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【摘要】本文将从以下几个方面对油气管道的完整性管理技术进行分析，讨论油气管道完整性管理技术的几个关键点和主要环节，并分析了其管理技术的进展，以期可以提高油气管道完整性管理的有效性。
【关键词】油气管道；完整性；管理技术
中图分类号：TE973文献标识码：A
一、前言
油气管道完整性管理包括的要素众多，因此，采用合理有效的管理技术，才能够提高管理的效果，确保油气管道的管理能够合理有效，提高油气管道运行过程中的效果。
二、实施管道完整性管理的重要性
20世纪初至今世界石油工业发展迅速。石油工业的发展也给管道工业的发展注入了新的活力。石油天然气的管道运输对我国国民经济起着非常重要的作用。油气输送管道穿越地域广阔，服役环境复杂，一旦发生失效破坏，往往造成巨大的经济损失，造成生态环境的破坏和人员伤亡。据统计，我国现有长距离油气输送管线4.86×104km，城市燃气管道10×104km左右，其中有60%已进入事故多发期，潜在危险很大。
从美国、西欧、前苏联等国家多年的事故统计分析中可以看出，第三方损伤、腐蚀、施工及材料损伤、误操作是引发管道事故的主要原因。天然气管道事故的人员伤亡率高于输油管道。从美国重大事故的统计中可以看出，海洋输气管道的伤亡率大于陆地管道，两者造成人员伤亡的原因中，处于第一和第二位的都是第三方损伤与设备故障、误操作。这两个原因均与管道的管理有关。由此可以看到，全面提高安全管理水平是降低管道事故率的重要环节。
结合国内的国情、生产运行与设施实行情况，当前安全形势严峻。保证新建管道的本质安全和安全合理地继续使用那些存在着各种缺陷的老管道，是管道企业必须解决的问题。完整性管理的重要性就在于它能持续不断地提高新建和在役管道的整体管理水平，从而保障管道的安全运行。
三、管道完整性管理的技术
1.管道风险评价技术
风险的定义为失效概率( Failure Probability) 和失效后果( Failure Consequence) 的乘积, 对某一种失效带来的风险是:
风险值可以量化, 如美元/ 年、人民币/ 年等。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, 综合管道失效案例、管道属性数据( 运行参数、材料参数等) 、环境数据等的综合分析, 并在此基础上开展管道的风险评价。
风险分析的方法包括:
（一）定性风险分析方法, 即专家打分方法、风险矩阵方法和故障树方法。定性风险评价方法可以对管线系统各部分进行快速风险排序, 虽然比较粗略,但可以为基于风险检测提供基础。目前比较普遍的作法是采用如下表所示4 @ 4 的风险指数矩阵, 按高风险、中高风险、中风险和低风险来分级。
（二）定量分析方法, 即概率风险评价(PRA) 方法,是将失效概率和失效后果的值代入式(2) 中求出管线系统的总风险值, 定量风险评价方法往往分析过程比较复杂, 而且需要数据库做支撑。
（三）半定量风险评价方法, 即就是以风险指数为基础的风险评价方法, 能够克服定量风险评价在实施中缺少数据的困难, 已在加拿大和美国管线风险管理中广泛使用。
中国石油管材研究所代表中国石油天然气集团公司, 作为会员单位参加了加拿大C-FER 公司牵头组织, 国际上10 余个国家的管道公司和研究机构参加, 命名为PIRAMID 的工业界联合研究项目, 拥有代表国际先进水平的PIRAMID 管道风险评估软件。另外, 在中国石油天然气集团公司2002 年重点技术开发项目的支持下, 在借鉴PIRAMID 技术基础上,开发了适合我国管线特点的TGRC-RISK 管道定量风险评价软件, 利用该软件可以对油气长输管线进行风险定量评价, 很好地完成管线系统的风险排序。图1给出了该软件应用于西气东输管线风险定量评价的部分结果。图中实线为投产第一年管道的运行风险, 虚线为20 年后的风险。
表1 定性风险指数矩阵
因此，要进行风险评价，首先应该识别其潜在的危险因素，这些危险性因素包括了管体本身的缺陷、施工中形成的缺陷、一些危险物、化学品造成的腐蚀、内外应力的破坏等，通过这些识别，在进行综合失效分析，对其属性的数据性资料、环境数据等进一步分析后，以此为基础进行风险评价。
图1 西气东输管线风险评估结果
2.基于风险的管道检测技术
