深圳燃氣管道完整性管理方案的研究

摘 要

摘要：結(jié)合深圳市城市天然氣輸配系統(tǒng)的實際情況，論述了燃氣管道完整性管理的重要性及實施步驟、實施管道完整性管理的總體方案，探討了實施過程中的若干問題，提出管道完整性管理應
摘要：結(jié)合深圳市城市天然氣輸配系統(tǒng)的實際情況，論述了燃氣管道完整性管理的重要性及實施步驟、實施管道完整性管理的總體方案，探討了實施過程中的若干問題，提出管道完整性管理應加強以預防性維護為主的安全管理模式。
關鍵詞：天然氣管道；管道完整性管理；風險評價
Study on Gas Pipeline Integrity Management Program in Shenzhen
WANG Chen，YANG Guang，WANG Wen-xiang
Abstract：Combined with the actual situation of city natural gas transmission and distribution system in Shenzhen，the importance and implementation steps of gas pipeline integrity management as well as the overall program for implementing gas pipeline integrity management are described. Some problems during the implementation are discussed，and it is pointed out that the security management in which preventive maintenance is dominative should be enhanced during gas pipeline integrity management.
Key words：natural gas pipeline；pipeline integrity management；risk assessment
1 深圳市天然氣輸配系統(tǒng)簡介
    深圳市天然氣利用工程是廣東LNG項目下游的重要配套項目。深圳市輸配系統(tǒng)為高壓A、次高壓A、中壓A三級壓力級制。一期工程輸配系統(tǒng)主要包括門站、天然氣調(diào)度中心、LNG調(diào)峰安全應急氣化站、區(qū)域LNG氣化站、次高壓-中壓調(diào)壓站、次高壓管道和中壓管道。至今已投產(chǎn)運行次高壓管道121km，管道范圍覆蓋龍崗、寶安、羅湖、福田、南山等區(qū)。深圳市自2006年8月12日開始分批實施天然氣轉(zhuǎn)換，于2008年5月順利完成了全市80×104戶液化石油氣用戶的天然氣轉(zhuǎn)換工作。
    在建的深圳市西氣東輸二線高壓輸配系統(tǒng)工程將接收西氣東輸二線天然氣，通過高壓管道和調(diào)峰、調(diào)壓設施輸送至電廠和城市次高壓系統(tǒng)，供應居民和工商業(yè)用戶。項目包括求雨嶺天然氣基地、大鏟島門站、迭福門站、平湖調(diào)壓站、留仙洞調(diào)壓站以及8座電廠用戶專用調(diào)壓站、149km高壓輸氣管道(設計壓力為6.0MPa，管道規(guī)格為DN 800mm)。建成后該工程還將與未來各種可能供應深圳的氣源相連，滿足全市天然氣供應“多氣源、一張網(wǎng)、互聯(lián)互通、功能互補”的要求[1]。
2 完整性管理的重要性及實施步驟
2.1 實施管道完整性管理的重要性[2]
    隨著科技的不斷發(fā)展，管道完整性管理已經(jīng)成為全球管道技術發(fā)展的重要內(nèi)容。目前，我國城市高壓輸配管道很多敷設在人口稠密地區(qū)，一旦發(fā)生事故，不僅人身傷害和經(jīng)濟損失巨大，而且會造成巨大的社會影響和政治影響，因此必須對城市燃氣輸配系統(tǒng)安全評價給予高度重視，如何進一步提升管道的安全管理也愈顯重要。引入完整性管理能使管道管理依托于信息技術的發(fā)展，向以可靠性為中心的完整性管理模式過渡，預防管道事故發(fā)生，實現(xiàn)事前預控。
