长输油气管道的完整性管理.pdf

2 01 1正 第 6期 綮 技 术 P i p e l i n e T e c h n i q u e 5 设 各 a n d Eq u i p me n t 2 01 1 No ． 6 长输油气管道的完整性管理 冯庆善 ， 王学力 ， 李保吉 ， 何悟忠。 ， 张存生 ， 张永盛 ， 郭 莘 1 ． 中国石油管道公司， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 ； 2 ．中国石油管道公司沈阳技术分公司， 辽宁沈阳1 1 0 0 3 1 ； 3 ．中国石油管道公司沈阳输油气分公司， 辽宁沈阳1 1 0 0 3 1 摘要 文中对管道完整性管理的背景、 理念和原则、 管理的标准体系、 管理方法， 以及新建管道完整 性和站场完整性管理等进行 了阐述 ， 介 绍了国内长输管道 完整性 的主要 成果和做 法， 总结了长输管道 完整性管理具备 的一般特征。 关键词 管道 ； 完整性； 安全评价 中图分类号 T E 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 1 0 6 0 0 0 1 0 5 O 引言 管道是石油天然气经济、 高效运输的方式， 在国 民经济和社会发展中起着十分重要的作用。管道运 输具有许多优点， 但由于石油天然气的易燃、 易爆和 具有毒性等的特征， 管道运输安全日益受到关注。从 保证管道安全的角度 ， 管道管理可分为 3个层次 ， 分别 是可靠性评价 检测与安全评价 、 风险评价和完整性 管理， 其中完整性管理是在可靠性评价和风险评价基 础上的全面概括和提升⋯。 管道安全评价与完整性管理始于 2 0世纪 7 0年 代， 美国首先开始采用风险分析技术来评价油气管道 的危险性， 以期最大限度减少油气管道事故的发生和 尽可能延长管道使用寿命， 合理分配管道维护费 用 J 。2 O世纪 8 0年代， 一些欧美管道工业发达国 家开始建立风险评价模型和信息数据库， 研发评价软 件， 制定和完善风险评价规范和标准。2 0世纪 9 O年 代， 许多油气管道都已采用安全评价与完整性管理技 术来指导管道的维护工作。进入2 1 世纪， 管道完整性 管理在油气管道行业更加系统、 全面。美国于2 0 0 2年 1 1 月 1 5日通过了第 H ． R ． 3 6 0 9号 管道安全改进法 案 ， 2 0 0 2年 1 2 月 1 7日该法案生效， H ． R ． 3 6 0 9 P S I A T h e P i p e l i n e S a f e ty I m p r o v e m e n t A c t o f 2 0 0 2 第 1 4 章 中明确要求管道运营商在管道高后果区实施管道完 整性 管理 ， P S I A也 写入 了 A N S I 相 关标 准 中。2 0 0 6 年， O P S 修改了 管道安全改进法案2 0 0 2 } ， 更名为 管 道安全与可靠性改进法案2 0 0 6 }} ， 增加相关规定。 管道完整性管理在油气管道行业的快速发展主 要是来源于内外两方面的推动力， 内部因素主要是 大量服役多年的老管道存在着安全隐患， 需要及时检 收稿 日期 2 0 1 11 01 9 测和管理； 老管道建设期焊接和检测技术落后， 管道 质量较差， 需要加大安全管理力度； 各种事故频繁发 生， 造成了巨大的损失； 资源优化的需求。外部因素 主要是 社会和公众对于油气行业 日益关注； 第三方 破坏， 对管道的安全性管理提出了更高的要求； 管道 完整性管理相关的法律、 法规和标准相继出台， 要求 管道运营者开展完整性管理工作； 管道完整性检测与 评价技术的快速发展， 新材料的应用。 1 管道完整性管理概念解析 管道完整性 P i p e l i n e I n t e g ri t y 有4层含义 在物 理上是完整的， 在功能上是健全的； 管道完整性应该 是指管道受控， 始终处于安全可靠的状态； 管道管理 者不断采取措施和改进方法来防止管道事故的发生， 确保管道的完整； 在时间上是全寿命周期， 即覆盖了 设计 、 施工、 运行 、 废弃全过程。 管道完整性管理是一种以预防为主的管理模式， 是为确保管道完整性而进行的一系列管理活动， 具体 指管道管理者针对管道不断变化的因素， 对管道面临 的风险因素进行识别和评价， 不断改善识别到的不利 影响因素， 采取各种风险减缓措施， 将风险控制在合 理、 可接受的范围内， 最终达到持续改进、 减少管道事 故、 经济合理地保证管道安全运行的目的。 [4 - 6 ] 管道完整性管理的范 围非常广 ， 包括 了直接影响 管道安全输送的所有因素， 具体如图 l 所示。 