基于内检测的管道全生命周期管理实践

杨 静，李 明，王剑波，董经发，冯 灿

（1.中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，辽宁大连 116045；2.中国石化销售有限公司，北京100728；3.大连福瑞普科技有限公司，辽宁大连116045；4.中国石油天然气股份有限公司西南管道分公司，四川成都 404100）

长输成品油管道点多、线长、面广的特点决定了管道管理的复杂性，加上早期管道技术经济条件的制约，以及设计、施工水平，材料缺陷和多年运行损伤等原因，管道安全存在不少隐患，沿线地质条件、极端天气、第三方破坏、管道老龄化及沿线地区城镇化等因素引发的管道泄漏事故逐年上升。近年来，为了减少各类管道事故，基于事前预控的管道完整性管理模式在全球范围内得到普遍应用[1-4]。作为完整性管理核心技术之一的内检测，在保障管道安全运行、减少事故方面也发挥着越来越重要的作用[5]。我国油气管道企业高度重视管道内检测的实施，油气长输管道的内检测已基本普及。与此同时，信息技术飞速发展，数字化管道在管道设施全寿命周期逐步推行应用，管道运营企业积累了海量数据[6-8]。在大数据背景下开展基于管道内检测数据的分析整合，能够充分挖掘数据价值，有效提升管道管理水平，实现企业精细化管理。因此，如何利用好管道内检测这份“体检报告”，使其更好地融入完整性管理循环，更好地服务于管道安全管理，实现基于内检测的管道全生命周期管理与决策，已成为管道完整性管理需要解决的重要问题之一。

1 基于内检测的全生命周期管理内涵

管道全生命周期涵盖从规划、可行性研究、初步设计、施工图设计、工程施工，到投产、竣工验收、运行、维护、变更，直至报废的全过程[9-10]。管道全生命周期管理是对管道从诞生到报废的全生命过程，实施以完整性管理为核心、持续不断、协调统一的管理，系统识别各个阶段风险因素，保证各项管理活动前后衔接延续形成闭环链，通过预防和不断修正管理手段和方法，达到成本最低、效率最高、质量最可靠、环保最佳的管理效果。

管道全生命周期管理主要体现在3个方面[11]：

1）管道生命线管理的连续性。管道全生命线贯穿管道项目从设计、施工、投产、运行到废弃的各个阶段，解决了管理的连续性问题。

2）数据信息系统的生命性。全生命周期管理建立了管道生命周期的数据信息档案，打通了各类数据互联通道，实现信息共享，实时更新动态管理。

3）管理形式的转变。全生命周期管理改变了以往分级分阶段的管理形式，通过以完整性管理为核心的全过程安全风险预控，确保管道全生命周期始终处于最佳运行状态。

建立贯穿管道生命线的数据信息档案，是全生命周期管理的重要前提和关键，而内检测为建立管道生命线提供了重要的数据基础。管道内检测是在管道运行条件下借助流体压差驱动，通过实时检测、定位并记录管道附件、金属损失、凹陷变形等管道特征和缺陷异常，有效掌握管道完整性状态，实现管道的动态监测及全面检测。内检测是目前国内外全面获取管道信息、了解管道缺陷状态的最为有效和可靠的技术手段[12]。通过内检测获取的阀门、三通、法兰、焊缝等管道特征数据及其位置信息，结合管道竣工资料、地面参考系测绘数据及现场检测数据，可构建管道基线，形成贯穿整个生命周期的数据信息链，为实现管道数据互联互通及动态连续管理提供基础[13-14]。

2 基于内检测的全生命周期管理实践

2.1 系统普查，规范建档，建立生命基线

自2014年某成品油管道内检测工作开展以来，企业管理层高度重视，第一时间打通内检测费用列支渠道，组织专家评定内检测专业服务商，出台检测标准指导文件，并多次组织召开内检测工作推进会和检出缺陷修复方案审查会，有序推动工作顺利开展。针对具备内检测条件的管道开展内检测，针对不具备内检测条件的管道，通过技术改造创造内检测条件，确保长输成品油管道的内检测全面性。截至2019年底，在所辖成品油管道全面实施变形检测和漏磁检测，内检测完成率达到96%。其中针对部分地区134 km不具备内检测条件的成品油管道，通过技术改造使其具备内检测条件后实施内检测工作。