    ① 當前安全生產(chǎn)的嚴峻形勢對城市管道燃氣管理提出了新的挑戰(zhàn)。隨著深圳市天然氣輸配系統(tǒng)的建設完善，特別是次高壓及高壓管道的相繼建設和投入運行，城市燃氣管道的安全管理已經(jīng)越來越顯示出其重要性。城市燃氣輸配管網(wǎng)長期埋設在地下，受到各種不確定性因素的影響和破壞，會不同程度地出現(xiàn)腐蝕等缺陷，給系統(tǒng)安全帶來潛在的巨大危害。一旦發(fā)生泄漏、爆炸事故，會給人民生命和財產(chǎn)安全造成嚴重影響。我們必須尋求國際管道管理的先進經(jīng)驗，結(jié)合中國國情，消化、吸收國外先進的管道管理技術理論和方法。對在役管道逐步實施完整性管理是提高管理水平、確保安全運行的重要措施，是一項防患于未然的科學方法。
    ② 世界各國油氣管道發(fā)生事故的原因盡管在不同國家所占比例不同，但主要原因基本相同，主要為：外力損傷、腐蝕、材料及施工缺陷?？梢姽艿赖耐暾圆粌H僅是一個技術問題，更重要的是一個管理問題，要持續(xù)不斷地提高整體管理水平。
    ③ 管道完整性管理是國外油氣管道工業(yè)中的一個迅速發(fā)展的重要領域。據(jù)統(tǒng)計，全球(包括中國)油氣管道的20%～40%達到了設計壽命，需要進行“延壽”管理。進行管道風險評價和完整性評價對管道全壽命周期管理和延長服役期限有重要的意義。
2.2 目前存在的問題
    深圳燃氣管道完整性管理仍處于起步階段，首先針對次高壓和高壓天然氣管道實施完整性管理。完成了總體實施方案編制、建設期數(shù)據(jù)采集規(guī)范編制，開發(fā)了數(shù)據(jù)管理平臺，引入了管道完整性管理咨詢機構(gòu)，開展了管道應力檢測、管道內(nèi)檢測和陰極保護改善工作，建立了與GIS關聯(lián)的管道運行數(shù)據(jù)庫，針對管道沿線進行風險分析，對各段管道停輸對供氣平衡的影響進行了實際工況測試，編制了管道分段和第三方破壞應急預案。
    目前存在的主要問題如下：
    ① 在基礎竣工數(shù)據(jù)收集和運行數(shù)據(jù)積累方面距完整性管理的要求還存在較大的差距。
   ② 在管道檢測和修復方面尚未建立全面的完整性管理技術方案和標準。如：無法通球的支線管道和穿越管道缺陷和防腐層檢測、雜散電流影響區(qū)域管道陰極保護系統(tǒng)的改善和排流等。
   ③ 尚未建立全面的管道風險評價和完整|生評價體系。
2.3 管道完整性管理的實施步驟
    由于管道完整性管理內(nèi)容涉及管道設計、施工、運行、監(jiān)控、維護、更換等全過程，內(nèi)容繁多，涉及面廣，是一個系統(tǒng)工程。因此集團公司成立了領導小組，下設跨公司、跨部門的人員組成的工作小組來推進此項工作。管道完整性管理總體分兩步走：
    ① 編制完整性管理的程序體系文件，從施工環(huán)節(jié)規(guī)范數(shù)據(jù)采集的流程和要求，完善已運行管道的數(shù)據(jù)積累，依托GIS平臺完善數(shù)據(jù)管理，建立管道數(shù)據(jù)管理平臺，系統(tǒng)地開展風險因素的識別。
    ② 在數(shù)據(jù)積累的基礎上建立風險評價和完整性分析模型，開發(fā)分析軟件，進行管道完整性評價，指導管道安全運行和建立風險防范體系，實現(xiàn)事故的提前預控。
3 實施管道完整性管理的總體方案
    基于我公司管道管理的實際，擬從完整性管理初步建立的步驟出發(fā)，先行導入動態(tài)完整性管理理念，利用各類數(shù)據(jù)的積累，檢查分析出各類危險有害因素對管道潛在的影響。并在后期進一步進行風險評估、完整性評價，根據(jù)評價結(jié)果制定響應計劃、選擇減緩措施及確定檢測時間間隔，以形成循環(huán)改進、定期數(shù)據(jù)更新及再評價的完整性管理體系。
3.1 建立燃氣管道完整性管理體系框架文件[3]
    完整性管理體系框架文件是實施管道完整性管理的重要前提和實施完整性管理的指南。其包括公司完整性管理狀況調(diào)研、完整性管理體系方案設計、完整性管理體系文件的開發(fā)與應用。
    完整性管理體系框架文件的開發(fā)目標是通過對燃氣管道安全管理要求的分析和完整性管理的需求分析，研究建立一套適合我公司天然氣管道完整性管理體系的標準方法和規(guī)范要求。完整性管理體系適用于指導燃氣管道運行管理。主要內(nèi)容為：完整性管理體系框架設計、完整性管理流程及文件體系標準、完整性管理體系實施標準規(guī)范。
3.2 建立管道完整性管理系統(tǒng)信息平臺[4]
    管道完整性管理系統(tǒng)主要內(nèi)容為：
    ① 線路管道完整性管理系統(tǒng)：地理信息系統(tǒng)的建設；基于管道地理信息平臺的風險評價與完整性評價系統(tǒng)，包括風險評價模型、完整性評價模型等。
