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[摘 要]根据天然气管道完整性管理技术的研究现状，概述了天然气管道完整性管理的框架流程。阐述了天然气管道完整性管理的主要内容，分析了影响管道安全的主要因素、天然气管道事故后果，介绍了管道完整性检测方法，提出了天然气管道腐蚀控制措施以及天然气管道完整性管理体系发展建议。
[关键词]天然气管道 完整性 管理
中图分类号：TE88 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0088-01
引言
天然气管道大多埋设于地下，穿越地区广，地形复杂，输送介质工作压力高，潜在危险很大，日常检测比较困难，容易受到环境、腐蚀和各种自然灾害的影响，而且介质具有易燃、易爆和易扩散的特性，一旦发生泄漏或断裂将有可能引发爆炸、中毒等重大事故。目前，管道完整性管理已成为管道工程领域的热点。通过管道完整性管理，不仅可以大大减小管线事故发生率，而且可以避免不必要和无计划的管道维修和更换，从而获得巨大经济效益和社会效益[1]。
1、实施天然气管道完整性管理的必要性和意义
为有效遏制管道事故，国内外对于管道失效事故均进行了大量的调查分析与研究。美国、加拿大和欧洲的一些国家先后开始了管道风险管理技术的开发和应用，并建立了管道风险评价体系和各种有效的评价方法，大大提高了管道运行的安全性和经济性。
以往的管道安全管理多为被动的事后响应，不但会因事故造成巨大的财产损失和人员伤亡，而且抢险修复费用巨大。管道完整性管理应变被动为主动，变事后响应为事前检测预防，使管道始终处于受控状态，可以有计划、有针对性地采取维护措施，防止管道失效或事故发生，将管道大修费用投入到最需要的地方，避免部分管道可能发生过度维修或欠维修，从而最大限度地节约成本，保证管道运行可靠。而且，这个管理过程是周期循环和持续改进的，从而使管道处于良好的运行状态，可延长管道寿命。
2、天然气管道完整性管理
2.1 管道完整性与完整性管理的概念
管道完整性是指管道始终处于完全可靠的服役状态。其内涵包括3个方面：管道在物理上和功能上是完整的；管道始终处于受控状态；管道运行商已经并仍将不断采取措施防止事故发生。管道的完整性管理定义为：管道公司根据不断变化的管道因素，对管道运营中面临的风险因素的识别和技术评价，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、可接受的范围之内；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。
2.2 管道完整性管理流程
管道完整性管理的核心是完整性评价。管道的完整性评价包括：管道本体的完整性评价和站场设施的完整性评价（有时也包括储气库的完整性评价）。具体评价工作有：管道本体的适用性评价、防腐涂层的有效性评价、站场设施的故障诊断、地震及地质灾害评估等。
2.3 管道完整性管理的关键技术
管道完整性管理的关键技术包括失效分析及失效案例库的建立、危险因素与危险源识别技术、风险评价技术、管道检测技术、适用性评价技术、机械设备故障诊断技术、地质灾害预警及评估技术、地理信息系统的建立等。
3、影响管道安全的主要因素
影响管道安全的主要因素有设计、制造、施工、腐蚀、运行管理维护、第三方破坏。设计因素主要包括管道强度的安全裕度、允许最大操作压力与实际操作压力的裕度、管道应力变化与频率、管道沉降等方面；制造因素包括管材的内部和表面缺陷、焊缝缺陷、制管偏差与质量控制；施工因素包括管道的敷设、焊接、补口、检验、回填、试压、监理、施工队伍资质等；腐蚀因素为与管内介质腐蚀性强弱和防腐措施有关的内腐蚀和与阴极保护、外防腐层质量、土壤腐蚀性、电流干扰、应力腐蚀等因素有关的外腐蚀；运行管理维护因素包括由于管理水平、技术水平、员工素质和监督机制不健全引起的错误操作带来的破坏；第三方破坏即管道附近区域人为活动造成的管道结构或性能的破坏，主要因素有管道最小埋深、人群活动水平、公众教育状况、管道地面设施等。
