天然氣管道的完整性管理

丁舒羽 秦小建 金 金 呂 莉 杜 潔

（陜西省天然氣股份有限公司 西安）

一、管道完整性管理實施的重要性

管道完整性管理技術起源于20世紀70年代，當時歐美等工業發達國家在二戰以后興建的大量油氣長輸管道已進入老齡期，各種事故頻繁發生，造成了巨大的經濟損失和人員傷亡，大大降低了各管道公司的盈利水平，同時也嚴重影響和制約了上游油（氣）田的正常生產。為此，美國首先開始借鑒經濟學和其他工業領域中的風險分析技術來評價油氣管道的風險性，以期最大限度地減少油氣管道的事故發生率和盡可能地延長重要干線管道的使用壽命，合理地分配有限的管道維護費用。經過幾十年的發展和應用，許多國家已經逐步建立起管道安全評價與完整性管理體系和各種有效的評價方法。

二、管道完整性概念

1.管道完整性（Pipline Interity）概念

管道完整性（Pipline Interity）概念包括：管道始終處于安全可靠的工作狀態；管道在物理上和功能上是完整的，管道處于受控狀態；管道運營商不斷采取行動防止管道事故的發生；管道完整性與管道的設計、施工、運行、維護、檢修和管理的各個過程是密切相關的。

2.管道安全性管理的概念

管道安全性管理，即PIM（Pipeline Integriy Management）管理。它是管道公司通過根據不斷變化的管道因素，對天然氣管道運營中面臨的風險因素的識別和技術評價，制定相應的風險控制對策，不斷改善識別到的不利影響因素，從而將管道運營的風險水平控制在合理的、可接受的范圍內，建立以通過監測、檢測、檢驗等各種方式，獲取與專業管理相結合的管道完整性的信息，對可能使管道失效的主要威脅因素進行檢測、檢驗，據此對管道的適應性進行評估，最終達到持續改進、減少和預防管道事故發生、經濟合理地保證管道安全運行的目的。

管道完整性管理PIM，也是對所有影響管道完整性的因素進行綜合的、一體化的管理，包括：擬定工作計劃，工作流程和工作程序文件；指定預防和應急措施；定期進行管道完整性檢測與評價，了解管道可能發生事故的原因和部位；采取修復或減輕失效威脅的措施；培訓人員，不斷提高人員素質。

3.管道完整性管理的原則

主要包括：在設計、建設和運行新管道系統時，應融入管道完整性管理的理念和做法；結合管道的特點，進行動態的完整性管理；要建立負責進行管道完整性管理機構、管理流程、配備必要的手段；要對所有與管道完整性管理相關的信息進行分析、整和；必須持續不斷的對管道進行完整性管理；應當不斷在管道完整性管理過程中采用各種新技術。

三、管道完整性管理的基本內容

1.可靠性分析

可靠性評價主要研究缺陷可接受性問題。腐蝕管道內包括兩類缺陷：

（1）已損失管道強度為主要特征，有應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞等過程產生的裂紋缺陷，它屬于平面性缺陷。

（2）以管道質量損失為主要特征，如管道均勻腐蝕及局部腐蝕類體積型缺陷。

2.風險評價

風險評價主要是確定管道失效因素，并對管道失效概念及其后果嚴重性指標進行量化。通過風險評價可獲得管道風險等級，以確定優先開展完整性評價的管段區域及重點預防的失效原因。

3.風險控制

實施風險控制策略的主要目的是為防止事故發生以及降低系統的風險。防止事故發生措施主要有兩種。

（1）實施并完善含缺陷管道的使用原則，即適用性原則，它是指含缺陷管道允許存在缺陷情況下，繼續工作一段時間，但在此時間段內應保證缺陷不能發展到造成管道失效的臨界值；

（2）推行視情維修技術，是指在風險評估基礎上，根據風險優化分析，合理確定管段維修順序，進而做出最佳維修決策，從而確保管道系統完整性。

4.降低管道系統風險的措施

（1）建設與執行有關國際通用及國內的相關風險法規。法規的健全完善與降低風險有直接關系，針對管道腐蝕不僅明確規定要精心風險評估，還指出風險降低的指定程度，并且應允許采用從環境出發因地制宜的實施措施。

（2）加強基于風險的檢測技術實施。基于風險檢測技術RBI（Risk-based Inspection），由美國組成開發，目前以形成API RP 580標準。RBI以風險評價為基礎，對檢測的管段及裝備的程序進行優化安排和管理，目的是優化設備檢測程序和監測計劃，為延長裝置運轉周期、縮短檢修工期提供科學的決策支持。

（3）檢測管段的風險時，應根據不同缺陷特點合理選擇不同的檢測方法與工具。BS 7910-1999《金屬結構內可接受缺陷的評價方法》推薦的檢查和檢測管道完整性的方法主要有在線檢測、水壓試驗、直接評價三種方法。現在許多管道業主可以采用各種智能檢測器來檢測管道缺陷的尺寸形狀及位置，智能檢測器按照其工作原理主要有超聲波法、漏磁法、電位法、渦流法等等。檢測器的分辨率、可靠性及精度一定程度上決定著檢測費用及工程量。