    ② 廠站完整性管理系統(tǒng)：三維廠站數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，廠站定量風險評價子系統(tǒng)。
    ③ 應急管理系統(tǒng)：應急處置方案，應急管理。
    就天然氣管道系統(tǒng)這一整體而言，需要結(jié)合我公司現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)進行完善，分步實施。第一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，進行管理流程的梳理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和入庫功能，開展風險因素識別分析，初步搭建數(shù)據(jù)管理平臺。第二步開展線路風險評價、完整性評價模型的開發(fā)和利用，進行風險評價。第三步開展廠站完整性平臺開發(fā)，完善應急搶險指揮功能，實現(xiàn)風險評價、應急處置、指揮一體化的功能。
    實現(xiàn)管道完整性管理信息共享平臺可以定位在兩個方面：一是實現(xiàn)天然氣管道各業(yè)務部門的風險管理功能，通過它實現(xiàn)各級部門與基層間的完整性管理信息共享；二是作為天然氣管道應急指揮平臺，通過它對風險與應急數(shù)據(jù)庫進行優(yōu)化與智能化處理。管道完整性管理信息平臺見圖1。
 
    管道完整性管理信息平臺根據(jù)相關的數(shù)據(jù)組織、維護、管理標準建立管道風險、完整性數(shù)據(jù)庫，同時具備信息的采集整理、分析處理和發(fā)布輸出功能。數(shù)據(jù)庫包括設備設施數(shù)據(jù)、管道運營數(shù)據(jù)和管道風險相關數(shù)據(jù)。管道業(yè)務系統(tǒng)包括管道數(shù)據(jù)評價、數(shù)據(jù)信息管理、應急管理、管道完整性管理、安全評價、風險評價等子系統(tǒng)，通過GIS共享管道風險、完整性數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息的共享、交互、集成。由于管道完整性管理系統(tǒng)是個較復雜的系統(tǒng)，一方面必須從技術層面上進行信息數(shù)據(jù)的分析、資源優(yōu)化分析處理、信息輸出來實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享、融合，另一方面須建立一套完整的風險、完整性與應急數(shù)據(jù)組織標準、數(shù)據(jù)維護標準、數(shù)據(jù)管理標準來保證系統(tǒng)平臺的正常運行。只有經(jīng)過技術層面和體制層面的整合，在合理的范圍內(nèi)實現(xiàn)信息和資源的充分共享，才能使天然氣管道完整性管理系統(tǒng)達到最大的使用效益。
3.3 完整性數(shù)據(jù)的收集及階段要求
    收集與操作、維護、巡線、設計、運行歷史相關的信息和每個系統(tǒng)和管段特有的具體事故和問題的相關信息，以及收集致使缺陷擴張或可能造成新缺陷的情況和行為，是建立完整性管理體系的基礎。
    ① 管道工程數(shù)據(jù)收集
    管道施工階段管道工程數(shù)據(jù)的收集是后期實施數(shù)據(jù)積累并進行完整性管理工作的數(shù)據(jù)基礎，例如對于焊口、閥門、彎頭、絕緣接頭、穿跨越入土點、地質(zhì)變化點、標志樁、陰極保護樁、地下障礙物的位置及相關的圖片記錄等。本次結(jié)合完整性管理的實施，在2009年西氣東輸二線高壓管道施工階段提出《管道工程數(shù)據(jù)收集規(guī)范》，并在后期管道建設招投標、施工中實施。
    ② 管道運行數(shù)據(jù)的收集
    現(xiàn)階段已投入運行的次高壓天然氣管道，由于施工階段部分數(shù)據(jù)的不完善，通過實施各類檢測工作，完成基礎數(shù)據(jù)的補缺工作。
    ③ 管道完整性管理信息(數(shù)據(jù))收集
    其來源有管道裝置圖、走向圖、航拍圖、原始施工圖、運行管理計劃、應急處置計劃、操作規(guī)范標準，還包括專家對某事件達成共識所量化的經(jīng)驗值。
