長輸油氣管道運(yùn)維中存在的問題分析及建議

蔣林林,那驥宇,周 冰,2,蘇碧煌,2,李愛貴

1.中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司,天津 300451

2.CNPC石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-涂層材料與保溫結(jié)構(gòu)研究室,天津 300451

油氣管道的運(yùn)行狀況直接影響到油氣資源的安全生產(chǎn)，一旦發(fā)生泄漏事故，就會引發(fā)嚴(yán)重災(zāi)害和環(huán)境污染，給國家和人民的生命財產(chǎn)造成損失。油氣管道在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用，隨著科技的發(fā)展，管道完整性管理已經(jīng)成為全球管道技術(shù)發(fā)展的重要手段[1]。國內(nèi)從21世紀(jì)初期開始系統(tǒng)地探索管道完整性管理技術(shù)[2]，借助信息化手段，并與企業(yè)風(fēng)險管控業(yè)務(wù)融合，搭建了管道完整性管理平臺，為企業(yè)安全生產(chǎn)、降本增效提供了支持[3]。據(jù)2017年統(tǒng)計(jì)，我國長輸油氣管道總長度僅次于油氣能源大國美國和俄羅斯，位居世界第三，到2025年長度將達(dá)到2.4×105km[4]。伴隨著管道發(fā)展和科技進(jìn)步，長輸油氣管道向大口徑、高鋼級、長距離的趨勢發(fā)展[5]。隨著新建管道的迅猛增長和大量在役管道進(jìn)入服役后期，新老管道均處于事故“浴盆曲線[6]”的多發(fā)期。統(tǒng)計(jì)分析我國的管道事故，腐蝕、第三方破壞、操作不當(dāng)、設(shè)計(jì)問題是管道失效的主要原因[7]。對油氣管道開展完整性管理工作，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)險并進(jìn)行治理是預(yù)防減少突發(fā)安全事故的有效方式。

在開展管道完整性管理工作中，發(fā)現(xiàn)在油氣管道的運(yùn)行、維護(hù)中存在許多問題，影響到管道的安全運(yùn)行，針對這些問題，從管道防腐蝕控制、避免第三方破壞、建設(shè)期間質(zhì)量控制、承包商管理、管道保護(hù)宣傳等方面分析了出現(xiàn)問題的原因，提出了相應(yīng)的建議對策，旨在為管道建設(shè)、運(yùn)維管理提供參考，提高管道運(yùn)行的安全性。

1 防腐蝕控制

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，油氣管道的破壞原因中腐蝕占43.6%[8]。埋地長輸管道的腐蝕多以外腐蝕為主，大面積均勻腐蝕的情況較為少見，多表現(xiàn)為局部腐蝕和點(diǎn)蝕兩種[9]。外防護(hù)涂層和陰極保護(hù)是在役油氣管道控制腐蝕的主要措施。涂層是防腐蝕的第一道防線，完好的涂層可提供99%的保護(hù)，而剩余的1%則由陰極保護(hù)提供[10]。目前投產(chǎn)和在建的管道，均采用防腐蝕涂層和陰極保護(hù)的方式控制管道的外腐蝕。

1.1 防腐層質(zhì)量控制

防腐層質(zhì)量控制包括防腐層選型、預(yù)制質(zhì)量控制、運(yùn)行期間的維護(hù)。防腐層選擇和考察的主要指標(biāo)包括良好的附著力、抗沖擊性能、耐陰極剝離、耐滲透及耐化學(xué)介質(zhì)性能，溫度適用范圍，易于補(bǔ)口、補(bǔ)傷等[11]。設(shè)計(jì)階段防腐層選型不當(dāng)、預(yù)制過程質(zhì)量達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求以及不注意運(yùn)行期間的維護(hù)，都將直接影響防腐層的防護(hù)效果，導(dǎo)致防腐層失效，造成管體腐蝕。某管道3PE防腐層因預(yù)制質(zhì)量及超溫運(yùn)行造成如圖1所示的防腐層不規(guī)則開裂，環(huán)氧粉末層鼓包，管體腐蝕造成厚度14.00 mm的管壁減薄至8.45 mm，嚴(yán)重影響管道的安全運(yùn)行，業(yè)主單位及時組織開展了管體補(bǔ)強(qiáng)才使管道得以安全運(yùn)行。

