输送天然气的项目的比重越来越大，相关企业对采用管道输送流体方面的技术要求也越来越高，并且我国的油气输送管道的建设也在全国各地紧锣密鼓的施工。迄今为止，我国石油与天然气管道铺设的距离已经达120000 km。但由于当地生活水平的限制和居民群众缺乏对自然环境保护的意识等因素，生活生产中排出的含有化学物质的液体、废弃的残渣和某些污染物质没有按规定排放到环境中，这样会使得管道所处周围的环境会产生酸碱性。天然气管道主要因为长时间被土壤覆盖，不论是内部管壁，还是管道外部的防腐层都存在诸多因素限制管道良好的运行效果。天然气管道的钢性材质与输送流体的腐蚀性是管道发生腐蚀事故的内在因素，管道周围的优劣环境是管道发生腐蚀事故的外在因素[1]。

1 管道完整性管理的研究背景及意义

1.1 国内的研究现状

表1 近年来国内外油气输送管道事故统计

中国在20世纪90年代初期，由国家机械工程部门与化学工程部门共同举办的“压力容器缺陷评定规范”编制研讨会，来自各地的四十几家单位参加了该会议，形成了CV-DA-1996规范。至2000年之前，国内对管道完整性评价方法的研究也取得了显著的进步，CV-DA-1996规范已经满足不了大部分工程实例的要求。国家实施“十一五”计划时期，由国家建设工程部门组织来自全国各地许多家单位参加了“应用中锅炉容器的压力安全评估”与“容器防止爆炸技术研究”等研讨会，主要研究了压力容器失效的后果，初步确定了规程SAPV-00。国家实施“十一五”计划时期，由国家建设工程部门继续开展“运行中的压力管道风险评估”与“关于压力管道寿命预测技术的研究”等重点项目[2]。

1.2 管道完整性管理

管道完整性管理PIM(Pipeline Integrity Management)，是管道沿线数据对管道正常运行影响因素进行统一的完整性管理，石油与天然气输送管道在输送流体的过程中，管道会遇到来自不同方面的影响和潜在不安全和风险，进而根据数据信息来确定相应避免事故发生的方案，不断确定事故的类型和发生分机率，还随时修正对管道有着不利影响因素的相关参数，从而将石油与天然气输送管道在运行当中存在的事故的因素限制在合理的可接受的范围内[3]。

通过检各种方式方法来检测管道的安全性能，采集管道沿线的数据信息，进而做出完整的管道安全评价，对即将对管道构成危险的因素进行检查与管理，由此可以对管道失效进行合理的风险评估，最终达到提前判断危害存在的位置依据影响因素以及尽可能的避免管道事故的发生、实现安全节能地保证石油与天然气输送管道运行的状态。

2 基于Web GIS的管道完整性管理

2.1 基于Web GIS数据库的应用

基于Web GIS系统在互联网上实现了用户与用户之间的联系和操作，充分实现了系统所需要表达范围的广度，无论是管理员还是用户可以随时进行信息交流的动态服务[4]。

基于Web服务系统把软件内部帮助功能变得更加简单易懂，让运营商每个部门的管理人员能够借助网页页面了解使用者，也能让使用者从网页上面的功能得到整个管道的运行状况，此项功能使得管道完整性系统的建立变得可靠，为用户和管理员提供了对管道运行安全监测有一个稳定良好的系统环境。

基于Web服务系统可以保证管道完整性的运行效率。从当今网络发展的角度分析，只有基于Web GIS能使得广泛的网络应用系统统一起来，还可以让运营企业的管理者们随时地浏览需要的数据信息，并且还能让管道运输企业与管道沿线的维修人员浏览与该相关项目的信息和数据[5]。

2.2 Web GIS数据库在管道企业与项目的应用

随着我国长距离石油与天然气输送管道总长度的不断累加，管道事故率也越来越大，所以相关管理的规章制度和相关的法律法则等都有了比较明确的标准。国家工业与环境保护部门和诸多大型的石油单位也都颁布了很多相关的规章制度，在借鉴欧美高新科技与人性化管理系统技术的基础上，也在进一步完善中国的油气管道完整性管理体系。

每个管道运营企业都应该有自己特有的管道完整性基础框架结构，这些系统应用一点开发好并部署完毕，几乎很难在制定，当用户或者运行商本身要融入新的电子商务流程的时候，就需要为新增加的用户群提供好访问的界面，这些应用的每一次更改都有特定的程序员来完成，因此，这样确立起来的电子商务应用系统的实际运营模式很难让关于管道的管理程序体现稳定的可持续增长的性质，甚至会造成费用上和成本上的加倍剧增，在先前出现的Web管理软件主要应用了EDI，内容服务期，EAI(Enterprise Application Integration)等，以及为那些创建企业管理系统和其他商务管理系统而设计的专门解决的方案都无法解决这个问题[6]。