对于管道风险的检测需要以风险评价作为基础，并对其检测方案进行优化。在进行风险检测时，应该着重把检测的重点放在一些高后果以及高风险管段上，在一些风险较低的管段，可适当配置检测力量。给予给定标准，使风险的检测更有助于管道在以后的运行中风险的降低。
在国内也有很多公司借鉴国外技术开发了有关管道的检测器械。比如新疆的三叶公司、管道技术公司等，他们以国外技术为基础，研发了漏磁检测仪和通径检测器，它们在配套设备以及精确性上还与国外产品有着一定距离，因此，对于具有高分辨率的漏磁检测设备以及利用超声波检测、弹性波检测技术已经成为了研发的重点，同时，针对国内很多管线不适用内测的情况，对直接评估技术的研发也需要建立相关的标准和规范。
3.含缺陷管道适用性评价技术
含缺陷管道适用性评价主要包括了剩余寿命以及剩余强度的检测。
含缺陷管道剩余强度评价以管道缺陷检测为基础，通过实证分析以及严格的理论论证、试验检测等，并结合力学计算技术来对管道允许最大工作压力及临界压力进行测定，对一些缺陷进行维护，为以后操作提供依据。
有关管道剩余寿命的预测，是以动力学为基础，根据其发展规律以及材料的退化性能测算出管道安全运行的时间。对管道实现周期性预测就是在对管道剩余寿命预测结果的基础上完成的。
4.管道地质灾害评估技术
对于那些长距离输送油气管线，由于途径地质的复杂，经常会有很多潜在隐患发生。其中，地质性灾害就是最为常见的一种。对于管道的失效率，很多地段的可靠度都低于实际目标值。因此，为了保证长途运输的安全，必须要对管道进行灾害类措施的防护。由于地质灾害会引起管道的变形以致发生位移情况，也有因为塑性变形而发生的断裂失效等情况，因此，我国历来都高度重视管道地质灾害的预防工作，中油股份已经完成对管道完整性体系的建设，此项目的完成，将对地质灾害、预警以及检测等作出重要的评价。
四、发展油气管道完整性管理技术的几点建议
我国从20世纪90年代初开始油气管道完整性管理领域的研究和实践,通过九五和十五期间的研究攻关,在管道检测技术、含缺陷管道适用性评价、管道风险评估等方面都取得了大量卓有成效的研究成果。由于我国在油气管道完整性管理领域起步比较晚,总体上与国际水平尚存在相当差距,在管理方面和技术方面的问题尚未得到系统解决。为尽快提高我国油气管道完整性管理水平,提出以下建议。
1、政府应尽快将管道完整性管理纳入油气管道安全生产的监督管理法律法规之中,统一和规范油气管道运营企业的完整性管理行为。美国、加拿大等发达国家都已经将管道完整性管理写入政府法规,而且管道运营商对管道实施完整性管理的效果要受到公众的监督。
2、借鉴国际上发达国家的管道完整性管理经验,结合我国油气管线的特点,研究建立我国管道的完整性管理标准体系,包括管理标准体系和技术标准体系,并利用我国在该领域10余年的研究成果,集中力量尽快组织编写相关的标准和规范,使管道完整性管理有法可依。
3、加大管道内检测技术的开发力度。国内廊坊管道技术公司、新疆三叶公司等单位从20世纪90年代开始,借鉴国外先进技术开发管道内检测技术,目前已有中、低分辨率的漏磁检测器,且已应用于许多油气管线。但管道内检测技术与国际先进水平相比差距很大,主要是在分辨率低、种类单一、规格系列不全等方面。管道检测是管道完整性管理的基础和前提,管道内检测技术是管道检测技术的发展方向,我国要提高管道完整性管理技术水平,必须大力发展管道内检测技术。
4、完善管道完整性评价技术。中国石油管材研究所等单位通过九五和十五期间的研究攻关,在含缺陷管道适用性评价、管道风险评估方面已有比较系统的评价方法,开发相应的评价软件,在20余条管线上推广应用,取得了显著的经济效益和社会效益。但管道完整性评价尚有许多方法和技术问题需要研究解决,如管道地质灾害的评估和预警技术、管道防腐层的有效保护寿命预测技术、管道风险判据、油气管道GIS平台和数据库的开发等。
5、管道运营企业SHE管理体系包括健康、安全和环保3个方面,管道完整性管理作为其中管道运行安全管理的重要内容和发展方向,应该和SHE体系相结合,并纳入体系管理之中。
五、结束语
综上所述，油气管道的管理工作至关重要，采用完整性管理技术可以有效提高油气管道管理的效果，进而确保油气管道能够正常稳定的运行，确保油气管道的安全性和有效性。
【参考文献】
[1]黄志潜.管道完整性及其管理[J].焊管，2011，27（3）
[2]赵新伟，路民旭，白真权.管线腐蚀剩余强度评价的研究现状及发展趋势[J].石油專用管，2012，5（4）
[3]陈立杰，王新增．长输油气管道的完整性及其管理[J]．化工之友，2011（17）.