（4）采用合理的檢測標準，根據風險評價結果正確制定檢測方案。

（5）建立完善的風險管理監測體系，該體系可向上級管理部門報告風險管理計劃及降低風險措施的實施執行情況，同時，可將成功的計劃措施反饋到風險管理體系中，為風險優化分析提供依據，進一步制定出最佳的風險控制方案。

5.完整性維修

含缺陷管道經過風險評價后通常將管道風險劃分為四個等級：A及風險等級最高，表示必須立即維修及更換；B級風險次高；C級標識比較安全；D級標識管道處于低風險安全狀態，無需采用任何措施。

對于風險等級較高管段必須采用相應的遏制管道腐蝕破壞和恢復管道完整性措施，傳統意義上的完整性維修措施主要有修補防腐覆蓋層、套管修補及更換腐蝕管段等三種基本方法。

（1）防腐層修補使用與腐蝕破壞不大的情況，通過修補覆蓋層的方法遏制腐蝕的發展，修補時需要分別將腐蝕產物、管子周圍舊防腐層徹底清除干凈，然后將與管體現有防腐層匹配性好的新防腐層加上去，也可采用自動涂敷設備恢復管道的完整性。

（2）套管修補是將制造時分成兩半的管套布置在腐蝕管道全周并沿縱向焊縫焊接起來，施工前要求將腐蝕生成物徹底清除干凈，并用合適的填充材料將主題管道與套管之間的孔穴處填滿。

（3）對于腐蝕較為嚴重或其不滿足有關規范要求的含缺陷管道以及含有裂紋等缺陷的管道必須將其切除，替換以新的關節，并要遵守嚴格的焊接工藝與原有完好的管段焊接起來。

五、管道完整性管理實施步驟

首先要編制管道完整性規劃。管道完整性工作貫穿于管道的整個生命周期，實際上這是一項長期和日常性的工作。其次是編制具體實施方案并予以實施。實施方案分6步驟。

（1）數據采集和整合。管道沿線建設數據、站場數據、內外檢測數據、保養維護修理數據、設備設施數據、地理信息數據。

（2）高后過區識別。設計階段的高風險識別、運行階段的高后果區識別分布情況、識別頻率。

（3）風險評價。管道綜合風險評價、地址災害風險評價、第三方破環風險評價。

（4）對管道進行檢驗、監測、檢測。包括管道內外檢測、基線檢測情況、管道監測、管道內外腐蝕檢測、管道檢測。

（5）完整性評價。包括管道試壓評價、外腐蝕直接評價、管道ICDA評價、管道應力腐蝕開裂評價等。

（6）維護和修復。管道修復、線路管理措施、第三方施工與破壞管理措施。

通過上述6個步驟完成一個完整性管理循環，然后進入下一個循環，持續改進，使管道運行始終處于風險可以接受的范圍內。

六、天然氣管道完整性管理體系發展現狀及問題

從國際上來看，盡管人們對管道完整性已經進行了不少研究，但管道完整性仍然是管道行業研究的熱點問題。對1995年到2000年美國石油文摘的檢索結果表明，管道完整性評價在國際上研究仍然呈方興未艾之勢。1998年和2000年2次ASME國際管線會議都設有管道完整性評價的分會場。另外，每兩年一次的國際管道會議，在管道完整性管理專題中都會有大量文章發表，而國內大型管道公司和管道科研機構在2000年以后也開始參與此盛會，將中國實施管道完整性管理的經驗與全世界同行進行交流提高。

我國最大一家石油公司自2004年起通過8年多的研究和應用，已經全面推廣實施管道完整性管理，已經掌握了管道完整性管理的核心支持技術，如管道數據管理技術（基于GIS）、風險評價技術、檢測技術、完整性評價技術和各種維搶修技術及專業的團隊，建成了管道完整性管理體系和信息化系統，實現了管道數據的集中管理存儲和完整性管理業務流程的信息化。但在推廣和實施管道完整性管理時仍存在以下問題：

（1）大量管道數據資料丟失或分散，使得管道完整性管理的基礎數據難以收集。

（2）大量支持技術管道企業不掌握，外部公司或高校等情況混雜，技術水平參差不齊，不能滿足實際需求。

（3）管道完整性管理前期投入過高，管道公司需要較大的決心來持續推動。

（4）基于GIS的管道數據管理技術根據國內相關法規的條款要求，在使用推廣上受到極大限制，使得管道數據管理水平遠遠不能滿足生產實際要求。

因此，我國管道完整性管理體系的建設在系統性、完整性、先進性上同國外相比還有較大差距，仍需要政府、地區、企業的多方面努力，認真總結國際在管道完整性管理過程中的寶貴經驗，逐步形成適合我國具體情況的法制化管道完整性管理體系。