油氣管道工程建設(shè)期完整性管理研究

代炳濤，趙嘉玲，韓明一，范衛(wèi)潮，王小斌

1.廊坊中油朗威工程項(xiàng)目管理有限公司，河北廊坊065000

2.四川省南充市圖書館，四川南充 637000

據(jù)統(tǒng)計(jì)到2035年全球天然氣需求總量將占全球能源需求的25%[1-2]。管道作為天然氣的主要運(yùn)輸手段在我國的建設(shè)里程不斷增加，根據(jù)《中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，到2025年我國天然氣管道總里程將達(dá)到16.3×104km，并形成“主干互聯(lián)、區(qū)域成網(wǎng)”的全國天然氣基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)[3]。

近年來，由于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行以及管理帶來的種種問題，油氣管道存在諸多安全隱患[4-5]。中緬天然氣管道等泄漏事故表明，事故通常并非由單一因素造成，而是由系統(tǒng)性問題造成的，對(duì)于有明顯癥狀（設(shè)計(jì)不合理、焊材和工藝不匹配、焊接工藝施工適用性、過程控制、黑口、假片等問題）的安全隱患可以通過排查發(fā)現(xiàn)，對(duì)于沒有明顯癥狀的安全隱患，需要通過持續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和分析，找出風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，通過制定消減措施，運(yùn)行過程中加強(qiáng)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，將風(fēng)險(xiǎn)控制在合理、可接受范圍內(nèi)。管道完整性管理既是一種方法，也是一種行之有效的安全保障體系。

目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)管道完整性管理的研究主要集中在運(yùn)營期的數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)及效能評(píng)價(jià)等方面[6-17]，而針對(duì)建設(shè)期的管道完整性管理研究比較少，為此結(jié)合管道環(huán)焊縫排查項(xiàng)目和管道建設(shè)期完整性管理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)建設(shè)期管道完整性管理的重要性進(jìn)行分析，并以問題為導(dǎo)向，研究建設(shè)期管道完整性管理主要工作和評(píng)估內(nèi)容。

1 管道環(huán)焊縫焊口排查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1.1 工程資料復(fù)核

對(duì)某天然氣管道線路158 813道焊口進(jìn)行工程資料復(fù)核，發(fā)現(xiàn)存在資料問題焊口10 953道，見表1。其中焊口號(hào)不一致4 694道、未按指令檢測(cè)5 083道、無檢測(cè)報(bào)告680道、無施工記錄339道、施工焊口號(hào)重復(fù)4道、竣工資料問題153道。

表1 某天然氣管道工程項(xiàng)目資料排查問題歸類統(tǒng)計(jì)

1.2 環(huán)焊縫底片復(fù)核

管道環(huán)焊縫底片核查焊口229 272道，共發(fā)現(xiàn)疑似問題焊口 607道，見表2。其中建議割口3道，返修37道，需復(fù)拍驗(yàn)證68道，建議質(zhì)量關(guān)注429道，組對(duì)不合格70道。

表2 某天然氣管道工程管道環(huán)焊縫底片復(fù)核統(tǒng)計(jì)

從環(huán)焊縫排查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，建設(shè)期管道問題比較突出，如管道設(shè)計(jì)不合理、焊接工藝的適用性、過程控制、管理問題（黑口）等。因此，急需從管道全生命完整性管理角度出發(fā)，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等工作，以保證運(yùn)營期間管道的本質(zhì)安全。

2 管道建設(shè)期完整性管理主要任務(wù)

2.1 建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和體系文件

ASME B318S《天然氣管道完整性管理系統(tǒng)》、美國石油學(xué)會(huì)API 160《危險(xiǎn)液體管道完整性管理系統(tǒng)》、BS 8010《管道的使用規(guī)程陸上管道：設(shè)計(jì)、制造和安裝》等國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了開展管道完整性管理的原則以及設(shè)計(jì)、材料和施工等技術(shù)要求，要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮管道路由經(jīng)過的地區(qū)等級(jí)，提出“基于風(fēng)險(xiǎn)”的管理方法，并明確了建設(shè)期管道完整性管理的要求和變更程序[18-23]。目前，我國尚未建立系統(tǒng)的管道建設(shè)期管道完整性管理標(biāo)準(zhǔn)和體系文件，應(yīng)在參考國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國特點(diǎn)，開展符合國內(nèi)實(shí)際情況的管道完整性管理標(biāo)準(zhǔn)和體系文件的建立，為油氣管道建設(shè)期間實(shí)施完整性管理提供重要依據(jù)。

