城鎮燃氣管網完整性管理體系研究與實踐

孫青峰 楊玉鋒 趙春磊 薛 慶 張華兵 魏然然

1.中國石油天然氣銷售分公司 2.中國石油管道分公司管道科技研究中心 3. 北京科技大學

0 引言

城鎮燃氣管網輸送的介質具有高壓、易燃、易爆的特點，加之其大多都位于人口密集的區域，一旦發生管道泄漏，則后果相當嚴重。近年來，燃氣事故屢見報端，給人民的生命財產安全帶來了不小的損失。根據美國1998—2017年的統計數據，美國全部管道系統（含天然氣長輸管道、輸油管道、城鎮燃氣管網等）所有重大事故中，城鎮燃氣管網導致的事故占比超過80%[1-5]。

當前，國際上采用完整性管理的理念在天然氣長輸管道上取得了成功經驗，近年來，國內外開始將完整性管理的方法應用于城鎮燃氣管網，通過對城鎮燃氣管網開展針對性的檢測、監測、風險評價、完整性評價等風險管控手段，實現對城鎮燃氣管網風險的預控，以期提高城鎮燃氣管網安全運行的水平[6-7]。

1 國內外相關技術的進展

1.1 國外相關技術及標準進展

早在20世紀70年代美國就開始了油氣管道安全評價與完整性管理，早期主要針對長輸油氣管道，其中長輸管道完整性管理自2001年開始實施，城鎮燃氣管網完整性管理自2011年開始實施[8]。目前，美國擁有全世界最龐大的管道系統，其管道完整性管理分類情況如表1所示。

表1 美國管道系統完整性管理分類表

2009年，美國將城鎮燃氣管網完整性管理要求納入聯邦法規，規定了燃氣管網系統開展完整性管理的最低要求，要求2011年8月開始所有燃氣企業必須制訂完整性管理方案，并針對運行的管道實施完整性管理，同時制訂了系列法規、標準和指南用于規范完整性管理工作[9-12]。

城鎮燃氣管網完整性管理標準是實施管道完整性管理的重要指導性文件，為推進完整性工作實施，美國政府部門、行業協會等機構，從不同角度制訂了標準、指南文件，規范了燃氣管網完整性管理工作內容和要求。其中，以聯邦法規P部分《城鎮燃氣管網完整性管理》[13]為總綱領性文件，政府主管部門管道和危險材料安全管理局（Pipeline & Hazardous Materials Safety Administration，PHMSA）制訂了《城鎮燃氣管網完整性管理實施導則》[14]、《小型液化石油氣完整性管理指南》[15]和《城鎮燃氣管網完整性管理檢查手冊》[16]，行業協會美國燃氣協會（American Gas Association，AGA）制訂了《城鎮燃氣管網完整性管理指南》[17]等，基本構建了城鎮燃氣管網完整性管理標準體系，支撐完整性管理工作的實施。

加拿大城鎮燃氣管網完整性管理的綱領性文件是國家標準《油氣管道系統》（CSA Z662）[18]，該標準在附錄中提出了加拿大開展城鎮燃氣管網完整性管理的目標、原則，制訂了工作流程圖和各個環節的技術要求，并提出需要對全部管道和設施開展完整性管理。與美國的標準體系相比較，加拿大在城鎮燃氣管網完整性管理標準體系方面相對薄弱。

1.2 我國燃氣管網完整性管理進展

2010年以來，我國逐步開展城鎮燃氣管網完整性管理相關研究工作，基于技術研究和實踐經驗在標準建設方面取得了一定的進展，組織編制了《燃氣系統運行安全評價標準：GB/T 50811—2012》[19]、《城鎮燃氣管網泄漏檢測技術規程：CJJ/T 215—2014》[20]、《城鎮燃氣設施運行、維護和搶修安全技術規程：CJJ 51—2016》[21]等標準規范，推動了完整性管理的發展。燃氣企業方面，中國石油天然氣銷售公司（昆侖能源）、深圳燃氣集團股份有限公司、中國石油西南油氣田分公司、北京燃氣集團有限公司等大型企業在燃氣管網完整性管理體系建設與技術研究方面取得了階段性進展。

