基于PHA理論的數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)在油氣輸送管道環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查中的應(yīng)用

摘 要：為精準(zhǔn)定位油氣輸送管道環(huán)焊縫質(zhì)量隱患，有效地開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖復(fù)檢和修復(fù)工作，管道建設(shè)期數(shù)據(jù)資料恢復(fù)和分析是排查前期最重要的工作內(nèi)容。該文針對(duì)廣東省管網(wǎng)公司管道環(huán)焊縫風(fēng)險(xiǎn)排查的工作實(shí)踐，對(duì)管道不同時(shí)期的多源數(shù)據(jù)對(duì)齊、一致性復(fù)核、底片復(fù)評(píng)等工作過(guò)程進(jìn)行分析和研究，總結(jié)在排查前期可結(jié)合預(yù)先危險(xiǎn)性分析的管理理念通過(guò)數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)提升油氣管道排查的有效性，為后續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)工作提供實(shí)施保障，進(jìn)而提升排查工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：環(huán)焊縫風(fēng)險(xiǎn)排查;完整性管理;大數(shù)據(jù); PHA理論;數(shù)據(jù)整合分析

中圖分類號(hào)：TE973.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）30-0176-05

Abstract： In order to accurately locate the hidden quality hazards of girth welds of oil and gas transmission pipelines and effectively carry out on-site excavation re-inspection and repair work， the recovery and analysis of data during the pipeline construction period is the most important work content in the early stage of investigation. Based on the work practice of pipeline girth weld risk investigation of Guangdong Province Pipeline Network Company， this paper analyzes and studies the working processes of multi-source data alignment， consistency review， and negative re-evaluation of pipelines in different periods. It is concluded that in the early stage of investigation， the management concept of pre-risk analysis can be combined to improve the effectiveness of oil and gas pipeline investigation through data integration analysis technology， providing implementation guarantee for subsequent on-site work， and thus improving the efficiency and economic benefits of the investigation work.

Keywords： girth weld risk investigation; integrity management; big data; PHA theory; data integration analysis

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，為確保人與自然的和諧可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家積極推進(jìn)“碳達(dá)峰碳中和”的能源改革，天然氣作為清潔能源的需求得以持續(xù)增長(zhǎng)，天然氣輸送管道管網(wǎng)的建設(shè)也在快速擴(kuò)張[1]。但是，近年來(lái)發(fā)生的中緬天然氣管道“7·2”、“6·10”事故以及泰青威天然氣管道“3·20”事故，對(duì)油氣輸氣管道的安全運(yùn)行敲響了警鐘，管道的風(fēng)險(xiǎn)管理也逐步提上日程，管網(wǎng)近年推行的完整性管理理念正是以預(yù)防為主，降低風(fēng)險(xiǎn)或者規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，做到提前預(yù)防，確保管道的安全運(yùn)輸[2]。

在近年數(shù)字改革的浪潮下，大數(shù)據(jù)帶來(lái)的信息效益逐步顯現(xiàn)，油氣管道的管理也緊跟時(shí)代的步伐，運(yùn)用大數(shù)據(jù)的智慧，結(jié)合數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)，排查管道潛在隱患點(diǎn)，靠數(shù)據(jù)引流導(dǎo)向給管理提供更加科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，做到經(jīng)濟(jì)和人力的雙重節(jié)約，風(fēng)險(xiǎn)排查的效果加倍提升，起到了事半功倍的效果。本文主要基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行管道建設(shè)期資料的恢復(fù)和分析，運(yùn)用數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)[3]，打通各項(xiàng)數(shù)據(jù)流之間的關(guān)隘，有效排查管道潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提升排查有效性，保障管道的安全運(yùn)輸。

