西三線閩粵支干線天然氣管道完整性研究

張 衡，程 彥，曹海濤，李 帆，靳奇軍，謝學斌

(中國石油管道局工程有限公司油氣儲庫分公司，河北 廊坊 065000)

天然氣采用管道運輸具有花費較少、速度較快、操作方便、可以在不同環境下運行的好處，隨著管道在輸送天然氣的項目的比重越來越大，相關企業對采用管道輸送流體方面的技術要求也越來越高，并且我國的油氣輸送管道的建設也在全國各地緊鑼密鼓的施工。迄今為止，我國石油與天然氣管道鋪設的距離已經達120000 km。但由于當地生活水平的限制和居民群眾缺乏對自然環境保護的意識等因素，生活生產中排出的含有化學物質的液體、廢棄的殘渣和某些污染物質沒有按規定排放到環境中，這樣會使得管道所處周圍的環境會產生酸堿性。天然氣管道主要因為長時間被土壤覆蓋，不論是內部管壁，還是管道外部的防腐層都存在諸多因素限制管道良好的運行效果。天然氣管道的鋼性材質與輸送流體的腐蝕性是管道發生腐蝕事故的內在因素，管道周圍的優劣環境是管道發生腐蝕事故的外在因素[1]。

1 管道完整性管理的研究背景及意義

1.1 國內的研究現狀

表1 近年來國內外油氣輸送管道事故統計

中國在20世紀90年代初期，由國家機械工程部門與化學工程部門共同舉辦的“壓力容器缺陷評定規范”編制研討會，來自各地的四十幾家單位參加了該會議，形成了CV-DA-1996規范。至2000年之前，國內對管道完整性評價方法的研究也取得了顯著的進步，CV-DA-1996規范已經滿足不了大部分工程實例的要求。國家實施“十一五”計劃時期，由國家建設工程部門組織來自全國各地許多家單位參加了“應用中鍋爐容器的壓力安全評估”與“容器防止爆炸技術研究”等研討會，主要研究了壓力容器失效的后果，初步確定了規程SAPV-00。國家實施“十一五”計劃時期，由國家建設工程部門繼續開展“運行中的壓力管道風險評估”與“關于壓力管道壽命預測技術的研究”等重點項目[2]。

1.2 管道完整性管理

管道完整性管理PIM(Pipeline Integrity Management)，是管道沿線數據對管道正常運行影響因素進行統一的完整性管理，石油與天然氣輸送管道在輸送流體的過程中，管道會遇到來自不同方面的影響和潛在不安全和風險，進而根據數據信息來確定相應避免事故發生的方案，不斷確定事故的類型和發生分機率，還隨時修正對管道有著不利影響因素的相關參數，從而將石油與天然氣輸送管道在運行當中存在的事故的因素限制在合理的可接受的范圍內[3]。

通過檢各種方式方法來檢測管道的安全性能，采集管道沿線的數據信息，進而做出完整的管道安全評價，對即將對管道構成危險的因素進行檢查與管理，由此可以對管道失效進行合理的風險評估，最終達到提前判斷危害存在的位置依據影響因素以及盡可能的避免管道事故的發生、實現安全節能地保證石油與天然氣輸送管道運行的狀態。

2 基于Web GIS的管道完整性管理

2.1 基于Web GIS數據庫的應用

基于Web GIS系統在互聯網上實現了用戶與用戶之間的聯系和操作，充分實現了系統所需要表達范圍的廣度，無論是管理員還是用戶可以隨時進行信息交流的動態服務[4]。

基于Web服務系統把軟件內部幫助功能變得更加簡單易懂，讓運營商每個部門的管理人員能夠借助網頁頁面了解使用者，也能讓使用者從網頁上面的功能得到整個管道的運行狀況，此項功能使得管道完整性系統的建立變得可靠，為用戶和管理員提供了對管道運行安全監測有一個穩定良好的系統環境。

基于Web服務系統可以保證管道完整性的運行效率。從當今網絡發展的角度分析，只有基于Web GIS能使得廣泛的網絡應用系統統一起來，還可以讓運營企業的管理者們隨時地瀏覽需要的數據信息，并且還能讓管道運輸企業與管道沿線的維修人員瀏覽與該相關項目的信息和數據[5]。

2.2 Web GIS數據庫在管道企業與項目的應用

隨著我國長距離石油與天然氣輸送管道總長度的不斷累加，管道事故率也越來越大，所以相關管理的規章制度和相關的法律法則等都有了比較明確的標準。國家工業與環境保護部門和諸多大型的石油單位也都頒布了很多相關的規章制度，在借鑒歐美高新科技與人性化管理系統技術的基礎上，也在進一步完善中國的油氣管道完整性管理體系。