2.2 建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

開展管道完整性管理要以數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性為基礎(chǔ)，其中包括數(shù)據(jù)的采集、整合和利用等一系列環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性制約著后續(xù)高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)結(jié)果和運(yùn)行維護(hù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

建設(shè)期數(shù)據(jù)采集的主要任務(wù)是建立以質(zhì)量追蹤為主線的建設(shè)期數(shù)據(jù)，例如通過焊縫編號(hào)、鋼管號(hào)、鋼卷號(hào)和爐批號(hào)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可對(duì)整個(gè)鋼管的生產(chǎn)過程進(jìn)行追蹤。建設(shè)期采集的主要數(shù)據(jù)包括：基礎(chǔ)地理、管道設(shè)計(jì)、管道風(fēng)險(xiǎn)、中心線、陰極保護(hù)、管道設(shè)施、第三方設(shè)施、應(yīng)急管理等；數(shù)據(jù)采集按照“誰產(chǎn)生、誰錄入”的原則進(jìn)行采集。通過管道完整性管理信息系統(tǒng)，對(duì)建設(shè)期設(shè)計(jì)、采辦和施工數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和利用，建立準(zhǔn)確完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為管道的運(yùn)行和維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.3 安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

建設(shè)期管道完整性管理的核心是對(duì)建設(shè)過程中的缺陷及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和控制，并考慮運(yùn)行過程中的安全維護(hù)需求，由此可知在建設(shè)期開展完整性管理必須要充分識(shí)別安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，并據(jù)此制訂相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

2.3.1 設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制

在管道設(shè)計(jì)階段，由于設(shè)計(jì)勘察缺陷、人員失誤等原因?qū)е略O(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生，如在管道穿越高后果等特殊地區(qū)，由于防護(hù)設(shè)計(jì)不當(dāng)或者場(chǎng)站工藝設(shè)計(jì)不合理留下潛在隱患。因此，必須從設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制入手，對(duì)可能性操作及危險(xiǎn)性操作進(jìn)行分析，并按照管道運(yùn)行操作原則，對(duì)管道設(shè)計(jì)進(jìn)行整體性評(píng)估，對(duì)設(shè)計(jì)的符合性進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，從而確保管道項(xiàng)目設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全。

2.3.2 管材缺陷風(fēng)險(xiǎn)控制

材料使用風(fēng)險(xiǎn)主要包括：材料初始缺陷和材料安裝缺陷，初始缺陷是由管材制造、加工以及運(yùn)輸不當(dāng)造成的缺陷，安裝缺陷就是在管道安裝過程中，由于施工工藝、方法不當(dāng)?shù)仍蛩纬傻娜毕荨?/p>

2.3.3 施工風(fēng)險(xiǎn)

由于施工過程中人員、材料、設(shè)備、施工工藝和施工環(huán)境等因素，導(dǎo)致管道焊接、檢測(cè)、防腐、下溝回填、水工保護(hù)、陰保等過程產(chǎn)生不同施工缺陷，對(duì)后期管道運(yùn)行產(chǎn)生較大安全隱患。

2.3.4 第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)

第三方因素對(duì)管道系統(tǒng)產(chǎn)生的破壞行為。主要包括違章占?jí)喝細(xì)夤艿?、意外性的破壞行為、其他施工單位未進(jìn)行溝通違規(guī)施工、車輛通行碾壓損壞等。

3 管道建設(shè)期完整性管理主要工作

3.1 建設(shè)期數(shù)據(jù)采集、審核和移交

設(shè)計(jì)階段采集的數(shù)據(jù)主要包括：基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、可行性研究報(bào)告、專項(xiàng)評(píng)價(jià)報(bào)告、初步設(shè)計(jì)文件、施工圖設(shè)計(jì)文件、專項(xiàng)設(shè)計(jì)文件、數(shù)字化模型等，見表3。