中國石油結合長輸管道完整性管理經驗，從2010年開始立項研究城鎮燃氣管網完整性管理，針對燃氣管網體系建設、風險評價、檢測監測等關鍵技術開展了科技攻關。編制并發布了《城鎮燃氣管網完整性管理導則：Q/SY 05015—2016》[22]、《城鎮燃氣管網泄漏檢測技術規范：Q/SY 05014—2016》[23]、《城鎮燃氣埋地鋼質管道外防腐層檢測技術規范：Q/SY 05018—2017》[24]等共9項城鎮燃氣管網完整性管理技術標準，在標準建設方面走在國內前列。2017年開始中國石油天然氣銷售公司（昆侖能源）組織開展燃氣管網完整性管理體系建設、試點與推廣工作。

深圳燃氣集團股份有限公司由其下屬輸配分公司統籌完整性管理工作，經過近6年系統推進，制訂了管網完整性數據采集標準，發布體系文件，開發了完整性數據采集系統，初步建立了燃氣管網完整性管理體系，實現了管道風險預控管理，提升了燃氣管理安全管理水平，取得燃氣業務優良安全業績。完整性管理信息系統建設方面，建立了完整性管理系統，并結合GIS系統、建設期數據管理系統等信息化手段，統一管理城鎮燃氣管網基礎數據、巡檢業務、泄漏管理、應急預案。

北京燃氣集團有限公司重點針對燃氣管道完整性管理體系、完整性管理關鍵技術、基礎信息的共建共享、老舊燃氣管道升級改造等方面做了較多的研究和實踐工作。開發了城鎮燃氣管網完整性管理系統和安全風險評估系統兩個信息化平臺，用于推進完整性管理工作的實施[25-27]。

2 燃氣管網完整性管理體系建設

2.1 差異分析

與長輸管道相比，燃氣管網具有明顯不同的特點，詳細對比分析如表2所示。長輸管道是大口徑、高壓力、分支少，一般為鋼質管道；而燃氣管網是口徑小、壓力低、分支多，管材包括鋼質管道、鑄鐵管道、PE管道等；長輸管道與燃氣管道的損壞方式也不相同，長輸管道主要失效形式是管道破裂，而燃氣管道由于壓力低，主要失效形式是微泄漏或滲漏，這種泄漏難以被管道自身的監控系統及時發現，一旦泄漏的氣體積累一定時間后，再引起爆炸。綜上所述，城鎮燃氣管道的完整性管理與長輸管道的完整性管理有很大的不同，世界各國也是區別對待，分步推進。

表2 長輸管道與燃氣管網的差異對比表[28-30]

鑒于城鎮燃氣管網與長輸管道存在的差異，長輸管道完整性管理的成功經驗和技術手段難以直接應用于燃氣管網。燃氣企業需要根據燃氣管網的特點和管理現狀，建立適合于城鎮燃氣管網的完整性管理體系，并形成完整性管理技術方法，通過建立具有城鎮燃氣管網特色的完整性管理體系，規范管理工作中的各項要求。

2.2 燃氣管網完整性體系要點

城鎮燃氣管網與長輸管道最大的差異是壓力等級和管道材質，進而導致主導風險因素不同，完整性管理是基于風險的管理，基于城鎮燃氣管網風險特性，其完整性管理應關注以下要點。

1）高壓、次高壓管道壓力等級為0.4～4.0 MPa，這兩個等級的燃氣管道與長輸管道比較接近，可參照長輸管道完整性管理工作，借鑒長輸管道完整性管理主要技術成果。完整性管理核心包括管道本體風險管理、地質災害治理和雜散電流治理等，主要是通過內檢測、外檢測、風險評價、地質災害治理、雜散電流排流等手段確保高壓、次高壓管道本體安全，管理手段與長輸管道完整性管理相近。

2）中壓管道主要為聚乙烯管道（PE管），強度較低，交叉施工頻繁，完整性管理核心是防止第三方損壞；同時燃氣管網閥門分支較多，連接頭廣泛分布，管道泄漏和滲漏頻繁發生。基于上述特點，針對中、低壓管道，通過采取精準掌握管道中線坐標、提高線路巡護質量、開展泄漏檢測等手段來控制管道風險。

