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试论长输管道完整性管理及发展趋势

发布时间:2017-03-30      作者:艾军


目前,国内长输管道总里程达12万公里。在半个世纪的发展历程中,管道管理在逐步摸索和发展的过程中,最终找到了一条适合长输管道特点的管理模式——管道完整性管理。就像“贫穷不是社会主义”的伟大论断一样,事故不是完整性管理。完整性管理是一种基于风险的管理。通过完整性数据采集、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维护维修、效能评价六步循环,实现风险的不断识别、评价与控制,最终将事故控制在萌芽状态,进而实现管道本质安全。所以完整性管理的最大特点就是从事故走向安全,而不是从事故走向另一个事故,或者走向另一类事故。

一、完整性管理是保障管道安全的唯一选择

管道作为特种设备,具有“涉及生命安全、危险性较大”的一般属性。即一旦失效,可能会对周围环境和人群会造成较大危害。但与其他特种设备相比,管道作为“无围墙”运行的设备,面临着来自外界各类因素的影响。欧洲天然气管道事故统计的结果显示,外部干扰和管道周围土体移动导致管道失效的次数占总失效次数的56.9%,而这其中还不包括由于管道现场焊接缺陷导致的失效。外界环境对管道风险的影响可总结为如下三个方面。

1.管道的现场焊接方面

与钢管在管厂的制造相比,环焊缝的焊接质量明显受到现场环境的影响。一是现场温度、湿度、风速、空气中沙尘含量等对焊接质量均有不同程度的影响。在不同的地区施工,当地气候条件势必会或多或少的对焊接质量产生不同的影响。如南方湿度较大,容易引起焊丝受潮的问题,东北地区低温环境易引起焊道散热较快,出现裂纹等问题,西部风沙较大易导致焊道表面处理不干净的问题。这就导致了在不同地区采用同一技术和同一标准施工,焊缝出现截然不同的问题。二是由于现场施工条件的限制,现场焊接不可能携带像管厂焊接那样的大型设备进场。尽管近些年来国内在焊机性能改进方面有了长足的进步,但是其焊接设备性能和焊接工艺方面与钢管的制造相比仍然有着明显的差别。即便如此,在一些极端地质环境下,只能采用手工焊接,这给现场焊接质量带来更大的不确定性。

2.自然环境对运行的影响

管道投入运行之后,依然受到较大的自然环境影响。如近期报道的由于持续降雨导致中石化管道被拉裂的情况就是典型的管道受自然与地质环境影响导致的失效。自然与地质因素除了直接导致管道失效外,对管道持续影响导致管道风险增加的情况也同样需要引起重视。比如山西地区管道经过的采空区地层下沉导致管道应力增加乃至变形的问题,西部地区管道途径湿陷性黄土区受暴雨冲刷管道漏空和悬管的问题,管道途径山体滑坡导致管道应力集中的问题,漠大线冻涨溶沉和冻土区管道沉降的问题等等。其次,管道途径不同区域的含水率和土壤含盐量、土壤电阻率等差别较大,导致管道在不同区域出现不同的腐蚀速率。

3.人文环境对运行的影响

除了自然环境的影响外,管道运行面临着更为复杂多变的人文环境。其中第三方损伤是导致管道失效的最重要因素。在美国,即便采用了向公众公开管道走向信息、管道直呼系统等措施,每年由第三方导致的失效仍占管道失效总次数的35%左右。除此之外,管道沿线存在大量电气化铁路建设,高压线建设等可能会导致局部管道腐蚀速度异常等。

4.管道泄漏影响存在巨大差异

对于同一个管道系统在同一个运行状态下来说,单位长度内所容纳的油品(或天然气)量是一致的,但是管道泄漏点上下游高程情况等外界因素对管道泄漏量具有较大影响。而管道泄漏点是否位于高后果区及高后果区类型和潜在影响区域内的人文地理环境对泄漏后果具有决定性意义。因此,即便在相同泄漏量和相同后果类型下,泄漏后果有着巨大差异。

综上所述,外部环境对管道的安全管理有着举足轻重的关系,从而给管道管理带来了巨大的不确定因素和偶然性,这在客观上就要求管道管理的最佳选择是基于风险的管理。

二、强制性法规提出了更高要求

新“两法”的实施,将生产运行单位的安全环保要求推到了一个新的高度。《中华人民共和国特种设备安全法》于2014年1月1日颁布实施。2014年10月30日国家质量监督检验总局颁发了《特种设备目录》,目录明确规定长输输油、输气管道属于特种设备。2014年11月22日发生在山东省青岛市的中石化东黄输油管道泄漏爆炸特大事故将管道安全推到了前所未有的高度,使政府、公众和管道企业同时意识到管道安全的重要性。2016年11月29日,国家质检总局联合国资委、能源局下发了《关于规范和推进油气输送管道法定检验工作的通知》(国质检特联[2016]560号),文件明确了长输管道在运行阶段开展检测和评价工作的周期、作业标准和规范、人员资质等方面的要求,管道作为特种设备管理进入实质性管理阶段。下一步势必会推行管道的登记、报备管理,届时将要求管道企业建立管道各生产建设运行环节的质量证明文件和全面的管道技术文档,而这些文件和数据的管理给管道数据管理提出了新的更高要求。