圖1 3PE防腐層開裂失效

1.2 陰極保護(hù)電位測試

早期采用犧牲陽極方式進(jìn)行陰極保護(hù)的管道，測試樁中的犧牲陽極電纜與管道陰極電纜未連接，跨接片丟失（如圖2所示），電位測試人員技術(shù)水平參差不齊，許多電位測試人員將犧牲陽極電纜測得的電位誤認(rèn)為是管道陰極保護(hù)電位進(jìn)行上報，不能真實(shí)反映管道陰極保護(hù)狀況，導(dǎo)致整改措施不及時，管道長期處于陰極保護(hù)欠保護(hù)狀態(tài)，嚴(yán)重時造成管體腐蝕。

圖2 測試樁內(nèi)電纜連接情況

近年來投產(chǎn)或在建的長輸管道，大都采用強(qiáng)制電流方式進(jìn)行陰極保護(hù)，具有遠(yuǎn)傳功能的智能測試樁在許多地方得到推廣應(yīng)用。通過智能測試樁，可以隨時查看管道電位情況，及時發(fā)現(xiàn)電位異常并采取相關(guān)措施。然而，目前的智能測試樁，監(jiān)測的大都是管道通電電位，而判斷管道陰極保護(hù)電位是否處于有效保護(hù)范圍采用的參數(shù)是管道的極化電位（瞬時斷電電位），盡管通電電位和陰保極化電位有一定關(guān)系，也可以表征管道的保護(hù)狀況，但是通電電位不能真實(shí)反映管道的陰保狀況。目前，在恒電位儀不安裝中斷器的情況下，也有可以監(jiān)測測試樁位置斷電電位的儀器設(shè)備，但其在長輸管道上大范圍推廣還有很長距離。

1.3 站內(nèi)陰保與線路陰保的相互干擾問題

這類問題大部分是由于站場擴(kuò)建導(dǎo)致恒電位儀長效參比位置受到其他陰保系統(tǒng)陽極地床的影響，導(dǎo)致參比電位異常，造成管道陰保電位異常。鄯善某儲備庫站內(nèi)陰保系統(tǒng)與線路陰保系統(tǒng)曾出現(xiàn)過這一問題，導(dǎo)致線路陰保系統(tǒng)無法正常投運(yùn)。通過檢測排查，最終確認(rèn)是線路陰保系統(tǒng)長效參比埋設(shè)位置的問題，埋設(shè)位置地表電位受站內(nèi)陰保系統(tǒng)影響，導(dǎo)致參比電位異常。將線路陰保系統(tǒng)的長效參比設(shè)置在站外不受站內(nèi)陰保系統(tǒng)影響的位置，線路管道電位恢復(fù)正常。在西氣東輸三線管道檢測過程中，也出現(xiàn)過因?yàn)殚L效參比電極故障導(dǎo)致的電位異常問題。

1.4 陰保系統(tǒng)運(yùn)行異常

多數(shù)情況與恒電位儀設(shè)備本身存在的一些功能方面的問題無關(guān)，多由陰保系統(tǒng)其他方面的原因?qū)е?，例如恒電位儀接線是否正確，長效參比電極是否正常，埋設(shè)位置是否受到其他陰保系統(tǒng)陽極地床的影響。通過排查長效參比電極問題，可以快速解決大部分陰保電位異常的問題。

1.5 恒電位儀設(shè)備功能異常

在實(shí)施管道外腐蝕直接檢測評價中發(fā)現(xiàn)，許多陰保間的恒電位儀在一些功能方面都存在問題，可以維持陰保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但在開展管道密間隔電位檢測時，存在安裝中斷器后恒電位儀無法正常運(yùn)行的問題。陰保間一般設(shè)置兩臺恒電位儀，一用一備，檢查中發(fā)現(xiàn)存在兩臺恒電位儀都不能完全正常運(yùn)行的情況，僅僅是維持陰保系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)，應(yīng)對突發(fā)故障風(fēng)險的能力低。