    在各類數(shù)據(jù)的收集過程中，應注意與現(xiàn)有GIS的整合，開發(fā)建立數(shù)據(jù)錄入、管理平臺，建立健全各類數(shù)據(jù)的收錄格式、審核及錄入機制，編制《完整性管理數(shù)據(jù)錄入規(guī)范》，做好GIS中對于各類管道本質(zhì)屬性及運行參數(shù)的整合，為后期數(shù)據(jù)分析及風險評價提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
3.4 管道風險評價[5]
    在管道使用壽命期間，一些種類的損傷難以準確預測和完全避免，從而難以在常規(guī)設計中解決這些問題，特別是對一些非常規(guī)情況與環(huán)境條件。風險評價的開展，可預先提出風險因素所在，并根據(jù)提出的因素，準確評估可能造成的損失和后果，以此作為基礎，提出在高風險段進行保護的依據(jù)，對于燃氣管道的風險管理意義重大。
    在實踐中，不存在“絕對安全”的管道。國外半個多世紀長輸管道運行、管理和使用的經(jīng)驗證明，不論設計得多么謹慎，運行與管理得多么小心，維護得多么仔細，總有在偶然情況下的管道破壞事件發(fā)生。風險評估的方法是在對災害后果的量化和對可能發(fā)生事故頻率的概率估計基礎上，通過對各種可降低事故頻率的措施和控制災害后果的措施及可能出現(xiàn)的幾種災害后果作綜合量化分析，找出可達到目標風險度或可接受風險度的解決方案。
3.5 完整性評價[6]
   ① 完整性管理風險評價
   完整性管理風險評價體系是管道完整性管理的重要內(nèi)容，其風險評價體系的有效實施將最大限度地預防事故發(fā)生，及早識別危險源。其內(nèi)容包含風險評估的分段、風險評估方法的建立、風險評估方法、風險分析、風險分析排序、完整性風險評價和減緩措施等。
   ② 風險后果評價[7]
   后果評價不僅包括人員和財產(chǎn)特別是房屋的安全半徑，還包括財產(chǎn)的損失、人員的傷亡損失、社會影響、市場影響、政治影響等，主要包括以下內(nèi)容：風險后果的分類標準、潛在影響區(qū)域、需考慮的影響事故后果的因素、危險性與可操作性分析等。
   ③ 管道缺陷評價
   為了保證燃氣管道的安全運行，逐漸開展和實施燃氣管道智能檢測工作。根據(jù)檢測的結(jié)果，對燃氣管道定期進行科學的、有理論根據(jù)的安全評價非常必要。并在評價的基礎上，及時對燃氣管道做出維修決策，及時預防事故的發(fā)生，將事故消滅在萌芽之中，這對于管道的科學管理和安全運行意義重大。開發(fā)管道安全運行和壽命預測的評價軟件，對含缺陷管道進行壽命預測，其數(shù)學模型應充分考慮腐蝕、疲勞等因素的影響，應用此軟件對管道作出完整性評價，給出管道承壓能力和安全系數(shù)，以及維護和修復決策，并提出對若干缺陷點進行監(jiān)測，確定合理的檢測周期等。
4 實施管道完整性管理中若干問題的探討
   ① 天然氣高壓輸配系統(tǒng)工程建設期完整性管理數(shù)據(jù)采集以及錄入、復核是做好完整性管理工作的重要基礎。
    我們認真學習、考察了國內(nèi)完整性管理技術方面領先的油氣管道管理單位，并結(jié)合城市燃氣特點，制定了《深圳市天然氣高壓輸配系統(tǒng)工程完整性管理數(shù)據(jù)采集表》(管道部分)。其中：物資采辦表格4個，管道施工表格26個，穿跨越表格4個，其他表格1個。數(shù)據(jù)采集表格的設計思路主要是結(jié)合竣工資料的要求，通過管道焊縫將所有設備、材料進行空間定位、關聯(lián)，記錄屬性參數(shù)和重要過程數(shù)據(jù)，使之具有可追溯性，滿足后期完整性管理數(shù)據(jù)要求。
    為做好數(shù)據(jù)錄入工作，我們自行開發(fā)了管道完整性建設數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信息錄入平臺，已完成基礎數(shù)據(jù)、物資采辦數(shù)據(jù)、管道施工數(shù)據(jù)和穿跨越數(shù)據(jù)4個功能模塊，已通過驗收并投入運行。對錄入數(shù)據(jù)建立施工單位、建立單位、業(yè)主三級審核制度，確保數(shù)據(jù)的完整和準確。我們將錄入的管道完整性數(shù)據(jù)與GIS相結(jié)合，將實際測量數(shù)據(jù)和管道設計GIS數(shù)據(jù)進行對比，可以及時復核管道完整性數(shù)據(jù)的準確性。