每個管道運營企業都應該有自己特有的管道完整性基礎框架結構，這些系統應用一點開發好并部署完畢，幾乎很難在制定，當用戶或者運行商本身要融入新的電子商務流程的時候，就需要為新增加的用戶群提供好訪問的界面，這些應用的每一次更改都有特定的程序員來完成，因此，這樣確立起來的電子商務應用系統的實際運營模式很難讓關于管道的管理程序體現穩定的可持續增長的性質，甚至會造成費用上和成本上的加倍劇增，在先前出現的Web管理軟件主要應用了EDI，內容服務期，EAI(Enterprise Application Integration)等，以及為那些創建企業管理系統和其他商務管理系統而設計的專門解決的方案都無法解決這個問題[6]。

2.3 Web GIS數據庫在管道完整性的應用

石油與天然氣輸送管道的完整性管理在中國實施運用以來，取得了非常顯著的效果。由于各個管道的運營企業在地理地域方面相對比較遠，因此長距離石油與天然氣管道輸送的整體的研究和一致性的管理具有相當大的困難，致使管道完整性的管理在實施過程中很難達到統一的標準。為了尋求這種管理差異性的衡量的統一標準以及各種存在于管道完整性管理進行中缺陷的發現，管道失效的風險評價工作在管道運行中的開展無法避免的進行[7]。

管道失效后果及風險評估比較注重于管道運行中各個危險因素對安全的影響，基于Web GIS數據庫的管道完整性管理與傳統的能效管理的理念有著本質上的不同，SY/T6621-2005指出，基于Web GIS數據庫對油氣管道完整性管理系統的研究，不但有利于油氣輸送管道運行的穩定性和安全性是否得到有效提高，而且還使得管道施工企業確定完整性管理程序的所有目標是否實現的能力。國內對管道失效后果與風險評估的研究長時間處于初步時期，至今還未推出非常完善的考核系統與規范，目前國家與企業大多注重對油氣輸送管道完整性投入的科學技術資源與技術投資帶來的實際經濟利潤之間關系的開發與研究[8]。

3 西三線閩粵支干線基于Web GIS的管道完整性管理系統設計

3.1 閩粵支干線管道完整性總體設計

基于Web GIS 的管道完整性設計總體主要按照服務對象的要求，主要包含如下幾項性能：(1)天然氣管道沿線數據的收集；(2)關于管道位置的二維及三維地理圖像的繪制編輯；(3)關于管道沿線完整性管理結論的顯示；(4)關于管道不同工況和條件下管理的最優判定等[9]。

3.2 閩粵支干線管道完整性管理流程

管道完整性的管理是一種可以智能便捷的管理、能夠實現隨著閩粵支干線管道沿線不同條件的變化來適時地進行改進的體系。管道完整性管理系統還必須定期地進行功能測評和程序修改，以便可以適應閩粵支干線天然氣輸送管道運行的各項參數數據要求以及管道周圍環境的變化，管道完整性管理系統的數據庫也要及時的的檢查更新。

通過定期的進行系統的功能測評，天然氣管理企業可以及時的應用最先進的技術和手段進行對管道事故風險的檢測，從而確定最有效也最及時的處理方案。除此之外，還必須進行管道風險的再評估再評價，最終實現實施完整性管理之后的管道最佳的運行效果，進而實現管道完整性管理的安全穩定的進行[10]。

3.3 閩粵支干線管道完整性系統模擬測試

閩粵支干線第一標段總長113 km，管徑 D813 mm，材質 L485 M，設計壓力10 MPa，實際運行壓力9 MPa，采用半滲透檢測管道的方法對閩粵支干線天然氣管道進行檢測，利用GIS采集的天然氣管道的完整性基本數據，對其中的90～100 km段進行完整性評價。

系統的運算公式和數據計算過程都在軟件后臺運行，企業管理方只需在相應的界面點擊按鈕和選項就可以操作相關的進程，最終的結果會在輸出界面顯示出來，并且還有保存圖片或者連接打印的功能。

表2 金屬損失缺陷統計表

圖1 內部金屬損失里程分布圖

通過管道內外金屬損失缺陷的檢測成果統計表可得知在90～100 km段內，天然氣管道外部有兩處金屬損失，金屬損失對天然氣管道的安全性能影響很大，并且周圍環境的腐蝕性會加速管道金屬損失的速率。

4 結 論

針對西三線閩粵支干線天然氣管道沿線距離較長，沿線環境變化較大的特點，本文基于Web GIS管道完整性管理系統，采取劃分管段的方法，以其90～100 km分段為例進行研究，對該段管路的進行了第三方破壞，腐蝕與泄漏，火災與爆炸的綜合性的風險評估，之后把該分段的評估數值加到一起，得出一個完整的風險評估結果。不但確定了管道存在風險的位置，并且為管道安全運行提供便捷的管理與可靠的依據。

長距離天然氣輸送管道的完整性評估與管理是可持續發展的研究課題項目，需要廣大學者與研究人員的共同努力，要不斷的更新失效管道事故的數據庫，相關的規章制度也應該趨于完善，管道在運行當中各個細節部分也要求工作人員嚴格注意，要及時的進行維護與預防。