完整性管理赶超管道安全的国际水平.docx
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完整性管理赶超管道安全的国际水平
近年来，管道完整性管理（PipelineIntegrityManagement，简称PIM）受到我国越来越多的重视。
其实，国外很早就已经开展了相关方面的研究和应用，而且还制定了相关法律和行业标准规定。
例如美国的PSIA中,明确要求管道运行商要在后果严重地区实施管道完整性管理计划。
随着我国管道服役时间的增加，由于外部条件（地质危害等）的影响、管道自身腐蚀、管材和施工焊接质量等原因，导致管道泄漏、爆炸等，危害了人民生命安全，造成了国家财产损失，破坏了自然环境，对管道的安全性管理和风险评价提出了越来越高的要求，尽快在我国实施管道的完整性管理迫在眉睫[1~5]。
一、管道完整性管理的概念
对于什么是管道完整性管理的概念，国内外尚无统一的定义，但是不同的定义从本质上来说内涵是一样的。
管道完整性PI（PipelineIntegrity）是指管道始终处于安全可靠的服役状态。
包括以下内涵：
①管道在物理上和功能上是完整的；②管道处于受控状态；③管道运行商已经并仍将不断采取行动防止管道事故的发生；④管道完整性与管道的设计、施工、运行、维护、检修和管理的各个过程是密切相关的。
管道的完整性管理PIM（PipelineIntegrityManagement）定义为，管道公司根据不断变化的管道因素，对油气管道运营中面临的风险因素进行识别和技术评价，制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内，通过监测、检测、检验等各种方式，获取与专业管理相结合的管道完整性的信息，对可能使管道失效的主要威胁因素进行检测、检验，据此对管道的适应性进行评估，最终达到持续改进、减少和预防管道事故发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。
二、国内外管道完整性管理的发展现状
国外油气管道安全评价与完整性管理始于20世纪70年代的美国，至90年代初期，美国的许多油气管道都已应用了完整性评价与完整性管理技术来指导管道的维护工作，随后加拿大、墨西哥等国家也先后于90年代加入了管道风险管理技术的开发和应用行列；欧洲管道工业发达国家从80年代开始制定和完善管道风险评价的标准，建立油气管道风险评价的信息数据库，深入研究各种故障因素的全概率模型，研制开发实用的评价软件程序，使管道的风险评价技术向着定量化、精确化和智能化的方向发展，至今为止均取得了丰硕的成果，出台了如ASMEB31.8S《输气管道系统完整性管理》、API579《适应性评价推荐做法》、APIRP1129：
《保证危险液体输送管道完整性的推荐做法》、APIRP1160《管理危险液体输送管道完整性管理推荐做法》等相关技术标准。
世界各大管道公司采取的技术管理内容主要包括：
管道风险管理，地质灾害与风险评估技术管理，管道安全运行的状态监测管理（腐蚀探头监测、管道气体泄露监测、超声探伤监测、气体成分监测、壁厚测量监测、粉尘组分监测、腐蚀性监测等），管道状况检测管理（智能检测、防腐层检测，土壤腐蚀性检测等），结构损伤评估管理，土工与结构评估技术管理，缺陷分析和评定技术管理，管道维护技术管理等。
管道完整性管理已经成为全球管道技术发展的重要内容，我国在这方面起步较晚，虽然目前形成了一些在役管道的检测、监测、评估的技术和方法，并得到了越来越广泛的应用，如管道内外检测、腐蚀监测、风险评价、缺陷评价，缺陷修复技术等，但还没有一套系统、综合的输气管道系统完整性评价和管理体系。
虽然国外目前已有相关标准、规范或推荐作法，但由于国内外管道设计标准和具体运行管理的实际不同，很难全部应用于国内管线，有许多地方需要结合国内管道的实际情况进行修改和完善。