[4]董绍华，杨祖佩．全球油气管道完整性技术与管理的最新进展—中国管道完整性管理的发展对策[J]．油气储运，2011（2）.
【关键词】油气管道；完整性；管理技术
中图分类号：TE973文献标识码：A
一、前言
油气管道完整性管理包括的要素众多，因此，采用合理有效的管理技术，才能够提高管理的效果，确保油气管道的管理能够合理有效，提高油气管道运行过程中的效果。
二、实施管道完整性管理的重要性
20世纪初至今世界石油工业发展迅速。石油工业的发展也给管道工业的发展注入了新的活力。石油天然气的管道运输对我国国民经济起着非常重要的作用。油气输送管道穿越地域广阔，服役环境复杂，一旦发生失效破坏，往往造成巨大的经济损失，造成生态环境的破坏和人员伤亡。据统计，我国现有长距离油气输送管线4.86×104km，城市燃气管道10×104km左右，其中有60%已进入事故多发期，潜在危险很大。
从美国、西欧、前苏联等国家多年的事故统计分析中可以看出，第三方损伤、腐蚀、施工及材料损伤、误操作是引发管道事故的主要原因。天然气管道事故的人员伤亡率高于输油管道。从美国重大事故的统计中可以看出，海洋输气管道的伤亡率大于陆地管道，两者造成人员伤亡的原因中，处于第一和第二位的都是第三方损伤与设备故障、误操作。这两个原因均与管道的管理有关。由此可以看到，全面提高安全管理水平是降低管道事故率的重要环节。
结合国内的国情、生产运行与设施实行情况，当前安全形势严峻。保证新建管道的本质安全和安全合理地继续使用那些存在着各种缺陷的老管道，是管道企业必须解决的问题。完整性管理的重要性就在于它能持续不断地提高新建和在役管道的整体管理水平，从而保障管道的安全运行。
三、管道完整性管理的技术
1.管道风险评价技术
风险的定义为失效概率( Failure Probability) 和失效后果( Failure Consequence) 的乘积, 对某一种失效带来的风险是:
风险值可以量化, 如美元/ 年、人民币/ 年等。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, 综合管道失效案例、管道属性数据( 运行参数、材料参数等) 、环境数据等的综合分析, 并在此基础上开展管道的风险评价。
风险分析的方法包括:
（一）定性风险分析方法, 即专家打分方法、风险矩阵方法和故障树方法。定性风险评价方法可以对管线系统各部分进行快速风险排序, 虽然比较粗略,但可以为基于风险检测提供基础。目前比较普遍的作法是采用如下表所示4 @ 4 的风险指数矩阵, 按高风险、中高风险、中风险和低风险来分级。
（二）定量分析方法, 即概率风险评价(PRA) 方法,是将失效概率和失效后果的值代入式(2) 中求出管线系统的总风险值, 定量风险评价方法往往分析过程比较复杂, 而且需要数据库做支撑。
（三）半定量风险评价方法, 即就是以风险指数为基础的风险评价方法, 能够克服定量风险评价在实施中缺少数据的困难, 已在加拿大和美国管线风险管理中广泛使用。
中国石油管材研究所代表中国石油天然气集团公司, 作为会员单位参加了加拿大C-FER 公司牵头组织, 国际上10 余个国家的管道公司和研究机构参加, 命名为PIRAMID 的工业界联合研究项目, 拥有代表国际先进水平的PIRAMID 管道风险评估软件。另外, 在中国石油天然气集团公司2002 年重点技术开发项目的支持下, 在借鉴PIRAMID 技术基础上,开发了适合我国管线特点的TGRC-RISK 管道定量风险评价软件, 利用该软件可以对油气长输管线进行风险定量评价, 很好地完成管线系统的风险排序。图1给出了该软件应用于西气东输管线风险定量评价的部分结果。图中实线为投产第一年管道的运行风险, 虚线为20 年后的风险。
表1 定性风险指数矩阵
因此，要进行风险评价，首先应该识别其潜在的危险因素，这些危险性因素包括了管体本身的缺陷、施工中形成的缺陷、一些危险物、化学品造成的腐蚀、内外应力的破坏等，通过这些识别，在进行综合失效分析，对其属性的数据性资料、环境数据等进一步分析后，以此为基础进行风险评价。
图1 西气东输管线风险评估结果
2.基于风险的管道检测技术
对于管道风险的检测需要以风险评价作为基础，并对其检测方案进行优化。在进行风险检测时，应该着重把检测的重点放在一些高后果以及高风险管段上，在一些风险较低的管段，可适当配置检测力量。给予给定标准，使风险的检测更有助于管道在以后的运行中风险的降低。
