油气管道工程建设期完整性管理研究

2021-08-27代炳涛赵嘉玲韩明一范卫潮王小斌

石油工程建设 2021年4期

代炳涛，赵嘉玲，韩明一，范卫潮，王小斌

1.廊坊中油朗威工程项目管理有限公司，河北廊坊065000

2.四川省南充市图书馆，四川南充 637000

据统计到2035年全球天然气需求总量将占全球能源需求的25%[1-2]。管道作为天然气的主要运输手段在我国的建设里程不断增加，根据《中长期油气管网规划》，到2025年我国天然气管道总里程将达到16.3×104km，并形成“主干互联、区域成网”的全国天然气基础网络[3]。

近年来，由于设计、施工、运行以及管理带来的种种问题，油气管道存在诸多安全隐患[4-5]。中缅天然气管道等泄漏事故表明，事故通常并非由单一因素造成，而是由系统性问题造成的，对于有明显症状（设计不合理、焊材和工艺不匹配、焊接工艺施工适用性、过程控制、黑口、假片等问题）的安全隐患可以通过排查发现，对于没有明显症状的安全隐患，需要通过持续的风险识别和分析，找出风险点，通过制定消减措施，运行过程中加强检测和监测，将风险控制在合理、可接受范围内。管道完整性管理既是一种方法，也是一种行之有效的安全保障体系。

目前国内外学者对管道完整性管理的研究主要集中在运营期的数据采集、高后果区识别、风险评价、完整性评价及效能评价等方面[6-17]，而针对建设期的管道完整性管理研究比较少，为此结合管道环焊缝排查项目和管道建设期完整性管理实践经验，采用统计分析的方法对建设期管道完整性管理的重要性进行分析，并以问题为导向，研究建设期管道完整性管理主要工作和评估内容。

1 管道环焊缝焊口排查数据统计分析

1.1 工程资料复核

对某天然气管道线路158 813道焊口进行工程资料复核，发现存在资料问题焊口10 953道，见表1。其中焊口号不一致4 694道、未按指令检测5 083道、无检测报告680道、无施工记录339道、施工焊口号重复4道、竣工资料问题153道。

表1 某天然气管道工程项目资料排查问题归类统计

1.2 环焊缝底片复核

管道环焊缝底片核查焊口229 272道，共发现疑似问题焊口 607道，见表2。其中建议割口3道，返修37道，需复拍验证68道，建议质量关注429道，组对不合格70道。

表2 某天然气管道工程管道环焊缝底片复核统计

从环焊缝排查数据统计分析可知，建设期管道问题比较突出，如管道设计不合理、焊接工艺的适用性、过程控制、管理问题（黑口）等。因此，急需从管道全生命完整性管理角度出发，在项目设计、施工阶段系统开展数据采集、高后果区识别、风险评价等工作，以保证运营期间管道的本质安全。

2 管道建设期完整性管理主要任务

2.1 建立相应的标准规范和体系文件

ASME B318S《天然气管道完整性管理系统》、美国石油学会API 160《危险液体管道完整性管理系统》、BS 8010《管道的使用规程陆上管道：设计、制造和安装》等国际标准规定了开展管道完整性管理的原则以及设计、材料和施工等技术要求，要求设计人员应充分考虑管道路由经过的地区等级，提出“基于风险”的管理方法，并明确了建设期管道完整性管理的要求和变更程序[18-23]。目前，我国尚未建立系统的管道建设期管道完整性管理标准和体系文件，应在参考国际标准和规范的基础上，结合我国特点，开展符合国内实际情况的管道完整性管理标准和体系文件的建立，为油气管道建设期间实施完整性管理提供重要依据。

2.2 建立基础数据库

开展管道完整性管理要以数据的完整性和准确性为基础，其中包括数据的采集、整合和利用等一系列环节。数据的准确性、完整性制约着后续高后果区识别、风险评价、完整性评价结果和运行维护的准确性和可靠性。