1 管理理論

風(fēng)險(xiǎn)（risk）是指危險(xiǎn)，或者遭受損失、傷害、不利或毀滅的可能性，從某種意義上來(lái)講，又指發(fā)生不幸事件的概率。既然是概率，是指事件還未發(fā)生，只是預(yù)估發(fā)生的可能性高低?？倳?huì)有些事情是不能控制的，風(fēng)險(xiǎn)總是存在的。作為管理者會(huì)采取各種措施減小風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性，或者把可能的損失控制在一定的范圍內(nèi)，以避免在風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生時(shí)帶來(lái)的難以承擔(dān)的損失。風(fēng)險(xiǎn)控制的4種基本方法是：風(fēng)險(xiǎn)回避、損失控制、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移和風(fēng)險(xiǎn)保留。

油氣管道因其埋地不可見(jiàn)的特殊性，風(fēng)險(xiǎn)一直存在，為了確保其安全運(yùn)輸，風(fēng)險(xiǎn)可知、可控，避免爆炸或者泄露等事故發(fā)生后帶來(lái)的生命和財(cái)產(chǎn)損失的同時(shí)只能被動(dòng)應(yīng)對(duì)的情況，我們國(guó)家于20世紀(jì)末開(kāi)始開(kāi)展管道的完整性管理[2]，以提前預(yù)防的理念，進(jìn)行管道的管理，編制一系列規(guī)范并構(gòu)建相對(duì)應(yīng)的一系列管理方法，現(xiàn)在仍然在踐行深耕完整性管理這套管理理念。完整性管理（pipeline integrity management，PIM）是指對(duì)管道面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素不斷進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，持續(xù)消除識(shí)別到的不利影響因素，采取各種風(fēng)險(xiǎn)消減措施，將風(fēng)險(xiǎn)控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行管道的目的[4]。根據(jù)GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，數(shù)據(jù)的采集和整合正是完整性管理六步循環(huán)中起始夯實(shí)基礎(chǔ)的重要一環(huán)[4]。

同時(shí)隨著我國(guó)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，大數(shù)據(jù)分析對(duì)數(shù)量巨大、來(lái)源分散、格式多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和關(guān)聯(lián)分析，從中發(fā)現(xiàn)新知識(shí)、創(chuàng)造新價(jià)值、提升新能力，在新一代信息技術(shù)和服務(wù)上展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，而完整性管理中數(shù)據(jù)采集和整合的數(shù)據(jù)多源、量大、格式多樣等的情況非常適合運(yùn)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，兩者的深度結(jié)合將為油氣管道的管理錦上添花。

廣東省管網(wǎng)有限公司運(yùn)用數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)，在一、二期工程線路的10條管線進(jìn)行了管道建設(shè)期數(shù)據(jù)對(duì)齊、一致性復(fù)核、底片復(fù)評(píng)等環(huán)焊縫排查工作，進(jìn)行預(yù)先危險(xiǎn)性分析，排查出一批風(fēng)險(xiǎn)較高的環(huán)焊縫，并于后期安排開(kāi)挖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題焊縫需修復(fù)的概率遠(yuǎn)高于集團(tuán)發(fā)布的平均修復(fù)概率，說(shuō)明前期進(jìn)行的一系列環(huán)焊縫排查工作卓有成效。

2 研究方法

本文主要基于預(yù)先危險(xiǎn)性分析（Preliminary Hazard Analysis，PHA）理論[5]，采用數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)，對(duì)廣東省管網(wǎng)有限公司一、二期管線共計(jì)619 km的管道進(jìn)行環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查。

預(yù)先危險(xiǎn)性分析是指在每項(xiàng)工作具體開(kāi)展之前，特別是在生產(chǎn)活動(dòng)的初始階段，對(duì)系統(tǒng)可能存在危險(xiǎn)的種類、造成危險(xiǎn)出現(xiàn)環(huán)境條件、危險(xiǎn)發(fā)生后可能會(huì)出現(xiàn)的后果等進(jìn)行大體的分析，盡可能識(shí)別出潛在的危險(xiǎn)[5]。主要是在還未對(duì)系統(tǒng)有全面的了解之前，辨識(shí)可能出現(xiàn)或者已經(jīng)存在的危險(xiǎn)源[5]，并且努力找出可以預(yù)防或者進(jìn)行補(bǔ)救的相關(guān)措施。廣東省管網(wǎng)有限公司一、二期工程管線共計(jì)619 km的管道進(jìn)行環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查，正是基于預(yù)先危險(xiǎn)性分析對(duì)管道潛在的環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先分析排查，找出風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高的環(huán)焊縫，進(jìn)行開(kāi)挖修復(fù)，消除風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