1.细化到每一根管的管理

特种设备监管的主要目标就是掌握特种设备的动态安全状况确保特种设备的安全。钢管制造完成后要经历运输、中转站存储、运输到现场、布管等环节,才能进行现场的焊接。在这一过程中无法保证同一批次的钢管能够在同一个区域内使用,这就出现了即便相邻的两根管子,可能会出现板材来自不同的钢厂,管子由不同的管厂生产的情况。从监管和质量责任追究的角度来讲,管道一旦发生泄漏,需要知道事故管段的板材生产单位、钢管制造单位、施工单位等责任主体和运行单位维护操作历史。而相邻的钢管之间这些属性各不相同,因此要想达到特种设备监管的要求,管道信息一定要具体到每一根钢管和每一道焊缝,针对钢管和焊缝建立技术台账。而实际上内检测技术的发展已经将管道本体风险的管理细化到了钢管管理的水平。

2.全生命周期管理的要求

数据模型是为了便于数据的查询、展示、应用而建立起来的一种数据组织方式。目前,管道建设期建立了一套以质量追踪为主线的数据模型。通过焊缝编号、钢管号、钢卷号等可快速查找每个环节的质量证明文件。而物联网等技术的发展,如二维码,使产品的终身追踪更为便捷。但是管道一旦下沟回填,在不开挖的情况下就无法进行身份信息的确认。而随着防腐层老化管道标示脱落等,使产品质量追踪变得几乎不可能。因此建立管道身份信息永久识别方式至关重要。目前这一工作主要是通过管道身份信息与地面坐标位置进行关联、管道身份信息与内检测数据关联的方式实现的。GB32167《油气输送管道完整性管理规范》第5.4条明确了数据对齐相关要求。

3.数据一致性的要求

尽管管道在生产制造、现场施工、运营的各个阶段都有相关的规定所需开展的测试内容和要求,但是由于涉及环节较多,目前存在着各管道企业之间管道数据标准不一致的情况。甚至同一个管道企业不同的管道建设单位所提供的管道历史数据都不统一。这给管道企业使用这部分数据带来极大的难度,同时也使管道监管工作面临巨大困难。为了数据在各环节间流转的顺畅和管理便利,应在国家层面,至少在行业层面应建立统一的数据移交标准,包括各环节数据移交的内容、格式、形式(电子还是纸质)。因此建立涵盖管道设计、采购、制管、现场焊接、运营等各管理阶段统一的数据标准对于管道监管和管道安全运营均有重要作用。

三、新技术为管道管理的提升带来新机遇

与公路、铁路、水运这些运输方式相比,长输管道运输具有跨区域连续线性分布和无围墙管理的两大特性。其中,无围墙管理模式的特点和对管道的影响在前面进行了分析。而长距离跨区域连续线性分布的特点则形成了管道点多、线长、面广的连续的现场维护要求。

首先,管道线路连续的分布在管道沿线,不可能像公路罐车、铁路槽车、水运船舶那样开到一个地方进行集中的维护,只能是管道管理者到现场进行维护操作。

其次,管道一旦投产,管道内就充满油气介质,其危险性是持续存在的,而其他运输方式,如罐车、槽车等,虽然对沿途也有危险性,但是车开来之前危险是不存在,车开走之后危险也就立即消除。相比之下,管道的危险性是在时间上具有连续性,这也就要求对管道的监控、维护等也要在时间上具有连续性。

最后,也是最重要的一点就是,长输管道的长距离跨区域性特性,长输管道短则几十公里上百公里、长则上千公里,可能要跨越几个省级行政单位、几十个市县区、上百个行政村。地理上的空间距离和沿途多变的人文地理环境在现场维护和管道管理之间建起了一道无形的壁垒。管道管理既无法像站场那样发展高度自动化管理,依靠各类传感器、探头等进行监控,也无法实施千篇一律统一模式的管理策略。在这种情况下,管道企业只能提出一地一案、一季一案等因地制宜的方法来应对管道不同区域不同时间的风险。随着管道区域化管理模式的不断推进,地理空间距离给管道管理带来的不便将日益凸显。

1.互联网+的基本特性

下面我们来分析一下互联网具有的特征,以及这些特征是如何化解管道管理的这些难题的。互联网的特性包括:

(1)不受地理空间距离的限制

早在10几年前,互联网异军突起的时候,就有地球村的说法。运用互联网,可以使远在千里之外的人聊天、视频,这些功能就不说了。如今大家完全可以足不出户,就可以通过互联网开展购物、交水电费等日常生活活动,可以开展异地批阅公文、召开会议、远程监控等各类生产活动。从本质上来说互联网帮助大家摆脱了空间距离的束缚,使信息传递不在受空间的局限,而空间的束缚恰恰是管道企业管理所面临的最大问题。

