基于提質(zhì)增效目標(biāo)的管道環(huán)焊縫修復(fù)管控方法研究

吳 超， 陳曉紅， 宮 明， 劉 陽， 段群星

(1.國家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道科技研究中心， 河北 廊坊 065000； 2. 中石油運(yùn)輸有限公司財(cái)務(wù)處， 河北 廊坊 065000；3.國家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司， 河北 廊坊 065000)

國家管網(wǎng)公司成立后，重組中石油、中石化、中海油等旗下管道及部分LNG接收站、地下儲氣庫等資產(chǎn)，承接油氣干線管網(wǎng)投資建設(shè)業(yè)務(wù)，對于促進(jìn)油氣管道行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，提高國家能源安全，更好為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展服務(wù)具有重大意義和深遠(yuǎn)影響[1]。公司組建初期，機(jī)構(gòu)改革尚未完成，資產(chǎn)創(chuàng)效能力和管理精細(xì)化有待提高。在這樣的背景下需要立足問題導(dǎo)向，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變觀念、深化改革，提升管理水平和競爭能力。

近10年國內(nèi)共發(fā)生管道泄漏事故370余起，重特大事故4起，直接經(jīng)濟(jì)損失100億元，重大環(huán)境污染10次，其中多次發(fā)生管道環(huán)焊縫缺陷引起的管道泄漏爆炸事故，引起嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失及環(huán)境破壞。為此，國務(wù)院安委辦、國家管網(wǎng)公司先后要求對已建管道環(huán)焊縫質(zhì)量進(jìn)行排查及隱患治理[2-3]。此項(xiàng)工作面臨兩方面問題：一是環(huán)焊縫排查處置工作量大，現(xiàn)有管理能力難以完成，需要測算管輸企業(yè)環(huán)焊縫修復(fù)工作能力，識別制約能力的關(guān)鍵因素并提出應(yīng)對策略，提高修復(fù)效率；二是對于此類以安全為主要目的的專項(xiàng)工作，其經(jīng)濟(jì)效益尚無量化評價(jià)方法，為投資決策帶來困難。為解決上述問題，開展管道環(huán)焊縫缺陷修復(fù)管理水平提升及安全效益分析，為管輸企業(yè)環(huán)焊縫缺陷修復(fù)能力提高以及安全管理決策提供有效的實(shí)施方法與管理工具。

1 管輸企業(yè)環(huán)焊縫修復(fù)工作能力模型

1.1 管道環(huán)焊縫缺陷修復(fù)作業(yè)流程

根據(jù)《油氣管道管體缺陷修復(fù)技術(shù)規(guī)范》，管道環(huán)焊縫缺陷修復(fù)流程主要包括缺陷評價(jià)、缺陷定位、現(xiàn)場開挖、缺陷修復(fù)及回填等13個(gè)步驟，環(huán)焊縫缺陷修復(fù)作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 環(huán)焊縫缺陷修復(fù)作業(yè)流程

目前國家管網(wǎng)公司實(shí)行區(qū)域化管理，為了便于分析各區(qū)域公司環(huán)焊縫修復(fù)制約因素，現(xiàn)將作業(yè)流程分為4個(gè)階段：①前期階段主要包括缺陷評價(jià)、制定修復(fù)方案、外協(xié)選商及合同簽訂；②驗(yàn)證階段主要包括現(xiàn)場勘察、施工協(xié)調(diào)、現(xiàn)場開挖、檢測及評價(jià)；③修復(fù)階段主要包括設(shè)備采購，工藝焊接，修復(fù)檢測等；④恢復(fù)階段主要包括防腐修復(fù)、作業(yè)坑回填及交工資料[4]。

1.2 最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間

在環(huán)焊縫缺陷修復(fù)流程要面臨多種不確定因素，決策隨機(jī)變量多，不同地區(qū)、不同地質(zhì)、不同管理能力都將影響修復(fù)效率。因此，對于這類工作流程應(yīng)當(dāng)列出可能影響修復(fù)時(shí)間的各種客觀狀況，估計(jì)各種客觀狀況下的可能結(jié)果，按照各種客觀狀況下計(jì)算平均時(shí)間，作為綜合評價(jià)和權(quán)衡環(huán)焊縫缺陷修復(fù)方案最優(yōu)效果的標(biāo)準(zhǔn)[5]。