本文采用數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)，將不同時(shí)期、不同來(lái)源、不同格式的海量管道數(shù)據(jù)，進(jìn)行從無(wú)序到有序、由繁瑣到簡(jiǎn)潔、由分散到集中、由孤立到關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步挖掘關(guān)聯(lián)關(guān)系的核心——數(shù)據(jù)值之間的數(shù)理關(guān)系[6]，根據(jù)顯性數(shù)據(jù)流導(dǎo)向指征，指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)開(kāi)挖作業(yè)，削減管道潛在風(fēng)險(xiǎn)，具體整合分析思路如圖1所示。

3 實(shí)踐分享

對(duì)一、二期管線共計(jì)10條管線，基于預(yù)先危險(xiǎn)性分析的原理，運(yùn)用數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)進(jìn)行了環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查工作，具體工作詳細(xì)如下。

3.1 應(yīng)用對(duì)象

本次實(shí)踐的應(yīng)用對(duì)象包括管線A—管線J等，長(zhǎng)度共計(jì)約619 km，各管線的詳細(xì)情況見(jiàn)表1，為方便起見(jiàn)，各管線為名稱代稱。

3.2 數(shù)據(jù)范圍

對(duì)上述10條管線的建設(shè)期竣工資料以及運(yùn)營(yíng)期內(nèi)檢測(cè)成果等14類數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，具體數(shù)據(jù)類見(jiàn)表2。

3.3 應(yīng)用成果

通過(guò)數(shù)據(jù)整理，進(jìn)一步進(jìn)行底片數(shù)字化、底片復(fù)核、內(nèi)檢測(cè)信號(hào)復(fù)核和數(shù)據(jù)對(duì)齊等工作，將各項(xiàng)成果進(jìn)行數(shù)據(jù)整合分析，最終排查焊口56 417道，發(fā)現(xiàn)疑似黑口61道，底片復(fù)評(píng)發(fā)現(xiàn)存疑焊口109道（其中疑似裂紋15道、根部缺陷42道、其他超標(biāo)缺陷25道、組對(duì)不規(guī)范27道）、內(nèi)檢測(cè)嚴(yán)重異常104道，以及底片資料缺失口4 389道。具體成果見(jiàn)表3。

經(jīng)綜合考慮，在數(shù)據(jù)整合分析的成果中推薦底片存疑口109道，疑似黑口61道，內(nèi)檢測(cè)嚴(yán)重異常焊口96道，以及一些其他特征焊口抽查口進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證。需要說(shuō)明的是，考慮一些焊口可能同時(shí)具備多種屬性，上述數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)時(shí)均按照各自獨(dú)立屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可能導(dǎo)致部分焊口存在重復(fù)統(tǒng)計(jì)的情況。

3.4 開(kāi)挖驗(yàn)證效果

截至2022年年底，共完成上述管線401道環(huán)焊縫的開(kāi)挖驗(yàn)證，其中，發(fā)現(xiàn)不合格焊口91道，占總開(kāi)挖焊口的22.69%，裂紋口16道，占總開(kāi)挖焊口的3.99%，需修復(fù)焊口26道，占總開(kāi)挖焊口的6.48%，具體見(jiàn)表4。

按照鋼級(jí)劃分，10條管道劃分為X70、X60和X52 3個(gè)類別，根據(jù)鋼級(jí)，開(kāi)挖焊口成果見(jiàn)表5。

因X60和X52開(kāi)挖數(shù)量較少，樣本量不具有統(tǒng)計(jì)分析意義，從X70鋼級(jí)的開(kāi)挖效果來(lái)看，裂紋占比3.85%，需修復(fù)占比6.15%，遠(yuǎn)高于截至2021年底國(guó)內(nèi)X70鋼級(jí)管道3.8%的平均需修復(fù)比例，說(shuō)明本次環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查中所做的工作卓有成效。