(2)具有广泛参与性

目前互联网不再是什么高大上的东西,而具有广泛接受性。据统计,腾讯微信用户达到6.5亿人,而阿里巴巴在双十一当天的交易量就达到1200亿元人民币。从这个数据不难看出,互联网走进了至少半数以上的国人日常生活中。这一人群中当然包括管道沿线的地主、巡线工、挖掘机手、政府管理人员、管道周边群众,因此将来完全有可能借助这一平台开展管道宣传、识别并管理管道巡护、进行管道信息上报、甚至开展简单的管道维护。

(3)具有连续性和实时性

互联网的服务是24小时不间断的,而且以目前的网络速度,信息传递的延迟可以以秒计算。这对于管道异常处理极为重要,管道企业完全可以通过远程监控和现场简单的人工干预就可以实现第一时间发现、第一时间上报、第一时间处理。

2.互联网+模式下的管道保护管理的预测与展望

下面以管道保护业务为例,分析一下互联网+模式下管道管理模式。管道保护业务可细分为管道宣传、三桩维护、管道巡护、第三方监管几个部分。

(1)管道宣传

从风险分析的角度来讲,管道面临的风险大小取决于两个方面,一是管道危害因素的攻击强度,这取决于管道的抗损伤能力、管道周围施工次数、施工类型、周围群众和地方政府的管道保护意识等;二是管道保护的防御能力,这包括巡线频次、宣传力度、地面标示设置等。从风险控制的角度来讲,原来管道保护提出的人防、技防、物防,都是从防上做文章,也就是提高防御能力。而目前部分管道企业开展的管道精准化宣传,从根本上突破了管道保护的模式,他从提高周边人员管道保护意识、减少管道周围未知情况下的施工次数等角度来做文章,是釜底抽薪的做法。然而采用传统的宣传模式,企业很难将所需宣传的对象全部找出来,即便全部联系到,也很难再后期进行持续宣传也有较大投入。

互联网+管理模式下我们只需要将需要宣传的人员扫描一下二维码就可以永远地找到他,并持续向其传递管道保护的相关知识。扫码送话费、扫码抽奖、扫码送礼品的活动会使管道周边人群快速加入,这会让被宣传对象主动找到我们。而只要我们一次性将所需宣传的人员联系到,就可以持续地向所需宣传的对象推送管道宣传的知识。

为了确保宣传效果,我们甚至可以开展公众号有奖答题活动,将需要宣传的内容制作成一些简答问题,只要答对就可以领取一定数额的红包。这要比拿着脸盆满大街被人追要有效果得多。

(2)管道巡护

在宣传管道保护的基础上,企业甚至可以向巡护有奖的方向发展,任何人只要发现管道上方的异常活动只要在手机上轻轻一点就可以将事件上报给管道企业,这样就可以领取到企业发给的一个红包,或者只要有人愿意按企业规定的路径按管道企业要求进行巡护,那么就可以领取一定数额的红包。

如果这种模式发展成熟的话,巡线业务甚至可以完全有周边群众自由认领,每天都有管道周围人员按照自己的时间安排在线上提出自己想要巡线的管段和时间,由管道企业按照有奖问答情况、异常上报情况等择优选择由谁来巡护。当然如果需要现场简单维护,如扶桩等,按次悬赏就行了,管理人员甚至连现场都不用去,这时候什么巡线车辆、巡线员,统统变成浮云。

(3)主动出击,织密防护网

前段时间,有一篇文章是关于运用移动通讯信号定位管道周围人员的文章。文章的大体意思是手机在开机状态下,运动运营商就可以将其进行定位。当定位到有人在管道附近出现且持续时长超过一定时间时,就由巡护人员到现场进行确认情况。其实在这个基础上如果更进一步,给可以信号的人发给短信,提示一下周围有管道,如果要施工的话需要提前联系管道企业,顺便发个红包,我想这个人肯定乐意打个电话联系一下管道企业,毕竟没有一起第三方施工是为了顺便把管道打漏的。

至于第三方监管,如果有人愿意将自己的手机架设在第三方施工的现场,管道企业给派发个小红包应该是完全没有问题的。管道管理人员一直盯着监控室里传来的视频信号就可以了,完全没有必要亲临现场。

基于以上分析,个人认为,互联网+管道管理的模式可大幅提升管道管理水平,特别是在区域化管理模式,互联网+管道的结合会越来越紧密。

四、结束语

管道最大的风险来自于各类外界因素,这给管道的管理带来巨大的不确定性和偶然性.完整性管理是一种基于风险的管理,是长输管道管理经过长期实践而做出的最终唯一选择。随着国内安全环保要求的不断提升,管道企业向着更加精细化的方向发展,这在客观上要求全生命周期的管理和细化到每一根管的管理。然而挑战与机遇总是并存的,互联网+技术、大数据思维和相关技术的发展给管道管理也带来了巨大提升的空间。

(本文得到中石油管道公司管道处及完整性中心专业人员的大力帮助,在此深表感谢!)

                  (作者系审核与标准化事业部技术总监)



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