4、天然气管道事故后果
管道的失效后果主要表现在人身安全影响、环境危害和财产损失3个方面。对人身安全的影响可分为短期影响和长期影响、死亡和伤害以及不同的伤害类型；对环境的影响主要考虑管道事故对地表水或地下水的污染，对空气和土壤的污染以及对生态系统的影响；财产损失主要考虑对管道公司造成的经济损失，包括管道修复费用、泄漏的介质费用和由于停输造成的损失[2]。
5、管道完整性检测
管道安全检测是进行管道完整性管理的基础，常用方法有压力检测、外检测和内检测（在线检测）。外检测方法主要是声学检测、射线、电位检查、磁法检查等；内检测主要采用管内智能检测器。此外还有缺陷直接评估、防腐层评价、管道泄漏检测等。
5.1 管道内检测方案
根据国内管道的情况，对内检测器进行了缺陷检测效果评价。环向漏磁检测器（TFI）能够检测纵向焊缝的缺陷，三向漏磁检测器能够检测环焊缝裂纹。将TFI和传统的漏磁检测（MFL）结合可以检测螺旋焊缝的裂纹问题。对高精度的MFL，有时也可检测出部分腐蚀裂纹和应力腐蚀裂纹，但不能保证100%的检出。当缺陷检测工作完成后，应对内、外检测结果进行分析和评估，给出管道评估结果和管体需要修复的详细位置、面积、修复方法或优先级等。
5.2 管道缺陷直接评估
根据检测结果对缺陷进行评估是指导管体修复的基础，可以借助国外成熟技术，利用数据库数据，计算得到缺陷的增长率，以确定缺陷的修复办法和修复优先级。根据实际管体缺陷情况分析焊接缺陷的形式，并根据不同的缺陷形式制定相应的修复方式。使用有限元分析方式对性能改变后以及不同修复方式的管材在外部载荷改变条件下进行应力应变分析，指导管道修复方式的优选。评估采用国内外的评估软件[5]，利用检测出的缺陷数据直接评估，并根据国内管道的管材特点进行修正。
6、天然气管道腐蚀控制
管道腐蚀控制主要包括管道基体材料选择、腐蚀环境的控制、防腐覆盖层保护、缓蚀剂的添加、阴极保护、腐蚀检测以及防腐蚀管理等。内部腐蚀控制方法包括：脱硫、脱水处理；内层防腐；添加缓蚀剂；增加管材的腐蚀余量，运行中定期清管，去处管道内部的氧化铁、硫化铁的垢蚀，防止固体物质的污染。外部腐蚀控制包括外层防腐和阴极保护。
7、结束语
国内先后颁布了完整性管理的相关标准，开展了评价方法与检测技术的研究，但管道完整性管理体系的建设在系统性、完整性、先进性上同国外相比还有较大差距，还有许多基础工作需要开展和完善。
（1）明确完整性管理的研究范疇，建立健全相关的规范、标准，加强对完整性管理的技术支持力度和监管力度。其次，根据国内实际情况，对不同时期、不同条件的管道，制定不同层次、分段实施的完整性管理计划。
（2）创建管道多参数大型数据库，建立可以适应未来评价需要的数据库结构和基本程序，搭建数据共享平台，并将其作为整条管道安全评价的基础资料之一进行管理。强化管道缺陷智能检测能力、加强管道的检测及其数据库、管道腐蚀数据库建设等的建立，并且不断更新完善，完成对管道、防护层状况以及其他在役设备的动态管理。
（3）在新管道建设过程中，坚持做好设计的安全预评价、安全评价与安全验收等工作。对近年新建成的大型管道，在已有设计、工程验收的安全评价基础上，及时制定数据收集、基线评价、完整性管理程序的计划并逐步实施，使其管理逐步达到国际先进水平。
参考文献
[1] 张明.城市天然气高压管道完整性管理.上海煤气，2006（5）：4-6.