進(jìn)一步分析開(kāi)挖數(shù)據(jù)中各項(xiàng)排查手段的貢獻(xiàn)度情況，將本次排查成果中通過(guò)各類排查手段篩選出來(lái)的焊口進(jìn)行開(kāi)挖統(tǒng)計(jì)分析，具體如表6和圖2所示。

通過(guò)表6和圖2可知，從不合格焊口占比、裂紋口占比和需修復(fù)占比上來(lái)看，排查環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的有效性上大致趨勢(shì)為：底片存疑口大于疑似黑口大于內(nèi)檢測(cè)嚴(yán)重異?？诖笥谄渌麑傩院缚?。從各自小維度內(nèi)看，共性為多屬性疊加的焊口發(fā)現(xiàn)的裂口比例和需修復(fù)焊口比例相較于單屬性或者無(wú)屬性疊加的焊口的裂口比例和需修復(fù)焊口比例要高一些。結(jié)合表4，在裂紋口的排查有效性上，裂紋口共計(jì)發(fā)現(xiàn)16道，通過(guò)對(duì)底片存疑口進(jìn)行開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn)了10道，貢獻(xiàn)率在62.5%，超過(guò)總體一半的貢獻(xiàn)度。

4 結(jié)論

本文基于預(yù)先危險(xiǎn)性分析理論，通過(guò)數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)，對(duì)廣東省管網(wǎng)有限公司一、二期工程共計(jì)619 km的管道進(jìn)行環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查，并將潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證，開(kāi)挖結(jié)果顯示本次的環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查效果卓有成效，并且從排查手段上來(lái)看，環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查的有效性上大致趨勢(shì)為底片存疑口大于疑似黑口大于內(nèi)檢測(cè)嚴(yán)重異常口大于其他屬性焊口，并且多屬性疊加的焊口比單屬性或者無(wú)屬性疊加的焊口潛在風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，建議后期重點(diǎn)關(guān)注。

本文的研究結(jié)論不排除底片質(zhì)量或者內(nèi)檢測(cè)信號(hào)質(zhì)量的影響，建議后期在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證，對(duì)數(shù)據(jù)樣本量進(jìn)行擴(kuò)充，再次進(jìn)行研究論證。同時(shí)建議不斷擴(kuò)充不合格焊口、裂紋口以及需修復(fù)焊口等其他重點(diǎn)關(guān)注焊口的樣本庫(kù)，為后期其他管線相關(guān)環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查提供數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張鵬，楊宗強(qiáng)，沈豪，等.灰色理論和DEMATEL在城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的運(yùn)用[J/OL].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)：1-9[2023-03-27].http：//vpnlib.zjxu.edu.cn：8080/rwt/CNKI/https/MSYXTLUQP

JUB/10.13637/j.issn.1009-6094.2022.1018.

[2] 王學(xué)力，馮慶善，宋漢成，等.油氣管道完整性管理[J].上海煤氣，2009，280（6）：36-39.

[3] 黃知坤，董華清，盛安全，等.管道數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)在管道運(yùn)維管理中的應(yīng)用[J].石油管材與儀器，2021，7（1）：6-10.

[4] 油氣輸送管道完整性管理規(guī)范：GB 32167—2015[S].2015.

[5] 張小蝶，林藝?guó)?，紀(jì)麗麗，等.預(yù)先危險(xiǎn)性分析對(duì)油氣管道泄漏事故的啟示[J].管理觀察，2017，647（12）：9-11，14.

[6] 汪俊亮，高鵬捷，張潔，等.制造大數(shù)據(jù)分析綜述：內(nèi)涵、方法、應(yīng)用和趨勢(shì)[J/OL].機(jī)械工程學(xué)報(bào)：1-16[2023-03-27].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2187.TH.20230309.1714.038.html.

第一作者簡(jiǎn)介：陳啟斌（1989-），男，工程師。研究方向?yàn)橛蜌廨斔凸艿劳暾怨芾怼?/p>