我国在80年代初，由机械工业部和化学工业部组织全国20个单位开展了“压力容器缺陷评定规范”的研究和编制，形成了CV-DA-1984规范。
“八五”期间，由劳动部组织全国20多个单位参加开展了“在役锅炉压力容器安全评估与爆炸预防技术研究”国家重点科技攻关项目，重点研究了失效评价图技术，形成了面型缺陷断裂评定规程SAPV-95（草案）。
“九五”期间，由劳动部组织将继续开展“在役工业压力管道安全评估与重要压力容器寿命预测技术研究”国家重点科技攻关项目。
我国油气管道的安全评价与完整性管理开始于1998年，主要应用在输油管道上。
中国石油管道公司管道科技研究中心做了一定的基础工作，建立了管道完整性管理体系和管道基础数据库，确定了完整性数据库的APDM模型，实现了管道数据与管道地理信息系统的有机结合，建立了缺陷评价系统，开发了风险评价和管理系统，并在兰成渝管道上初步应用，同时完成了秦京输油管道风险评估工作，成立了管道完整性管理专门机构,促进了管道完整性管理的发展。
经过国内外实践表明，管道完整性管理确实能降低维护费用，最大限度地延长管道使用寿命，这对于管道公司的后续维护和管理将发挥更大的作用[1~5]。
三、完整性管理的主要内容
3.1可靠性评价管道可靠性评价研究的热点主要有管道剩余强度评价和剩余寿命的预测两个方面。
管道剩余强度评价的研究主要是为了研究缺陷是否能在，某一操作压力下允许存在，以及在某一操作压力下允许存在的最大缺陷尺寸，对管道的承载能力作出科学的评价，从而为管道的维修计划和安全管理提供科学的依据；管道剩余寿命的预测主要是为了了解管线腐蚀情况，确知腐蚀管线对于整个管线结构完整性的影响，它是在动力学长大规律基础上预测管道剩余寿命，为制定管道检测周期提供科学依据[6]。
（1）剩余强度评价
剩余强度评价的研究相对成熟。
现在主要的标准有《腐蚀管道剩余强度评价指南》ASMEB31G，《有缺陷结构完整性的评价标准》CEGB-R/H/R6，《适用性推荐作法》API579，《焊接结构缺陷可接受性评价方法指南》BSIPD6493，《压力容器安全评定规范》WES280597和《焊接结构缺陷验收评估方法指南》BSIBS7910等。
目前，国际上通常的是将CEGBR6标准和BSIBS7910标准相结合，采用失效评估图（FAD）技术进行平面型缺陷剩余强度评价；而对于体积型剩余强度的评价则是通过检测确定的危险厚度截面（CTP），根据剩余壁厚检测数据评估腐蚀损伤区域内的轴向和环向危险厚度截面，在CTP中利用管道输送压力以及管道所处地区级别、管道材料理化性能数据和焊缝系数等，确定缺陷轴向和环向长度s和c，最小测量壁厚。
然后根据API579评估管道在某操作压力下是否能够安全运行，同时确定最大操作压力MAWPr。
用有限元分析腐蚀管道剩余强度，是近几年提出的新方法。
它分为弹性分析和非线性分析：
Yung-ShihWang对管线进行了弹性分析，提出了一种用弹性极限原则来评估管线剩余强度的方法；加拿大的ChouchaouiBA,PickRJ和BinFu,MikeGKirkwood等都对腐蚀管线进行了非线性有限元分析。
由于这种方法考虑了多种载荷的联合作用，同时可以模拟复杂的腐蚀形状，因而使得分析模型更加接近实际，结果更加精确和客观。
以弹塑性力学理论为基础，建立适当模型，分析管线剩余强度是评价管道剩余强度的另一种方法。
KleverFJ等以弹塑性力学为基础，先后提出连续力学分析模型和平面应变薄膜圆弧模型，但是这种模型对于不同的腐蚀情况，得到的结果并不稳定，还需要进一步研究。
神经网络也被引入了管道剩余强度评价研究中。
喻西崇等人将BP神经网络和遗传算法相结合,得到一种新的神经网络,并将这种神经网络成功用于计算腐蚀管道的剩余强度和最大允许输送压力。
（2）剩余寿命预测
与剩余强度评价研究相比，剩余寿命预测的研究还不成熟，上述几种国外标准中只有API579中有粗略的谈到，其他标准根本未涉及剩余寿命的预测。
由于管道腐蚀因素复杂多变，腐蚀规律不易掌握。
现在研究管材腐蚀动力学规律的主要方法有：