表3 管道設(shè)計(jì)階段完整性管理數(shù)據(jù)采集清單

施工階段采集的數(shù)據(jù)見表4。

表4 管道施工階段完整性管理數(shù)據(jù)采集清單

3.2 建設(shè)期管道高后果區(qū)識(shí)別

通過查閱資料、地圖和現(xiàn)場(chǎng)踏勘的方式，根據(jù)GB 32167《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》、QSY1180.2《管道完整性管理規(guī)范第二部分：高后果區(qū)識(shí)別》和GB 50251《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》確定高后果區(qū)的劃分和設(shè)計(jì)系數(shù)選取，進(jìn)行管道的高后果區(qū)識(shí)別，根據(jù)高后果區(qū)識(shí)別結(jié)果優(yōu)化線路路由或施工方案，并提出消減措施。

3.3 建設(shè)期管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.3.1 設(shè)計(jì)階段管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

分析管道可能遭遇的危險(xiǎn)及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)因素，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和后果進(jìn)行估算，確定管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)化線路路由和站場(chǎng)選址，盡量避開高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)或采取消減措施。

設(shè)計(jì)階段基于管道完整管理應(yīng)做的安全分析主要包括：HAZOP分析、SIL評(píng)級(jí)、站場(chǎng)靜設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)RBI（Risk Based Inspection）、站場(chǎng)動(dòng)設(shè)備以可靠性為中心的維修RCM（Reliability-Centered Maintenance）。

3.3.2 施工階段管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

管道施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)主要是施工技術(shù)和自然災(zāi)害帶來的威脅，施工過程中出現(xiàn)的問題最多，也最為常見，施工過程中，由于管道在連頭處強(qiáng)度比較低，容易出現(xiàn)問題，如環(huán)焊縫質(zhì)量、施工強(qiáng)組對(duì)應(yīng)力集中等問題。分析并識(shí)別管道施工期間可能會(huì)遭遇的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)因素，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并將風(fēng)險(xiǎn)消減措施落實(shí)到施工組織設(shè)計(jì)和施工方案中。

3.4 建設(shè)期管道完整性管理評(píng)估

建設(shè)期管道完整性評(píng)估是指：從全生命完整性管理角度出發(fā)，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段由業(yè)主委托第三方采用檢查、檢測(cè)、復(fù)核、評(píng)估等手段開展建設(shè)過程中完整性管理評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決缺陷、隱患及問題，有效消減投產(chǎn)后的風(fēng)險(xiǎn)，確保運(yùn)行期的管道安全。

3.4.1 管體情況復(fù)核評(píng)估

管體情況復(fù)核評(píng)估主要包括：環(huán)焊縫無損檢測(cè)結(jié)果復(fù)評(píng)復(fù)核，分段水壓試驗(yàn)情況復(fù)核，清管、掃線、干燥、測(cè)徑情況復(fù)核，內(nèi)檢測(cè)復(fù)核評(píng)估，結(jié)構(gòu)完整性復(fù)核評(píng)估等。

3.4.2 管道防護(hù)設(shè)施及附屬設(shè)施復(fù)核評(píng)估

管道防護(hù)設(shè)施及附屬設(shè)施復(fù)核評(píng)估主要包括：防腐層檢漏、陰極保護(hù)效果測(cè)試，地災(zāi)防治工程、水工保護(hù)工程等設(shè)施的合理性。

3.4.3 外部環(huán)境復(fù)核評(píng)估

外部環(huán)境復(fù)核評(píng)估主要包括：現(xiàn)場(chǎng)占?jí)?、間距，與管道交叉、并行，穿跨越密閉空間及公共區(qū)域存在風(fēng)險(xiǎn)隱患，實(shí)際高后果區(qū)與設(shè)計(jì)施工階段高后果區(qū)識(shí)別結(jié)果的差異，設(shè)計(jì)階段管道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別評(píng)價(jià)結(jié)果（含安評(píng)、環(huán)評(píng)、地災(zāi)等評(píng)價(jià)報(bào)告）與實(shí)際的差異，設(shè)計(jì)階段管道路由、地區(qū)等級(jí)、設(shè)計(jì)系數(shù)等與實(shí)際的差異。

4 結(jié)束語

從對(duì)國內(nèi)某天然氣管道環(huán)焊縫焊口的排查結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，急需從全生命周期完整性管理角度出發(fā)，在建設(shè)期開展管道完整性管理工作，防控建設(shè)過程中出現(xiàn)的完整性問題。

管道建設(shè)期完整性管理主要任務(wù)：建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和體系文件，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和開展安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

管道建設(shè)期完整性管理工作主要內(nèi)容：數(shù)據(jù)采集和整合、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管道完整性評(píng)估等。