建设期数据采集的主要任务是建立以质量追踪为主线的建设期数据，例如通过焊缝编号、钢管号、钢卷号和炉批号之间的关联关系，可对整个钢管的生产过程进行追踪。建设期采集的主要数据包括：基础地理、管道设计、管道风险、中心线、阴极保护、管道设施、第三方设施、应急管理等；数据采集按照“谁产生、谁录入”的原则进行采集。通过管道完整性管理信息系统，对建设期设计、采办和施工数据进行整合和利用，建立准确完整的基础数据库，为管道的运行和维护提供基础数据。

2.3 安全、质量风险识别

建设期管道完整性管理的核心是对建设过程中的缺陷及风险进行分析和控制，并考虑运行过程中的安全维护需求，由此可知在建设期开展完整性管理必须要充分识别安全、质量风险，并据此制订相应的风险防控措施。

2.3.1 设计风险控制

在管道设计阶段，由于设计勘察缺陷、人员失误等原因导致设计缺陷产生，如在管道穿越高后果等特殊地区，由于防护设计不当或者场站工艺设计不合理留下潜在隐患。因此，必须从设计风险控制入手，对可能性操作及危险性操作进行分析，并按照管道运行操作原则，对管道设计进行整体性评估，对设计的符合性进行系统评估，从而确保管道项目设计的本质安全。

2.3.2 管材缺陷风险控制

材料使用风险主要包括：材料初始缺陷和材料安装缺陷，初始缺陷是由管材制造、加工以及运输不当造成的缺陷，安装缺陷就是在管道安装过程中，由于施工工艺、方法不当等原因所形成的缺陷。

2.3.3 施工风险

由于施工过程中人员、材料、设备、施工工艺和施工环境等因素，导致管道焊接、检测、防腐、下沟回填、水工保护、阴保等过程产生不同施工缺陷，对后期管道运行产生较大安全隐患。

2.3.4 第三方破坏风险

第三方因素对管道系统产生的破坏行为。主要包括违章占压燃气管道、意外性的破坏行为、其他施工单位未进行沟通违规施工、车辆通行碾压损坏等。

3 管道建设期完整性管理主要工作

3.1 建设期数据采集、审核和移交

设计阶段采集的数据主要包括：基础地理数据、遥感影像数据、可行性研究报告、专项评价报告、初步设计文件、施工图设计文件、专项设计文件、数字化模型等，见表3。

表3 管道设计阶段完整性管理数据采集清单

施工阶段采集的数据见表4。

表4 管道施工阶段完整性管理数据采集清单

3.2 建设期管道高后果区识别

通过查阅资料、地图和现场踏勘的方式，根据GB 32167《油气输送管道完整性管理规范》、QSY1180.2《管道完整性管理规范第二部分：高后果区识别》和GB 50251《输气管道设计规范》确定高后果区的划分和设计系数选取，进行管道的高后果区识别，根据高后果区识别结果优化线路路由或施工方案，并提出消减措施。

3.3 建设期管道风险评价

3.3.1 设计阶段管道风险评价

分析管道可能遭遇的危险及相关风险因素，对识别出的风险因素，采用风险评价方法对管道风险发生概率和后果进行估算，确定管道风险等级，根据风险评价结果优化线路路由和站场选址，尽量避开高风险区或采取消减措施。

设计阶段基于管道完整管理应做的安全分析主要包括：HAZOP分析、SIL评级、站场静设备基于风险的检验RBI（Risk Based Inspection）、站场动设备以可靠性为中心的维修RCM（Reliability-Centered Maintenance）。

3.3.2 施工阶段管道风险评价

管道施工过程中的风险主要是施工技术和自然灾害带来的威胁，施工过程中出现的问题最多，也最为常见，施工过程中，由于管道在连头处强度比较低，容易出现问题，如环焊缝质量、施工强组对应力集中等问题。分析并识别管道施工期间可能会遭遇的风险，对识别出的风险因素，采用风险评价方法进行评价，确定管道风险等级，并将风险消减措施落实到施工组织设计和施工方案中。