在環(huán)焊縫缺陷修復(fù)4個(gè)階段中，前期階段按照流程時(shí)間較為固定，驗(yàn)證、修復(fù)及恢復(fù)階段受不同公司工作效率、地質(zhì)條件、施工單位效率等多因素影響，因此根據(jù)各地區(qū)公司近一年的環(huán)焊縫修復(fù)工期樣本建立數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫中找到最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

由于各地區(qū)公司所面臨的環(huán)境、工作效率不同，必然會存在小概率的異常時(shí)間數(shù)據(jù)，大概率的時(shí)間數(shù)據(jù)會接近平均值。環(huán)焊縫缺陷修復(fù)數(shù)據(jù)庫通過高斯數(shù)學(xué)模型選取大概率區(qū)間的時(shí)間值作為數(shù)據(jù)采樣的有效值，再計(jì)算其平均值作為最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，這種方法能有效地減少小概率、強(qiáng)干擾對整體數(shù)據(jù)的影響，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[4,6]。

環(huán)焊縫缺陷修復(fù)所用時(shí)間服從(0,σ2)的高斯分布，其概率密度函數(shù)為

(1)

建立環(huán)焊縫缺陷修復(fù)最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間模型為

(2)

式中：T表示最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；Ti表示前期階段所用時(shí)間。

1.3 環(huán)焊縫修復(fù)分析模型及實(shí)例計(jì)算

管道環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力主要分兩個(gè)方面，一是自身管理水平，二是外界客觀影響因素，主要包括施工條件、土質(zhì)條件、內(nèi)檢測情況等[7-8]。

實(shí)際環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力應(yīng)該由分公司最大開挖修復(fù)能力(理想能力)和環(huán)焊縫修復(fù)各個(gè)客觀影響因素共同構(gòu)成，綜合考慮影響因素，構(gòu)建計(jì)算模型，實(shí)際環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力=理想環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力(數(shù)量)×各環(huán)節(jié)客觀因素影響(折減系數(shù))[4]，建立環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力計(jì)算模型：

(3)

式中：W為管輸企業(yè)環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力；Wa為各分公司環(huán)焊縫實(shí)際開挖修復(fù)能力；Wi為分公司理想環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力；tk為各階段所用的最優(yōu)時(shí)間；T為環(huán)焊縫修復(fù)全過程所用時(shí)間；Tk為各階段所用的實(shí)際時(shí)間。

在計(jì)算國家管網(wǎng)某地區(qū)公司環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力過程中，首先依據(jù)地區(qū)公司各分公司的人員配備及監(jiān)護(hù)能力來確定其理想狀態(tài)下的修復(fù)能力。然后根據(jù)最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間模型得到地區(qū)公司環(huán)焊縫開挖修復(fù)每個(gè)階段的平均最優(yōu)時(shí)間。根據(jù)2020年分公司各時(shí)間節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)確定其各階段的折減系數(shù)，最后按照管道環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力模型得到各分公司環(huán)焊縫開挖修復(fù)能力。分公司修復(fù)能力統(tǒng)計(jì)計(jì)算表見表1。

表1 分公司修復(fù)能力統(tǒng)計(jì)計(jì)算表

1.4 制約因素分析及對策建議

1)監(jiān)護(hù)人員力量不足。各分公司管理人員有限是制約環(huán)焊縫修復(fù)能力最主要因素。建議各分公司對環(huán)焊縫修復(fù)工作高度重視，增加人員力量并在修復(fù)過程中進(jìn)一步加強(qiáng)對施工質(zhì)量及時(shí)間的把控。

2)審批流程相對煩瑣。在環(huán)焊縫缺陷修復(fù)過程中，個(gè)別分公司合規(guī)審批流程較多，占用了較長的時(shí)間。建議相關(guān)部門在保證合法合規(guī)的前提下，研究制定專項(xiàng)工作流程，縮短各環(huán)節(jié)審批時(shí)間，保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。

3)工作銜接效率較低。從模型及表1中看出多家分公司各工序環(huán)節(jié)折減系數(shù)不大，但環(huán)焊縫缺陷修復(fù)工序較多，關(guān)鍵工序銜接效率較低。建議相關(guān)部門對土地賠償、套筒焊接等關(guān)鍵工序進(jìn)行實(shí)時(shí)督導(dǎo)，并及時(shí)與檢測單位、施工單位、監(jiān)理單位協(xié)調(diào)，保證工程質(zhì)量及安全。