    ② 完整性管理信息化平臺應立足于現(xiàn)有GIS和作業(yè)流系統(tǒng)，與現(xiàn)有信息系統(tǒng)有效地結(jié)合。
    深圳燃氣天然氣輸配系統(tǒng)信息系統(tǒng)包括GIS[8]、SCADA系統(tǒng)[9]和作業(yè)流系統(tǒng)。我公司自主開發(fā)的“城市燃氣管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)”于2008年獲第十八屆廣東省企業(yè)信息化建設創(chuàng)新成果一等獎。城市燃氣管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)以GIS為基礎，適應燃氣行業(yè)信息化建設的需要，從實用、簡潔、靈活、高效出發(fā)，以計算機技術、信息技術為基礎，借助GIS技術空間化、圖形化的特點，提供一個安全可靠、功能強大、界面友好、操作簡便的燃氣管網(wǎng)信息管理平臺，實現(xiàn)燃氣管網(wǎng)的計算機化、網(wǎng)絡化管理，包括燃氣管網(wǎng)的規(guī)劃設計、維護更新、查詢統(tǒng)計、分析優(yōu)化及燃氣日常作業(yè)、搶修調(diào)度、搶修預案、管道檢測數(shù)據(jù)、管網(wǎng)運行動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測等綜合信息的共享，從而滿足燃氣管理各項業(yè)務的要求和需要，提高工作效率，降低管理成本，使城市燃氣管網(wǎng)管理更加規(guī)范化、專業(yè)化和科學化。
    作業(yè)流系統(tǒng)較好地解決了分公司內(nèi)部的各種業(yè)務流程的運轉(zhuǎn)。完整性管理關于數(shù)據(jù)采集、設備管理、工程管理、負荷預測、風險評價等模塊可通過該平臺進行擴展。
    GIS和作業(yè)流系統(tǒng)可調(diào)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，三者共用數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，為后期進行風險評價和完整性評價打下良好的基礎。
    ③ 管道完整性評價應根據(jù)燃氣管道設計壓力、周邊環(huán)境、建設時間等綜合因素進行。
    2010年，我們將根據(jù)計劃對投產(chǎn)3年的安托山門站至坪山門站次高壓管道(DN 500mm)進行內(nèi)檢測，對于天然氣廠站和支線管道將采用超聲導波檢測，優(yōu)化管道陰極保護系統(tǒng)、開展管道的排流工作，進行管道沿線危險邊坡、重點路段管道應力、陰極保護數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，開發(fā)GPS巡查系統(tǒng)等。通過這些技術手段積累管道運行數(shù)據(jù)，加強對管道運行的監(jiān)測，進行風險評價和完整性評價，保證管道的本質(zhì)安全。加強第三方施工的管理，研究管道保護和維修技術，保證次高壓管道的安全、穩(wěn)定運行。對于10年以上中壓燃氣管道，根據(jù)搶修、企業(yè)初步檢測結(jié)果委托國家特檢院進行年度檢測、評估。根據(jù)評估結(jié)果確定中壓燃氣管道更新改造計劃。
5 結(jié)論
    ① 深圳市天然氣輸配系統(tǒng)建設亟需引進、建立完整性管理體系，這對于城市天然氣輸配系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。
    ② 深圳市燃氣管道完整性管理總體方案應以完整性管理體系框架文件為重要前提和指南，從完整性管理數(shù)據(jù)采集以及錄入、復核入手，依托現(xiàn)有GIS和作業(yè)流系統(tǒng)，完善管道建設期及運行的數(shù)據(jù)收集工作，建立完整性管理信息化平臺。
    ③ 完整性管理應加強以預防性維護為主的安全管理模式[10]，實施以管道巡檢、管道陰極保護、腐蝕探測、管道內(nèi)檢測、管道防腐層檢測[11]、管道應力檢測、邊坡土壤位移監(jiān)測、設備維護為主的管道完整性管理模式，不斷強化新技術的應用，建立風險評估、安全評價體系。
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(本文作者：王晨 楊光 王文想 深圳市燃氣集團股份有限公司 廣東深圳 518055)