实验室加速实验法和现场实验挂片法。
也有学者[6，7]根据历史数据建立G（1，1）模型对腐蚀管道的腐蚀速率和腐蚀深度进行了预测，预测结果较为理想，同时他采用可靠性概率统计的方法建立了腐蚀管道的干涉模型对管道进行可靠性评价。
基于可靠性理论的评价模型，是一种新的评价方法，该方法运用了概率统计的知识，考虑了各种变化，比传统的安全系数法更合理（传统的安全系数法将参数视为定值），能最大限度的降低油气管道的工程建设成本，从根本上保证油气管道的安全运行。
3.2风险评价风险评价
主要是确定管道失效因素，并对管道失效概率及其后果严重性指标进行量化。
通过风险评价可获得管道风险等级，以确定优先开展完整性评价的管段区域及重点预防的失效原因。
风险评价过程中应遵守相应的风险标准，通常采用最低合理可行原则（AsLowAsReasonablyPractically），也可采用法默曲线（Farmercurve）来判断系统风险水平。
风险的定义为失效概率（Failureprobability）和失效后果（FailureConsequence）的乘积，对于油气输送管道的风险应是各种可能失效类型带来的风险求和。
进行风险评价之前，首先应对所评价管道的潜在危害因素进行识别管道的潜在危害因素包括：
制管缺陷、现场施工缺陷、内外电化学腐蚀、应力腐蚀、第三方破坏和地质灾害等。
完成危害因素识别后，结合管道失效案例、管道属性数据（运行参数、材料参数等）、环境数据等进行综合分析并在此基础上开展管道的风险评价。
风险等级计算通常可采用两种方法，一是采用专家打分法，二是采用危险性矩阵法。
专家打分法是将专家意见与技术文献的信息相结合，为每种事故发生的可能性及其后果分配一个相对值，从而计算出相对风险值的大小，以反映管道风险水平的高低。
危险性矩阵法是以管道失效概率及其后果严重性指标构成矩阵的行和列，在对失效概率及后果严重性程度分级条件下度量管道失效风险的大小[8~10]。
3.3基于风险管道检测
实施风险控制策略主要目的是为防止事故发生以及降低系统的风险。
防止事故发生措施主要有两种。
一是实施并完善含缺陷管道的使用原则，即适用性原则,它是指含缺陷管道允许存在缺陷情况下，继续工作一段时间，但在此时间段内应保证缺陷不能发展到造成管道失效的临界值。
二是推行视情维修技术，是指在风险评估基础上，根据风险优化分析，合理确定管段维修顺序，进而做出最佳维修决策，从而确保管道系统完整性。
降低管道系统风险可采用以下措施：
①建设与执行有关国际通用及国内的相关风险法规。
法规的健全完善程度对降低风险有直接关系，针对腐蚀管道它不仅应明确规定要进行风险评估，还要指出风险降低的指定程度；并且应允许采用从环境出发因地制宜的实施措施。
②加强基于风险的检测技术实施。
基于风险检测技术RBI（Risk-basedInspection）由美国API组成开发，目前已形成APIRP580标准。
基于风险的检测，是将检测重点放在高风险（HRA）和高后果（HCA）的管段上，而把适当的力量放在低风险部分。
在给定的检测活动水平的条件下，基于风险的检测更有利于降低管道运行的风险。
管道检测技术包括智能内检测技术和外检测技术。
国际上GEPII、TVI等管道完整性技术服务公司针对不同类型的管道缺陷，已开发出多种智能内检测设备和技术，包括用于管道变形检测的通径检测器，用于腐蚀缺陷检测的漏磁检测器，用于裂纹检测的超声检测器、弹性波检测器和电磁声能检测器等。
在国内，管道技术公司、新疆三叶公司等单位，在借鉴国外技术的基础上开发了通径检测器和漏磁检测器，但在检测精度和系统配套性方面与国际先进技术相比还存在较大差距。
在管道不具备内检测条件时，可以选用外检测技术。
外检测技术又称直接评估（DA）技术，包括用于外防腐层检测的PCM、DCVG、Person等技术；在开挖的情况下，对管体缺陷进行检测的超声、射线等无损检测技术。
目前最先进的外检测技术是超声导波技术。