4)檢測力量相對薄弱。從模型及表1中看出檢測工序折減系數(shù)較大，究其原因是因?yàn)闄z測單位力量相對較弱，多家分公司施工存在開挖完待檢測狀態(tài)。建議增加符合資質(zhì)檢測企業(yè)入圍，各分公司積極對接，提高工程施工效率及質(zhì)量。

2 管道環(huán)焊縫修復(fù)安全效益

2.1 管道環(huán)焊縫修復(fù)安全效益指標(biāo)

管道環(huán)焊縫修復(fù)的安全效益主要在生命與健康、自然環(huán)境和社會環(huán)境的安全與安定上[9]。管道環(huán)焊縫事故損失一般可以從以下4個(gè)方面考慮：

1)直接經(jīng)濟(jì)損失：即管道事故后的直接財(cái)產(chǎn)損失C。

2)生命損失：即生命損失風(fēng)險(xiǎn)的度量，一般可用事故造成的人身傷亡數(shù)n表示。

3)環(huán)境損失：管道事故泄漏的油氣造成的長期環(huán)境損害，一般用殘留溢出物體積V表示。

4)停產(chǎn)(減產(chǎn))損失：管道事故后由于未能正常生產(chǎn)造成的損失S，其中包括照付不議等貿(mào)易損失。

管道事故發(fā)生后，給企業(yè)帶來多方面的經(jīng)濟(jì)損失。直接經(jīng)濟(jì)損失很容易統(tǒng)計(jì)出來，包括財(cái)產(chǎn)損失價(jià)值、人身傷亡支出費(fèi)用及善后處理費(fèi)用；間接經(jīng)濟(jì)損失比較隱蔽包括停產(chǎn)(減產(chǎn))損失價(jià)值、處理環(huán)境污染費(fèi)用、資源損失價(jià)值及其他費(fèi)用，鑒于間接經(jīng)濟(jì)損失很難被直接統(tǒng)計(jì)出來，一般由直接經(jīng)濟(jì)損失推算出間接經(jīng)濟(jì)損失。美國安全專家海因里希通過統(tǒng)計(jì)上萬起事故經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)分析得到直接經(jīng)濟(jì)損失與間接經(jīng)濟(jì)損失的比例為1∶4，這一結(jié)論作為評估各國事故經(jīng)濟(jì)損失的依據(jù)[10]。

由此，管道環(huán)焊縫修復(fù)安全效益由直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益兩部分組成，直接經(jīng)濟(jì)效益是指修復(fù)后減少的損失，其中包括減少的直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失，間接經(jīng)濟(jì)效益主要指增加的社會安全及企業(yè)榮譽(yù)等[11]。由此管道環(huán)焊縫修復(fù)安全經(jīng)濟(jì)效益可以表示為

(4)

式中：Et為環(huán)焊縫修復(fù)總經(jīng)濟(jì)效益；Ed為直接經(jīng)濟(jì)效益；Ei為間接經(jīng)濟(jì)效益；D為環(huán)焊縫修復(fù)周期事故減少的損失；C為系統(tǒng)安全投入。

環(huán)焊縫修復(fù)周期內(nèi)事故損失減少額是指當(dāng)安全投入后，事故損失額與安全投入前同期事故損失額之差，即

(5)

式中：T為環(huán)焊縫修復(fù)處壽命周期；t為管道運(yùn)行時(shí)間；X(t)為安全投入前事故損失函數(shù)；Y(t)為安全投入后事故損失函數(shù)；L-u為連續(xù)貼現(xiàn)函數(shù)。

2.2 管道環(huán)焊縫修復(fù)安全效益模型

企業(yè)或者某項(xiàng)特定工作的安全效益主要是指直接安全經(jīng)濟(jì)效益，因此一般工業(yè)生產(chǎn)安全效益可表示為

(6)

式中：L1(t)為實(shí)施后的事故損失函數(shù)；L0(t)為實(shí)施前的事故損失函數(shù)；h為壽命周期(年)；t為服務(wù)時(shí)間；I(t)為實(shí)施后的生產(chǎn)增值函數(shù)；i為貼現(xiàn)率(期內(nèi)利息率)；eit為連續(xù)貼現(xiàn)函數(shù)；C0為安全工程設(shè)施的建造投資(成本)；C(t)為安全工程項(xiàng)目的運(yùn)行成本函數(shù)[12]。