1.6 制度相關(guān)問題

在管道陰保日常運(yùn)行管理中，受制度限制，過分相信站控室采集到的監(jiān)控數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性缺乏驗(yàn)證，只要站控顯示采集到的陰保電位數(shù)據(jù)在正常范圍，技術(shù)人員就認(rèn)為管道處于陰極保護(hù)有效保護(hù)范圍。

2 避免第三方破壞

統(tǒng)計(jì)表明，第三方破壞已成為管道失效的主要形式[12-13]。管道巡線是避免發(fā)生第三方破壞簡單易行的有效手段。巡線可有效降低/減少第三方損壞，能夠發(fā)現(xiàn)管道是否有泄漏、沿線的地貌變化、管道附屬設(shè)施的完好性、沿線管道占壓、周邊社會活動以及有可能危及管道的施工活動。管道運(yùn)維單位一般委托第三方或雇用周邊居民開展此項(xiàng)工作，盡管可以利用GPS對巡線人員是否到達(dá)測試樁進(jìn)行監(jiān)督，但是不夠細(xì)致，巡線人員一般沿管道伴行路采用動力工具方式巡線，可以及時發(fā)現(xiàn)沿途的施工狀況，但是有些管段不適合動力工具通過，夏季管道上方的雜草遮擋，管道上方因?yàn)榛靥钯|(zhì)量、自然因素導(dǎo)致的沉降、塌陷、露管現(xiàn)象不能及時發(fā)現(xiàn)，影響管道的安全運(yùn)行。

3 建設(shè)期間質(zhì)量控制

在管道外腐蝕檢測評價開挖驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)，檢測過程中所發(fā)現(xiàn)的防腐層破損，其破損原因絕大部分是建設(shè)過程中對管道外防腐層的機(jī)械破壞，表現(xiàn)為防腐層由于石塊等硬物砸傷、磕傷的小面積破損（如圖3所示），挖掘機(jī)造成的狹長線形劃傷有些長達(dá)4～5 m（如圖4所示），甚至對管體金屬也造成了損傷，還有部分是因?yàn)榉栏a(bǔ)口失效或未進(jìn)行防腐補(bǔ)口導(dǎo)致（如圖5所示）。對于挖掘機(jī)造成的防腐層劃傷，在開挖驗(yàn)證中遇到過設(shè)計(jì)壁厚僅7.0 mm，而腐蝕坑深達(dá)5.0 mm的情況（如圖6所示），嚴(yán)重危及管道的安全運(yùn)行，該管道業(yè)主單位及時組織采取了補(bǔ)強(qiáng)措施，確保了管道的安全運(yùn)行。

圖3 硬物砸傷、磕傷的小面積破損

圖4 挖掘機(jī)造成的防腐層機(jī)械劃傷

圖5 防腐層未補(bǔ)口

圖6 設(shè)計(jì)壁厚7.0 mm腐蝕坑深5.0 mm的管體

4 管道檢測承包商管理

目前從事管道外腐蝕直接檢測評價的檢測單位很多，技術(shù)力量方面相差不大，但是針對檢測工作的態(tài)度差別較大，這與目前管道檢測行業(yè)低價中標(biāo)的現(xiàn)象有一定關(guān)系。在節(jié)能降耗的大形勢下，業(yè)主總希望用最少的資金完成更多的工作量；檢測單位為了中標(biāo)而報價較低，導(dǎo)致后期編造數(shù)據(jù)的現(xiàn)象時有發(fā)生。國內(nèi)也出現(xiàn)過剛檢測、評價完好的管道就發(fā)生腐蝕泄漏安全事故的案例。在對同一段管道開展的定期外腐蝕檢測中發(fā)現(xiàn)，第二次開展外防腐層檢測檢出的防腐層破損點(diǎn)數(shù)量是首次檢測檢出數(shù)量的4倍，開挖檢測發(fā)現(xiàn)，防腐層破損點(diǎn)均是施工過程中導(dǎo)致的防腐層機(jī)械損傷，而且劃傷長度較大，從這方面來看，第一次檢測數(shù)據(jù)是很不準(zhǔn)確的，可信度較低。故加強(qiáng)檢測承包商管理對確保檢測質(zhì)量具有重要作用。