NACE颁发了NACERP05-02外腐蚀直接评价（ECDA）标准和NACE01-04内腐蚀直接评价（ICDA）标准[8~16]。
3.4管道的完整性维护含缺陷管道经过风险评价后通常将管道风险划分成四个等级：
A级风险等级最高，表示必须立即维修及更换；B级风险次高；C级表示比较安全；D级表示管道处于低风险、安全状态，无需采取任何措施。
对于风险等级较高管段必须采用相应的遏制管道腐蚀破坏和恢复管道完整性措施，传统意义上的完整性维修措施主要有修补防腐覆盖层、套管修补及更换腐蚀管段等三种基本方法。
①防腐层修补适用于腐蚀破坏不大情况下，通过修补覆盖层的方法以遏制腐蚀的发展，修补时需要分别将腐蚀产物、管子周围旧防腐层彻底清除干净，然后将与管体现有防腐层匹配性好的新防腐层加上去，也可采用自动涂敷设备恢复管道的完整性。
②套管修补是将制造时分成两半的管套布置在腐蚀管道全周并沿纵向焊缝焊接起来。
施工前要求将腐蚀生成物彻底清除干净，并用适合的填充材料将主体管道与套管之间的孔穴处填满。
③对于腐蚀较为严重，或其不满足有关规范要求的含缺陷管道以及含有裂纹等缺陷的管段必须将其切除，替换以新的管节，并要遵守严格的焊接工艺与原有完好的管段焊接起来[8~16]。
四、建议
管道的完整性管理是目前国际管道公司实施的先进管理模式，我国管道公司如何全面引进并结合我国国情实施管道完整性管理，实现管道本质安全是目前的一项紧迫任务，管道完整性管理在全球的发展和我国的应对将具体体现在以下几个方面：
（1）我国油气管道完整性管理的前提条件是观念的转变，应具有一批高技术素质的员工和完备的QHSE体系，使用IT技术和管道新技术。
（2）管道完整性管理体系不仅是一种技术，更是一种管理理念，它的实施需要自上而下对管理理念的认同与积极参与。
正确认识和处理完整性管理体系与其它管理体系之间的关系，完整性管理体系是管道运输部门整体管理体系中的一个子系统、一个元素。
（3）管道完整性管理最终要采用IT技术实现可视化与数字化的完整性管理，完整性管理的内容通过GIS、EAM等系统设置的管道本体、管道工艺、自控!
通讯等的建设信息、运行信息和设备信息，进行缺陷或故障的安全评价和风险评价，并结合管道的位置信息、图形信息、地理信息、设备参数、运行信息等进行有效的完整性评价，以实现事故的提前预控。
（3）管道完整性管理最终将是管道运行管理科学化、程序化、规范化的重要手段。
通过引进和开发内检测技术、外检测技术、地质灾害评估技术、水工保护技术、阀门维护技术!
大型设备故障诊断技术、地下储气库技术、泵站、油库安全防护技术等，并实施开发管道GIS地理信息系统和企业资产管理系统（EAM），实现管道完整性管理。
（4）我国油气管道公司要全面学习和掌握国际管道完整性管理的理念，借鉴其管理方法。
继续加强管道完整性管理的标准、法规、操作规程与国际接轨。
借鉴国际管道公司的做法,进一步细化完整性管理各方面的工作，例如，学习国外公司防止第三方破坏与周边环境的管理工作"进一步加强信息技术与完整性管理的结合,加快数据信息的传递，提高工作效率[10~16]。
赶超管道安全的国际水平
编者按
随着城市化和工业化发展的进程，我国对石油、天然气等能源的需求越来越大，因此，社会越来越关注油气输送管道的安全运行。
目前，我国在用长距离油气输送管道总长约2万公里，其中部分已经进入“老龄”阶段，且建设时技术水平较低，本质安全性较差。
近年来，国内管道事故时常发生，这些事故有的是管道本身缺陷造成的，也有外力破坏造成的。
但是，我国的管道安全管理水平仍然较低，一些关系管道安全的技术被发达国家垄断。
因此，要提高管道安全水平，必须走出国门，积极吸取国外管道管理的经验教训，并发展适合我国国情的管道管理方法和技术。
本期报道的两个成果走到了我国管道业的前列。
把好经验“拿来”融会贯通
3月15日北京停止冬季供暖后，北京华油天然气有限责任公司（下简称华油公司）的领导和员工们都感到轻松了不少。
由于去年入冬以后北京市天然气供应紧张，入京的惟一条天然气管道——陕京管道承担的天然气供应任务非常重。