管道環(huán)焊縫修復(fù)項(xiàng)目屬于一次性投資，項(xiàng)目運(yùn)行成本可以忽略不計(jì)，所以環(huán)焊縫缺陷修復(fù)安全效益模型可以表示為

(7)

根據(jù)工業(yè)事故概率的泊松分布特性，在一般工程措施的壽命期內(nèi)，事故損失L(t)、安全運(yùn)行成本C(t)以及安全的增值效果I(t)與時(shí)間均呈線性關(guān)系。即有L(t)=λtVL，I(t)=ktVI[13]，其中，λ為事故發(fā)生率，次/年；VL為一次事故的平均損失價(jià)值，萬元；k為安全生產(chǎn)增值貢獻(xiàn)率，%；VI為單位時(shí)間平均生產(chǎn)產(chǎn)值，萬元/年。這樣式(7)就變?yōu)?/p>

(8)

對式(8)進(jìn)行積分最終得到管道環(huán)焊縫安全效益計(jì)算公式為

(9)

2.3 安全效益實(shí)例測算

根據(jù)美國安全專家海因里希用概率法對55萬起安全事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，提出著名的1∶29∶300法則，也稱為冰山理論，即安全事件的隱患、風(fēng)險(xiǎn)和事故比例為1∶29∶300[14]。

下面以國家管網(wǎng)某地區(qū)公司為例進(jìn)行實(shí)例測算，國家管網(wǎng)某地區(qū)公司共排查環(huán)焊縫約96萬道焊口，經(jīng)排查需要開挖21 493道，2020年國家管網(wǎng)某地區(qū)公司環(huán)焊縫開挖焊口2 796道，剩余焊口18 697道，費(fèi)用支出共計(jì)15 425萬元，管道環(huán)焊縫投資有效期為30年(與管道運(yùn)行年限相同)，資金利率考慮LPR5年期利率4.85%，根據(jù)《國內(nèi)油氣管道事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析》，近10年國內(nèi)管道事故平均一次經(jīng)濟(jì)損失約為1 130萬元(包括直接經(jīng)濟(jì)損失及非直接經(jīng)濟(jì)損失)。

這樣國家管網(wǎng)某地區(qū)公司2020年環(huán)焊縫排查修復(fù)安全效益為

(10)

13.24>1。

國家管網(wǎng)某地區(qū)公司環(huán)焊縫修復(fù)安全效益值為13.24，大于1。說明公司環(huán)焊縫投資項(xiàng)目的安全效益非常顯著，建議此公司加大環(huán)焊縫修復(fù)投資力度，提高公司安全管理水平。

3 結(jié)語

本文為管輸企業(yè)投資管理水平提升、環(huán)焊縫缺陷修復(fù)能力提高及安全管理提供了有效的實(shí)施方法與管理工具。具體包括：

1)提升環(huán)焊縫修復(fù)能力。行業(yè)內(nèi)首次提出管道環(huán)焊縫修復(fù)最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間概念，利用高斯函數(shù)對環(huán)焊縫各工程階段進(jìn)行分析研究，提高了最優(yōu)期望標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間精度。首次構(gòu)建管輸企業(yè)環(huán)焊縫缺陷修復(fù)能力模型及修復(fù)能力測算方法，識別制約地區(qū)公司環(huán)焊縫修復(fù)工作進(jìn)度的主要因素并提出對策建議，有效提高地區(qū)公司環(huán)焊縫缺陷修復(fù)的工作效率。

2)提高投資計(jì)劃準(zhǔn)確率。量化了全過程進(jìn)度指標(biāo)，結(jié)合項(xiàng)目情況特點(diǎn)，分析工程進(jìn)度和投資計(jì)劃情況，解決了單指標(biāo)投資計(jì)劃局限性的問題，有效提高了公司投資計(jì)劃工作準(zhǔn)確率。

3)安全投資效益量化決策。建立環(huán)焊縫修復(fù)安全效益計(jì)算方法，計(jì)算出環(huán)焊縫修復(fù)專項(xiàng)工作對地區(qū)公司經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)值，從經(jīng)濟(jì)效益的角度，說明環(huán)焊縫修復(fù)專項(xiàng)工作對地區(qū)公司生產(chǎn)的“增值”作用及保障作用，為國家管網(wǎng)各地區(qū)公司投資決策提供支撐。