5 管道保護(hù)宣傳

在檢測過程中發(fā)現(xiàn)，檢測中遇到管道經(jīng)過農(nóng)田時，如果管道上方出現(xiàn)塌陷坑，農(nóng)戶會向檢測人員反映情況，希望上報相關(guān)部門進(jìn)行治理。盡管管道沿線的百米樁上有聯(lián)系電話，但農(nóng)戶很少通過電話主動反映情況，說明管道保護(hù)宣傳力度還需要提高，機(jī)制制度需要健全。

6 建議

針對上述問題，提出如下建議。

（1）增加管道巡線投入，細(xì)化管道巡線工作，構(gòu)建形式多樣的管道巡護(hù)保障體系。將巡線管段進(jìn)行細(xì)分，對轄區(qū)范圍內(nèi)的所有管道采用徒步和行車交叉進(jìn)行的方式落實(shí)管道巡線，尤其是無伴行路人跡罕至的區(qū)段，及時發(fā)現(xiàn)管道上方出現(xiàn)的沉降、塌陷及露管現(xiàn)象，采取整改措施，排除管道運(yùn)行的安全隱患。同時，定期組織巡線人員開展培訓(xùn)教育，完善激勵機(jī)制，強(qiáng)化責(zé)任意識，在有條件的情況下增加無人機(jī)巡線。

（2）加強(qiáng)線路陰保電位測試和站場陰保系統(tǒng)運(yùn)維人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高技術(shù)水平。將沿線陰保電位測試工作委托專業(yè)的檢測公司來開展，或者加強(qiáng)培訓(xùn)，提高檢測人員的技術(shù)水平，使測試數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映管道電位情況，為管道運(yùn)維管理提供決策依據(jù)。站場陰保系統(tǒng)運(yùn)維人員應(yīng)具備排查系統(tǒng)故障的基本能力。

（3）加強(qiáng)管道防腐預(yù)制及建設(shè)期間的質(zhì)量控制。管道防腐預(yù)制階段，可采取駐場監(jiān)造的方式把控防腐層預(yù)制質(zhì)量。管道建設(shè)期間，嚴(yán)格防腐管的現(xiàn)場接收，強(qiáng)化管道施工過程管控，防腐層破損點(diǎn)絕大部分是在施工過程中不注意防腐層保護(hù)造成的。將外防腐層檢測作為管道工程竣工驗(yàn)收的內(nèi)容，可以督促施工單位文明施工，有效降低運(yùn)行單位的運(yùn)維成本，同時大大降低管道運(yùn)行的安全風(fēng)險。

（4）加強(qiáng)項(xiàng)目及承包商管理。一方面改變服務(wù)項(xiàng)目低價中標(biāo)的采購方式，采用中間價或是其他評標(biāo)方式，保證業(yè)主及承包商雙方的利益；另一方面嚴(yán)格承包商選商制度，建立承包商信譽(yù)檔案，選擇技術(shù)水平先進(jìn)、服務(wù)質(zhì)量可靠的承包商，保證項(xiàng)目質(zhì)量。

（5）嚴(yán)格落實(shí)管道附近動土施工相關(guān)規(guī)定。對于可能危及管道安全運(yùn)行的動土施工作業(yè)，要嚴(yán)格履行相關(guān)管理辦法，例如管道路由埋深確認(rèn)，管道埋深會受到周邊環(huán)境變化的影響，不能因?yàn)橛袣v史數(shù)據(jù)就省去該項(xiàng)工作內(nèi)容，之前就出現(xiàn)過單純依據(jù)歷史數(shù)據(jù)在管道上方進(jìn)行機(jī)械挖掘動土作業(yè)，導(dǎo)致管道損壞發(fā)生泄漏的安全事故。

（6）加大管道保護(hù)宣傳力度。深入群眾積極宣傳與管道保護(hù)相關(guān)的法律法規(guī)，增強(qiáng)地方政府部門、人民群眾保護(hù)管道的意識，規(guī)避管道占壓現(xiàn)象，有效減少管道安全突發(fā)事故造成的環(huán)境污染和生命財產(chǎn)損失。