3）將泄漏檢測作為城鎮燃氣管網完整性管理關鍵工作。長輸管道完整性管理重點工作是控制管道的本體安全，避免管道泄漏事故的發生。城鎮燃氣管網由于自身特點要完全避免泄漏的發生非常困難，且其本身壓力和管徑較低，泄漏危害后果小于長輸管道，因此，燃氣管網完整性管理工作要點要從控制管道泄漏和防止泄漏轉化為事故這兩方面開展，即在長輸管道完整性管理基礎上，重視泄漏檢測工作，通過泄漏檢測及時發現和處置泄漏，避免泄漏演化為火災、爆炸等危害事故。通過加強泄漏檢測，采用車檢、人檢等多手段檢測，及時發現泄漏，避免泄漏擴展為事故[31-32]。

2.3 完整性管理體系構成

城鎮燃氣管網完整性管理應貫穿管道全生命周期，包括設計、采購、施工、投產、運行和廢棄等各階段。采用風險最低、合理可行原則，控制城鎮燃氣管網運行風險。基于國內外技術標準，結合城鎮燃氣管網風險特點和管理重點，確定城鎮燃氣管網完整性管理工作內容和流程（圖1）。

圖1 完整性管理工作流程圖

圖1中6個環節是完整性管理的關鍵環節，每個環節對于不同壓力等級的管道都包含不同的技術要求。在完整性管理工作中，落實上述6個關鍵環節需要5個支持要素，分別為法規標準、體系文件、支持技術、系統平臺和組織機構。

中國石油為推進燃氣管網完整性管理工作的落實，制訂了完整性管理總體規劃，研發了關鍵支持技術，制訂了技術標準，建立了體系文件，體系文件列表見表3。體系文件包括7個方面，13項內容，規范了完整性管理工作要求，統一了工作表單，提出了完整性考核要求，涵蓋完整性管理的主要管理環節。

表3 燃氣管網完整性管理體系列表

城鎮燃氣管網完整性管理與長輸管道完整性管理不同，顯著特點在于數據管理和泄漏管理兩個方面。

數據管理方面，數據采集需要制訂詳細的數據采集管理規定和數據采集模板，明確數據采集的要求。城鎮燃氣管網高壓、次高壓數據管理工作與中低壓數據管理工作差異較大，在體系建設中分別采用《高壓次高壓管道數據采集管理規定》和《中低壓管道數據采集管理規定》明確不同壓力等級的數據采集要求。基于數據標準開展數據采集，采集的數據主要包括設計、施工、運行、檢測、監測、評價數據等，應建立統一數據庫管理建設期和運行期全生命周期數據。

泄漏管理是城鎮燃氣管網完整性管理的主要特點，包括泄漏檢測、泄漏處置和泄漏數據管理3個方面（圖2）。通過《燃氣管網泄漏檢測及處置技術規定》和《燃氣管網泄漏數據管理程序》兩個體系文件規范泄漏管理的主要工作。其中泄漏檢測是泄漏管理的核心工作，一般包括：泄漏點初檢、定位、風險分析、確定泄漏檢測與處置優先級、記錄等工作內容。泄漏數據管理主要包括泄漏失效數據采集表單、上報流程、失效庫建設和統計分析等內容。

圖2 泄漏管理圖

2.4 完整性體系實施

基于研發的完整性體系文件，選取了A、B兩家項目公司開展了完整性管理實踐。A公司共有燃氣管道376.7 km，其中高壓管道28.7 km，中壓管道348 km；包括11個工業用戶、650個公服用戶、約80 000戶居民用戶。B公司有高壓管道22 km，次高壓管道3 km，中壓管道102 km，低壓管道36 km；包括45個工業用戶，64個商服用戶，約22 500戶居民用戶。