在国内也有很多公司借鉴国外技术开发了有关管道的检测器械。比如新疆的三叶公司、管道技术公司等，他们以国外技术为基础，研发了漏磁检测仪和通径检测器，它们在配套设备以及精确性上还与国外产品有着一定距离，因此，对于具有高分辨率的漏磁检测设备以及利用超声波检测、弹性波检测技术已经成为了研发的重点，同时，针对国内很多管线不适用内测的情况，对直接评估技术的研发也需要建立相关的标准和规范。
3.含缺陷管道适用性评价技术
含缺陷管道适用性评价主要包括了剩余寿命以及剩余强度的检测。
含缺陷管道剩余强度评价以管道缺陷检测为基础，通过实证分析以及严格的理论论证、试验检测等，并结合力学计算技术来对管道允许最大工作压力及临界压力进行测定，对一些缺陷进行维护，为以后操作提供依据。
有关管道剩余寿命的预测，是以动力学为基础，根据其发展规律以及材料的退化性能测算出管道安全运行的时间。对管道实现周期性预测就是在对管道剩余寿命预测结果的基础上完成的。
4.管道地质灾害评估技术
对于那些长距离输送油气管线，由于途径地质的复杂，经常会有很多潜在隐患发生。其中，地质性灾害就是最为常见的一种。对于管道的失效率，很多地段的可靠度都低于实际目标值。因此，为了保证长途运输的安全，必须要对管道进行灾害类措施的防护。由于地质灾害会引起管道的变形以致发生位移情况，也有因为塑性变形而发生的断裂失效等情况，因此，我国历来都高度重视管道地质灾害的预防工作，中油股份已经完成对管道完整性体系的建设，此项目的完成，将对地质灾害、预警以及检测等作出重要的评价。
四、发展油气管道完整性管理技术的几点建议
我国从20世纪90年代初开始油气管道完整性管理领域的研究和实践,通过九五和十五期间的研究攻关,在管道检测技术、含缺陷管道适用性评价、管道风险评估等方面都取得了大量卓有成效的研究成果。由于我国在油气管道完整性管理领域起步比较晚,总体上与国际水平尚存在相当差距,在管理方面和技术方面的问题尚未得到系统解决。为尽快提高我国油气管道完整性管理水平,提出以下建议。
1、政府应尽快将管道完整性管理纳入油气管道安全生产的监督管理法律法规之中,统一和规范油气管道运营企业的完整性管理行为。美国、加拿大等发达国家都已经将管道完整性管理写入政府法规,而且管道运营商对管道实施完整性管理的效果要受到公众的监督。
2、借鉴国际上发达国家的管道完整性管理经验,结合我国油气管线的特点,研究建立我国管道的完整性管理标准体系,包括管理标准体系和技术标准体系,并利用我国在该领域10余年的研究成果,集中力量尽快组织编写相关的标准和规范,使管道完整性管理有法可依。
3、加大管道内检测技术的开发力度。国内廊坊管道技术公司、新疆三叶公司等单位从20世纪90年代开始,借鉴国外先进技术开发管道内检测技术,目前已有中、低分辨率的漏磁检测器,且已应用于许多油气管线。但管道内检测技术与国际先进水平相比差距很大,主要是在分辨率低、种类单一、规格系列不全等方面。管道检测是管道完整性管理的基础和前提,管道内检测技术是管道检测技术的发展方向,我国要提高管道完整性管理技术水平,必须大力发展管道内检测技术。
4、完善管道完整性评价技术。中国石油管材研究所等单位通过九五和十五期间的研究攻关,在含缺陷管道适用性评价、管道风险评估方面已有比较系统的评价方法,开发相应的评价软件,在20余条管线上推广应用,取得了显著的经济效益和社会效益。但管道完整性评价尚有许多方法和技术问题需要研究解决,如管道地质灾害的评估和预警技术、管道防腐层的有效保护寿命预测技术、管道风险判据、油气管道GIS平台和数据库的开发等。
5、管道运营企业SHE管理体系包括健康、安全和环保3个方面,管道完整性管理作为其中管道运行安全管理的重要内容和发展方向,应该和SHE体系相结合,并纳入体系管理之中。
五、结束语
综上所述，油气管道的管理工作至关重要，采用完整性管理技术可以有效提高油气管道管理的效果，进而确保油气管道能够正常稳定的运行，确保油气管道的安全性和有效性。
【参考文献】
[1]黄志潜.管道完整性及其管理[J].焊管，2011，27（3）
[2]赵新伟，路民旭，白真权.管线腐蚀剩余强度评价的研究现状及发展趋势[J].石油專用管，2012，5（4）
[3]陈立杰，王新增．长输油气管道的完整性及其管理[J]．化工之友，2011（17）.
[4]董绍华，杨祖佩．全球油气管道完整性技术与管理的最新进展—中国管道完整性管理的发展对策[J]．油气储运，2011（2）.