2.3 Web GIS数据库在管道完整性的应用

石油与天然气输送管道的完整性管理在中国实施运用以来，取得了非常显著的效果。由于各个管道的运营企业在地理地域方面相对比较远，因此长距离石油与天然气管道输送的整体的研究和一致性的管理具有相当大的困难，致使管道完整性的管理在实施过程中很难达到统一的标准。为了寻求这种管理差异性的衡量的统一标准以及各种存在于管道完整性管理进行中缺陷的发现，管道失效的风险评价工作在管道运行中的开展无法避免的进行[7]。

管道失效后果及风险评估比较注重于管道运行中各个危险因素对安全的影响，基于Web GIS数据库的管道完整性管理与传统的能效管理的理念有着本质上的不同，SY/T6621-2005指出，基于Web GIS数据库对油气管道完整性管理系统的研究，不但有利于油气输送管道运行的稳定性和安全性是否得到有效提高，而且还使得管道施工企业确定完整性管理程序的所有目标是否实现的能力。国内对管道失效后果与风险评估的研究长时间处于初步时期，至今还未推出非常完善的考核系统与规范，目前国家与企业大多注重对油气输送管道完整性投入的科学技术资源与技术投资带来的实际经济利润之间关系的开发与研究[8]。

3 西三线闽粤支干线基于Web GIS的管道完整性管理系统设计

3.1 闽粤支干线管道完整性总体设计

基于Web GIS 的管道完整性设计总体主要按照服务对象的要求，主要包含如下几项性能：(1)天然气管道沿线数据的收集；(2)关于管道位置的二维及三维地理图像的绘制编辑；(3)关于管道沿线完整性管理结论的显示；(4)关于管道不同工况和条件下管理的最优判定等[9]。

3.2 闽粤支干线管道完整性管理流程

管道完整性的管理是一种可以智能便捷的管理、能够实现随着闽粤支干线管道沿线不同条件的变化来适时地进行改进的体系。管道完整性管理系统还必须定期地进行功能测评和程序修改，以便可以适应闽粤支干线天然气输送管道运行的各项参数数据要求以及管道周围环境的变化，管道完整性管理系统的数据库也要及时的的检查更新。

通过定期的进行系统的功能测评，天然气管理企业可以及时的应用最先进的技术和手段进行对管道事故风险的检测，从而确定最有效也最及时的处理方案。除此之外，还必须进行管道风险的再评估再评价，最终实现实施完整性管理之后的管道最佳的运行效果，进而实现管道完整性管理的安全稳定的进行[10]。

3.3 闽粤支干线管道完整性系统模拟测试

闽粤支干线第一标段总长113 km，管径 D813 mm，材质 L485 M，设计压力10 MPa，实际运行压力9 MPa，采用半渗透检测管道的方法对闽粤支干线天然气管道进行检测，利用GIS采集的天然气管道的完整性基本数据，对其中的90～100 km段进行完整性评价。

系统的运算公式和数据计算过程都在软件后台运行，企业管理方只需在相应的界面点击按钮和选项就可以操作相关的进程，最终的结果会在输出界面显示出来，并且还有保存图片或者连接打印的功能。

表2 金属损失缺陷统计表

图1 内部金属损失里程分布图

通过管道内外金属损失缺陷的检测成果统计表可得知在90～100 km段内，天然气管道外部有两处金属损失，金属损失对天然气管道的安全性能影响很大，并且周围环境的腐蚀性会加速管道金属损失的速率。

4 结 论

针对西三线闽粤支干线天然气管道沿线距离较长，沿线环境变化较大的特点，本文基于Web GIS管道完整性管理系统，采取划分管段的方法，以其90～100 km分段为例进行研究，对该段管路的进行了第三方破坏，腐蚀与泄漏，火灾与爆炸的综合性的风险评估，之后把该分段的评估数值加到一起，得出一个完整的风险评估结果。不但确定了管道存在风险的位置，并且为管道安全运行提供便捷的管理与可靠的依据。

长距离天然气输送管道的完整性评估与管理是可持续发展的研究课题项目，需要广大学者与研究人员的共同努力，要不断的更新失效管道事故的数据库，相关的规章制度也应该趋于完善，管道在运行当中各个细节部分也要求工作人员严格注意，要及时的进行维护与预防。