[2] 潘红丽.管道风险管理方法研究.天然气与石油，2006，24（1）：9-14.
[关键词]天然气管道 完整性 管理
中图分类号：TE88 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0088-01
引言
天然气管道大多埋设于地下，穿越地区广，地形复杂，输送介质工作压力高，潜在危险很大，日常检测比较困难，容易受到环境、腐蚀和各种自然灾害的影响，而且介质具有易燃、易爆和易扩散的特性，一旦发生泄漏或断裂将有可能引发爆炸、中毒等重大事故。目前，管道完整性管理已成为管道工程领域的热点。通过管道完整性管理，不仅可以大大减小管线事故发生率，而且可以避免不必要和无计划的管道维修和更换，从而获得巨大经济效益和社会效益[1]。
1、实施天然气管道完整性管理的必要性和意义
为有效遏制管道事故，国内外对于管道失效事故均进行了大量的调查分析与研究。美国、加拿大和欧洲的一些国家先后开始了管道风险管理技术的开发和应用，并建立了管道风险评价体系和各种有效的评价方法，大大提高了管道运行的安全性和经济性。
以往的管道安全管理多为被动的事后响应，不但会因事故造成巨大的财产损失和人员伤亡，而且抢险修复费用巨大。管道完整性管理应变被动为主动，变事后响应为事前检测预防，使管道始终处于受控状态，可以有计划、有针对性地采取维护措施，防止管道失效或事故发生，将管道大修费用投入到最需要的地方，避免部分管道可能发生过度维修或欠维修，从而最大限度地节约成本，保证管道运行可靠。而且，这个管理过程是周期循环和持续改进的，从而使管道处于良好的运行状态，可延长管道寿命。
2、天然气管道完整性管理
2.1 管道完整性与完整性管理的概念
管道完整性是指管道始终处于完全可靠的服役状态。其内涵包括3个方面：管道在物理上和功能上是完整的；管道始终处于受控状态；管道运行商已经并仍将不断采取措施防止事故发生。管道的完整性管理定义为：管道公司根据不断变化的管道因素，对管道运营中面临的风险因素的识别和技术评价，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、可接受的范围之内；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。
2.2 管道完整性管理流程
管道完整性管理的核心是完整性评价。管道的完整性评价包括：管道本体的完整性评价和站场设施的完整性评价（有时也包括储气库的完整性评价）。具体评价工作有：管道本体的适用性评价、防腐涂层的有效性评价、站场设施的故障诊断、地震及地质灾害评估等。
2.3 管道完整性管理的关键技术
管道完整性管理的关键技术包括失效分析及失效案例库的建立、危险因素与危险源识别技术、风险评价技术、管道检测技术、适用性评价技术、机械设备故障诊断技术、地质灾害预警及评估技术、地理信息系统的建立等。
3、影响管道安全的主要因素
影响管道安全的主要因素有设计、制造、施工、腐蚀、运行管理维护、第三方破坏。设计因素主要包括管道强度的安全裕度、允许最大操作压力与实际操作压力的裕度、管道应力变化与频率、管道沉降等方面；制造因素包括管材的内部和表面缺陷、焊缝缺陷、制管偏差与质量控制；施工因素包括管道的敷设、焊接、补口、检验、回填、试压、监理、施工队伍资质等；腐蚀因素为与管内介质腐蚀性强弱和防腐措施有关的内腐蚀和与阴极保护、外防腐层质量、土壤腐蚀性、电流干扰、应力腐蚀等因素有关的外腐蚀；运行管理维护因素包括由于管理水平、技术水平、员工素质和监督机制不健全引起的错误操作带来的破坏；第三方破坏即管道附近区域人为活动造成的管道结构或性能的破坏，主要因素有管道最小埋深、人群活动水平、公众教育状况、管道地面设施等。