陕京管道一线长1104公里，一期工程于1997年9月10日建成，三期工程完成后，年输气能力达到36亿立方米。
陕京管道干线起自陕西省靖边县靖边首站，终于北京石景山区衙门口北京末站，途经陕西、山西、河北和北京，并穿过3条地震带，翻越吕梁山、恒山、太行山3座山脉，穿越无定河、秃尾河、窟野河、黄河、永定河5条大河。
全线穿越河流230处、铁路21处、大型公路131处。
目前，陕京管道二线（937公里）正在建设中，预计今年7月投入使用。
加上与“西气东输”管道衔接的管道，陕京管道一线、二线共计2145公里。
这2145公里天然气管道的管理重任，就落在华油公司110余名领导和员工的肩上。
化险为夷
2004年8月11日，暴雨袭击河北省易县，14小时内降水超过400毫米。
12日凌晨，华油公司北京输气部的巡线人员发现：
易县西陵镇龙泉村附近170多米天然气管道被上涨的河水冲出，管道上浮0．8米，并水平移动2米多。
华油公司领导接到报告后，迅速带领公司有关人员赶赴现场，并向上级领导汇报情况。
根据华油公司的管道完整性管理方案，现场应急指挥部制定了抢险方案，并采取果断措施：
将管道输送压力降至设计压力的一半以下，用钢丝绳牵引和钢桩固定住管道；在南岸开挖新河道，并在上游截水，使河水改道。
从12日下午一直到次日凌晨4时，当地驻军某部百余名官兵连续奋战12小时，终于在漂浮的管道上游建起了一道截水坝。
8月13曰上午，下游围堰成功，围堰内积水被抽排，抢修人员将管道谨慎复位。
根据管道完整性管理的要求，华油公司又对这段管道进行了安全评价，并采取了水工保护措施。
当日，陕京管道全线恢复正常生产运行。
河北省易县的陕京管道险情能够及时化险为夷，华油公司的管道完整性管理模式起到了不可替代的作用。
陕京输气管道自1997年9月投产至2005年2月底安全运行2727天，累计向北京、天津、河北、山东、山西、燕山石化、沧化等地区供气120亿立方米，日供气高峰达到2961万立方米，实现了陕京管道安全、高效、优质向京津地区供气，保证并促进了京津地区的经济和社会的发展，为华北地区能源结构的改善和提高北京市空气质量发挥重要贡献。
那么，什么是管道完整性管理?
它对安全生产有怎样的影响呢?
坚持“拿来”
陕京管道的设备和材料采购、工程建设都达到了上世纪90年代的国际水平。
但是我们认为，要使陕京管道整体达到国际水平，在建设方面的分量只能占到50％，另外50％就要靠管理，而管理的核心就是保证管道的安全。
安全是管道的生命。
以往的管道安全管理一直处于被动状态，人被事故撵着走，每天都像坐在火山口上似的。
翻阅近期出版的美国和英国的管道科技刊物，以及国际管道会议文件，可以发现管道输送行业当前的一个热门话题——管道完整性管理。
它之所以成为业内的世界性热门话题，原因有三：
一是，全球（包括中国）20％至40％的油气管道达到了设计寿命，需要进行“延长寿命”管理，如管道大国美国，其50％以上的油气管道已经有40多年的历史，一些1970年以前建设的老管道还在运营；二是，管道建设时技术落后，导致管道质量低劣，破裂泄漏事故频发，因而各国政府加大了对管道的安全管理力度；三是，“9·11”事件的发生和国际恐怖组织的活动对管道的安全管理提出了更高的要求。
美国在上世纪70年代就非常重视管道安全，颁布了《管道安全法》2002年，美国总统布什签署了《2002年管道安全改进法》，该法明确了管道完整性管理的概念。
美国管道安全局则于次年1月28日颁布了《输气管道完整性管理推荐规则制定办法的通知》。
英国和加拿大的管道公司也开展了管道完整性管理。
英国的输气管道完整性管理标准（ASMEB31．8S2001）被华油公司拿到国内，作为自身开展管道完整性管理的主要参考标准。
管道完整性有以下几点含义：
管道始终处于安全可靠的工作状态，管道在物理上和功能上是完整的，管道处于受控状态。
管道完整性管理则要求：