针对不同内检测商在数据采集方式、信号数据存储格式、数据使用工具以及数据分析报告等方面存在不一致的问题，梳理数据的层次关系，建立规范化数据标准，定制包含内检测数据在内的各类数据采集模板及标准，明确数据字段、类型、重要程度、格式要求及逻辑要求等，全面规范数据格式。

以内检测获取的管节或环焊缝信息为基准，结合地上固定参考点GPS测量，并与设计施工及竣工资料中管道特征数据进行匹配和校准，建立包含管道中心线数据及焊缝、弯头、三通和永久性标识等管道特征数据的管道基线，形成与管道实体相对应的数据资产和贯穿全生命周期的数据信息链。

依托管道完整性管理系统信息化建设工作，建立包含内检测数据在内的系列数据标准，明确数据分类与编码、组织与建库、评价与验收、更新与维护等要求，全面规范数据的采集、校验与入库工作。截至2019年底，该成品油管道第一批次内检测数据入库率达到100%。通过将内检测数据录入信息化管理系统，进一步健全完善管道数字档案，促进管道全生命周期的规范化管理。

2.2 全面“体检”，高效诊断，实现智能决策

通过实施长输成品油管道高清漏磁内检测和几何变形内检测，检出缺陷类型包括内腐蚀缺陷、外腐蚀缺陷、制造缺陷、焊缝异常和变形缺陷。结合内检测单位提供的缺陷列表，进行缺陷数据统计与致因分析，并开展腐蚀缺陷和制造缺陷剩余强度评价，基于腐蚀生长速率模型开展腐蚀缺陷剩余寿命预测，基于数据关联开展缺陷焊缝相关性分析、缺陷交互影响分析，进一步结合腐蚀、变形和制造缺陷维修响应分级准则进行维修响应分级，并提出修复方案和再检测时间建议。

充分利用大数据技术，以内检测数据为核心，融合管道本体及周边环境等基础数据、日常运营数据、高后果区识别数据、风险评价数据、检测监测数据、完整性评价数据、维修维护数据、失效数据等多源数据，打破业务活动界限，从多维度深入分析数据价值，并与具体业务需求相结合，通过数据关联与深度挖掘，实现提前预测预警，同时聚焦管道管理的重点难点，提出针对性运行管理建议、维修维护方案和检测计划，实现管道智能化高效管理与决策。

新冠疫情期间，依托管道腐蚀远程诊断服务模块，开展部分成品油管道的内检测数据远程分析与诊断，通过与高后果区识别及风险评价数据融合关联，实现管道缺陷基于多因素的综合评价决策，为管道安全运行提供有力保障，助力企业“百日攻坚创效”。

2.3 数据互联，精准定位，确保开挖准确率

为实现内检测数据与地理信息数据的关联匹配，在长输成品油管道沿线设立多组永久性磁标记，建立管道内检测地面坐标参考点，为地下管道与地上标识提供统一参照体系。同时，利用数据对齐技术，将管道沿线阀室、三桩、磁标记等地上特征与内检测获取的阀门、弯头、三通、环焊缝等地下特征进行对齐，将检出缺陷与环焊缝、三桩等管道典型特征进行对齐，将同一内检测批次不同类型缺陷、不同内检测批次检出缺陷等进行比对，获取管道精确位置，精准定位缺陷，并诊断缺陷严重程度、分析缺陷发展趋势，明确管道服役可靠性，提高管道完整性管理水平。

依托管道内检测数据校验与对齐分析软件，完成部分成品油管道内检测数据的校验与对齐。基于数据对齐结果进行缺陷的开挖验证，开挖准确率达到98%。

2.4 预防维修，适时响应，全流程闭环管理

该成品油管道实施内检测工作以来，企业积极推进基于内检测的管道缺陷修复工作有序开展，确保管道风险可控，为管道安全平稳高效运行提供保障。通过内检测数据统计分析与评价诊断，确定需立即修复缺陷500余处，修复完成率100%；确定需计划修复缺陷1 000余处，修复完成率92%。对于尚未完成的计划修复类缺陷，严格按照修复计划开展修复工作，制定详细缺陷修复方案，针对其中严重程度高或类型复杂的缺陷，利用有限元进行专业分析评价，必要时组织工艺、材料、焊接、防腐、力学等行业专家审查，制定具有强针对性的修复方案，保证缺陷得到及时有效修复，在实施修复前对缺陷管段进行提级管理。