4、天然气管道事故后果
管道的失效后果主要表现在人身安全影响、环境危害和财产损失3个方面。对人身安全的影响可分为短期影响和长期影响、死亡和伤害以及不同的伤害类型；对环境的影响主要考虑管道事故对地表水或地下水的污染，对空气和土壤的污染以及对生态系统的影响；财产损失主要考虑对管道公司造成的经济损失，包括管道修复费用、泄漏的介质费用和由于停输造成的损失[2]。
5、管道完整性检测
管道安全检测是进行管道完整性管理的基础，常用方法有压力检测、外检测和内检测（在线检测）。外检测方法主要是声学检测、射线、电位检查、磁法检查等；内检测主要采用管内智能检测器。此外还有缺陷直接评估、防腐层评价、管道泄漏检测等。
5.1 管道内检测方案
根据国内管道的情况，对内检测器进行了缺陷检测效果评价。环向漏磁检测器（TFI）能够检测纵向焊缝的缺陷，三向漏磁检测器能够检测环焊缝裂纹。将TFI和传统的漏磁检测（MFL）结合可以检测螺旋焊缝的裂纹问题。对高精度的MFL，有时也可检测出部分腐蚀裂纹和应力腐蚀裂纹，但不能保证100%的检出。当缺陷检测工作完成后，应对内、外检测结果进行分析和评估，给出管道评估结果和管体需要修复的详细位置、面积、修复方法或优先级等。
5.2 管道缺陷直接评估
根据检测结果对缺陷进行评估是指导管体修复的基础，可以借助国外成熟技术，利用数据库数据，计算得到缺陷的增长率，以确定缺陷的修复办法和修复优先级。根据实际管体缺陷情况分析焊接缺陷的形式，并根据不同的缺陷形式制定相应的修复方式。使用有限元分析方式对性能改变后以及不同修复方式的管材在外部载荷改变条件下进行应力应变分析，指导管道修复方式的优选。评估采用国内外的评估软件[5]，利用检测出的缺陷数据直接评估，并根据国内管道的管材特点进行修正。
6、天然气管道腐蚀控制
管道腐蚀控制主要包括管道基体材料选择、腐蚀环境的控制、防腐覆盖层保护、缓蚀剂的添加、阴极保护、腐蚀检测以及防腐蚀管理等。内部腐蚀控制方法包括：脱硫、脱水处理；内层防腐；添加缓蚀剂；增加管材的腐蚀余量，运行中定期清管，去处管道内部的氧化铁、硫化铁的垢蚀，防止固体物质的污染。外部腐蚀控制包括外层防腐和阴极保护。
7、结束语
国内先后颁布了完整性管理的相关标准，开展了评价方法与检测技术的研究，但管道完整性管理体系的建设在系统性、完整性、先进性上同国外相比还有较大差距，还有许多基础工作需要开展和完善。
（1）明确完整性管理的研究范疇，建立健全相关的规范、标准，加强对完整性管理的技术支持力度和监管力度。其次，根据国内实际情况，对不同时期、不同条件的管道，制定不同层次、分段实施的完整性管理计划。
（2）创建管道多参数大型数据库，建立可以适应未来评价需要的数据库结构和基本程序，搭建数据共享平台，并将其作为整条管道安全评价的基础资料之一进行管理。强化管道缺陷智能检测能力、加强管道的检测及其数据库、管道腐蚀数据库建设等的建立，并且不断更新完善，完成对管道、防护层状况以及其他在役设备的动态管理。
（3）在新管道建设过程中，坚持做好设计的安全预评价、安全评价与安全验收等工作。对近年新建成的大型管道，在已有设计、工程验收的安全评价基础上，及时制定数据收集、基线评价、完整性管理程序的计划并逐步实施，使其管理逐步达到国际先进水平。
参考文献
[1] 张明.城市天然气高压管道完整性管理.上海煤气，2006（5）：4-6.
[2] 潘红丽.管道风险管理方法研究.天然气与石油，2006，24（1）：9-14.