完整性管理實施以1年為周期，主要包括明確管理部門、體系文件宣貫、實施完整性管理、結果上報和考核。在明確管理部門和人員后，對完整性管理體系文件的技術要求進行了系統宣貫，使得各級管理人員和操作人員明確完整性管理目標、內容、流程、技術要求和考核要求。按照體系文件技術要求分別實施了數據采集、風險評價、泄漏檢測、管道外檢測等工作內容，并按照體系文件統一表單格式，按照規定時間節點上報工作完成情況。根據完整性管理持續改進的理念，年終對完整性實施情況開展了效能評估和考核。A、B兩家公司在役管道中心線數字化率、新（改、擴）建管道中心線數字化率明顯提升，風險評價覆蓋率達到100%，管道泄漏檢測覆蓋率和高壓次高壓管道外檢測覆蓋率達到100%，管道泄漏自檢發現率明顯提升，總體泄漏次數和第三方施工導致泄漏頻次出現下降趨勢。

通過A、B兩家公司完整性管理的實施，驗證了完整性體系文件的可行性和有效性，并為體系的持續改進提供了依據。

2.5 體系建設經驗與啟示

城鎮燃氣管網完整性管理是一種新型的管理模式，依托中石油城鎮燃氣管網完整性管理推進工作，建立了統一的體系文件，并依托具體公司實施完整性管理，形成如下建設經驗與啟示。

1）將完整性體系文件納入到QHSE體系。完整性管理體系文件應納入到公司QHSE管理體系中，不應獨立建立體系，體系文件設計和編制中注重與現有QHSE體系文件充分結合。

2）將數據管理作為體系文件建設的重要環節。高度重視燃氣管網全生命周期數據采集工作，數據采集是實現燃氣管道完整性管理的前提，加強建設期數據收集，綜合竣工資料要求和運營期完整性管理數據需求，制訂燃氣管道建設期管道數據收集標準，實現管道數據的源頭采集，保障數據準確性。

3）基于風險特點設置體系文件。深入分析高壓、次高壓和中壓燃氣管網的主要風險特點，明確燃氣管網完整性管理的重點，是實現燃氣管道完整性管理的關鍵。對高壓、次高壓燃氣管網，充分借鑒長輸管道完整性管理成熟做法，開展風險識別、內檢測和腐蝕控制等措施，主要防控預防泄漏發生；對中低壓燃氣管網，主要管控第三方損壞。開展PE管道中心定位和泄漏檢測工作，及時發現泄漏點，及時處置，防止泄漏事件演變為事故。

4）將體系文件內容固化到信息系統。重視管道管理完整性信息系統建設，將體系文件中規定的各項工作落實到信息系統中。完整管理業務涉及到的信息系統一般包括生產運行系統（壓力監測、輸量管理）、數據采集與數據庫系統、完整性管理系統（側重地圖查詢、信息查詢和業務辦理填報）、GIS系統（側重數據維護和分析評價）和巡檢系統等，根據完整性管理工作各個環節的不同，將體系文件中內容分別落實到不同的信息系統中，為實現燃氣管道完整性有效管理提供系統支持。

5）要對體系持續改進。持續改進是完整性管理的重要特點，要結合國家法律、法規和相關企業的要求，每年至少開展一次QHSE體系中完整性管理業務文件的內部審核，分析其有效性和實用性，并制訂改進措施，持續改進QHSE體系中完整性管理業務相關程序文件和作業文件。

3 結論

1）完整性管理是保障燃氣管網安全運行的有效手段，國外在城鎮燃氣完整性管理方面已經建立了法規和標準體系，并且將完整性管理作為管控燃氣管網風險的主要手段，國內燃氣企業近年來也開展燃氣管網完整性管理研究與實踐工作，并取得了階段性進展。

2）通過系統研究和實踐，確定城鎮燃氣管網完整性管理主要工作，內容包括數據采集與管理、風險評價、泄漏管理、管道檢測與評價、維修維護、效能評價與考核等6個關鍵環節；上述工作的落實需要法規標準、體系文件、支持技術、系統平臺和組織機構等5個支持要素。

3）結合燃氣管網完整性管理工作需要，建立了燃氣管網完整性管理體系，包含13項體系文件，并重點對數據管理和泄漏管理兩個關鍵環節體系文件進行了詳細闡述。

4）總結了燃氣管網完整性管理體系建設經驗，包括：完整性體系文件納入到QHSE體系、將數據管理作為體系文件建設的重要環節、基于風險特點設置體系文件、將體系文件內容固化到信息系統、對體系持續改進等。