修复完成后，按要求详细记录缺陷修复方式、修复材料、加工单位、焊接人员、无损检测、位置坐标、高程等相关信息，做好标记，并录入完整性管理信息化系统。通过维修响应数据入库归档与关联，建立定点缺陷的检测、评价、开挖、修复全过程数据流，形成以内检测数据为发起端，经缺陷评价、开挖修复，至缺陷状态更新的全流程闭环式管理。

3 管理实施效果

该成品油管道企业通过推行基于内检测的管道全生命周期管理与决策，积累了大量管道完整性数据，建成了成品油管道数据资产与档案，促进了管道管理各个业务环节的衔接互联，提高了管道完整性管理的循环提升效果和精细化水平，为实现管道规范化信息化管理和长周期安全平稳运行提供了重要保障。具体实施效果主要体现在以下3个方面。

3.1 提高信息化管理水平，实现高效精细化管理

以内检测数据为基础，整合管道基础数据、日常运行数据、检测监测数据、高后果区识别及风险评价数据、完整性评价数据、维修维护数据、失效数据等，录入信息化管理系统数据库，构建管道全生命周期的数据云，实现管道大数据的安全可靠存储和实时高效共享，提高了成品油管道信息化管理水平，解决了以往存在的数据量大、格式多样、利用率低、采集与应用脱节、管理难度大等问题。通过集成数据互联对齐与深度挖掘技术，提供管道状态数据的实时分析处理和远程高效诊断手段，实现管道状态的数字化、可视化动态安全监测与管理，全面提升管道管理精细化、智能化水平。

3.2 优化管道维修成本，助力“百日攻坚创效”

通过推行实施成品油管道内检测，全面获取管道缺陷信息，开展基于内检测数据的管道缺陷统计与致因分析、剩余强度评价、剩余寿命预测，综合高后果区识别、风险评价及开挖验证检测等其他数据，提出针对性维修响应计划和方案，实现缺陷的预防性维修。

通过开展预防性维修工作，一是能够在管道缺陷修复工作前制定修复方案，准备好图纸、工具、备件等材料，确保维修过程顺利高效完成，维修效率显著提升，避免了事后维修造成联锁损坏引发的换件损失。二是可以将管道运行过程中发现的小隐患、小缺陷消灭在萌芽之中，避免隐患积少成多，引起突发性管道故障，从某种程度上避免批量的管道质量缺陷或报废情况的出现，减少管道突发性故障维修费用。三是通过对检测发现的管道缺陷进行针对性维修，减少了过剩维修现象。通过实施管道完整性管理，2015-2017年，长输成品油管道的单公里维修费用大幅下降，其中该企业某下属分公司2017年通过技术应用节约维修维护成本和事故处置费用约3 000万元，降低人工成本8 872万元，累计产生综合经济效益约1.18亿元，实现了管道管理的固本增效。

此外，预防性维修的实施保障了管道及配套设备设施的流畅平稳运行，减少了管输能耗，延长了管道的使用寿命，降低了管道运行成本，进一步体现了管道输送的经济性。

3.3 杜绝安全环保事故，提升企业综合效益

通过开展管道内检测、缺陷评价与综合决策、维修响应等工作，实现高后果区和风险管段的失效预测预警和及时响应，有效预防了管道重大失效事件的发生，避免了泄漏、着火、爆炸、环境污染等事故，为成品油管道的安全平稳运行打下坚实基础，提升了企业综合经济效益和社会效益。

4 结语

基于大数据的全生命周期智慧管理是未来我国油气管道完整性管理一个主流发展方向，管道大数据将成为管道企业的重要资产[5,15]。因此，加快开展油气管道普查工作，建立与管道物理实体相对应的数据资产和数字孪生体，充分利用内检测技术，结合数据采集与管理、数据挖掘与深度分析等，实现以内检测数据为核心的管道全生命周期管理与智能决策机制，解决管道在规划、设计、建设、运行全生命周期内面临的安全技术和管理难题，是保障油气管道长周期平稳运行、全面提升管道安全保障能力的当务之急。