管道公司通过不断变化的管道因素，对管道运营中面临的风险因素进行识别和评价，制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内；管道公司要通过科学的设计、监测、检测、检验、检查等方式和各种技术的应用，获取与专业管理相结合的管道完整性信息，对可能造成管道失效的因素进行管道的完整性评价，指导维修工作。
大部分国外管道公司把管道完整性管理的使用范围定在管道本身，而华油公司把这种管理模式“拿来”后认为，应该把整个管网系统，包括周边环境，都纳入到管道完整性管理之中。
现在，华油公司的管道完整性管理已经扩展到5个方面：
含缺陷管道本体完整性管理、管道地质灾害与周边环境完整性管理、防腐有效性完整性管理、站场及设。
施完整性管理和储气库井场设施完整性管理。
HSE管理体系在我国的石油天然气开采企业中已经得到了广泛推广。
华油公司在“HSE”前面加了一个“Q”，变成“QHSE”，实际上是把ISO9000质量管理体系的理念与HSE管理体系融合。
“拿来”管道完整性管理模式后，华油公司将其纳入QHSE管理体系，把管道完整性管理的风险评价作为QHSE体系风险管理的核心内容，把管道完整性管理文件融人QHSE管理体系文件。
华油公司根据ASMEB31.8S-2001归纳出的管道完整性管理内容包括：
风险因素识别、高风险区域判断、数据收集和整合、风险评价、管道完整性检测和评价、管道完整性评价响应、制定管道完整性管理方案、管道完整性管理程序的效能测试、联络方案、程序变更管理和质量控制，共11项。
目前，华油公司已经出台了42个完整的管道完整性管理程序文件和111个作业文件。
“软”支撑
现代企业管理离不开信息技术。
我们认为，信息化管理有两个层次，办公自动化是低层次的，高层次的信息化管理是信息技术与管理的结合，要用信息技术改进管理流程和管理水平。
由于华油公司建立了基于管道完整性管理的信息管理系统．被信息产业部相关机构评为2003年度“中国信息化百强企业”。
在华油公司办公楼三层，有一个调度控制中心。
在中心内的大屏幕上，可以看到整条陕京管道的运行情况。
屏幕上的红点，表示陕京管道上的监测站，监测站间隔40公里至60公里，它们不断地向调度控制中心发送管道的实时信息。
一旦管道出现问题，与发生问题区域对应的红点会不断闪动，调度人员就会通知当地工作人员前去处理。
屏幕下方显示的是对应的管道内压力情况。
调度控制中心平时有人24小时值班，以便随时应对异常情况。
在这里，华油公司还可以利用计算机软件模拟下一阶段管道运行方案的效果，从而及时发现方案中的问题并加以改进。
难怪华油公司管道安全评价和科技发展中心主任董绍华把这里比作陕京管道的“大脑”。
为调度控制中心提供实时管道数据的是SCADA系统（监视控制与数据采集系统），而使华油公司能够对管道实施安全评价、风险评价、应急管理和事故预防决策的，是基于管道完整性管理的GIS系统（地理信息系统）。
通过GIS系统，华油公司可以了解每一段管道的参数，以及管道周边环境地的情况，包括地质灾害、植被、洪水位、周边设施（如学校、工厂等）等。
运用专业计算机软件进行计算，可以了解管道和周边环境之间的相互影响，从而使华油公司对可能发生的事故和影响了如指掌。
整个陕京管网系统共有各种设备1．6万多台次，如果实施管道完整性管理，就要对这些设备实行全生命周期管理，这意味着要处理大量的数据。
华油公司借助EAM系统（企业资产管理系统）来完成这一繁杂的工作。
通过EAM系统，华油公司落实了预防性监测维护为主的生产管理理念，以工作单的提交、审批、执行为主线，控制包括计划、采购、库存、作业、验收在内的各个环节，从而实现设备资产生命周期维护全过程管理。
SCADA系统、GIS系统和EAM系统三者结合，形成了管道完整性管理的统一数据库，从而使事故预防与控制方案科学、合理。
“硬”实施
管道完整性管理的实施计划是建立在风险评价的基础之上的。
华
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