2 管道完整性管理原则和要点l 4 1 完整性管理应从管道的规划和设计时期开 始， 并贯穿管道的整个生命期。 2 完整性管理是一个持续改进的过程， 应确定 管道不同时期的管理重点； 完整性管理程序本身的效 能评价是管道完整性管理程序的一部分， 应定期对管 2 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t NO V ． 2 0 1 1 道完整性和完整性管理程序进行评价。 3 完整性管理平台应采用统一的数据库结构、 数据库平台， 并保证完整性管理所采用的信息的准确 性和完整性 。 4 风险评价作为完整性管理的重要环节之一应 定期 开展 ， 应对 发现 的重要危害， 立 即采取风险削减 措施 。 图 1 完整性管理的范围 3 管道完整性管理标准规范体系 管道完整性管理主要是依据欧美国家管道完整 性管理法律、 法规和标准体系展开， 这些规范主要包 括 4 9 U ． S ． C ． 6 0 1 ．管道安全法 、 H ． R ． 3 6 0 9管道 安全改进法 、 美 国联邦规章第 4 9篇运输 、 A S ME B 3 1 ． 8 S输气管道系统完整性管理 、 A P I 1 1 6 0危 险液体管道完整性管理、 A P I 1 1 2 9危险性液体管道系 统完整性的保证措施、 Z 6 6 2 0 7加拿大油气管道标准 “ 附录N ” 、 A S M E B 3 1 ． G确定腐蚀管线剩余强度手册、 N A C E R P 0 5 0 2管道 外 腐蚀 检 测 与直 接评 价 标 准、 N A C E T 0 3 4 0 I C D A内腐蚀直接评估技术、 A P I 5 7 9 适 用性评价推荐作法、 N A C E R P 0 1 0 2管道内检测的推 荐实践标准、 A P I 1 1 6 3管道 内检测系统标准、 N A C E p u b 3 5 1 0 0管道 内检测 报告 、 A P I R P 5 8 0基于风险 的检测 、 A P I R P 5 8 1基于风险 的检测技术 、 N A C E R P 0 5 0 2管道外腐蚀 直接评价方法、 N A C E R P 0 1 0 5管道 内腐蚀直接评价方法、 N A C E R P 0 2 0 4应力腐蚀开裂 直接评价方法、 N A C E T M 0 1 0 2管道防腐层导电性检 测方法、 A P I 5 7 0管道检验规范在用管道系统检验／ 修 理／ 改造和再定级、 A P I R P 2 2 0 0原油／ 液化石油气及 成品油管道维修推荐作法、 A S M E B 3 1 ． Q输气管道操 作人员的资质标准、 A N S I ／ A S N T无损检测人员资格评 定导则、 A P I R P 1 1 2 0液体管道维修人员的培训与认 证、 A P I R P 1 1 6 2 、 A S N T I L I P Q管道内检测员工的资 格。 国内管道完整性管理开展初期主要是参照欧美 国家的标准和规范， A S d E B 3 1 ． 8 s 输气管道系统完 整性管理 和 A P I 1 1 6 o 危险液体管道的完整性管理 被采标为石油行业标准 S Y ／ T 6 6 2 1 输气管道系统完 整性管理 和 S Y ／ T 6 6 4 8 危险液体管道的完整性管 理 。另外， 石油企业也根据国内行业的实际情况制 定了符合自身需求的标准和规范， 如中石油管道公司 制定的 完整性管理系列规范 。 4 管道完整性管理程序 管道完整性管理程序主要包括法规遵守、 整体计 划构架、 风险评价和缓解措施、 持续评价和变更管理 等基本要素， 这些要素需要通过实施的流程来体现， 并成为管道完整性管理的主要内容， 根据 S Y ／ T 6 6 4 8 危险液体管道的完整性管理 ， 管道完整性管理的主 要流程见图 2 。 图 2 S ／ T6 6 4 8中的完整性管理流 程图 根据 S Y ／ T 6 6 2 1 输气管道系统完整性管理 ， 管 道完整性管理的主要流程见图3 。s Y ／ T 6 6 4 8 危险液 体管道的完整性管理 和 s Y ／ T 6 6 2 1 输气管道系统完 整性管理 中所描述的管道完整性管理流程是国际油 气行业管道完整性管理普遍采用的流程， 其核心是风 险评价和检测。 识别危害因素对管道 可能造成的影响 第3章 数据收集、检查和整合 第4章 风险评估 第5章 各种危害评价 完整性评价 第6 章 对完整性评价的影响和减缓措施 第 7 章 图3 S Y ／ T 6 6 2 1中的完整性管理流程图 根据国际通用标准， 结合国内管道运营的实际情 况， 中国石油管道公司制定了 完整性管理系列规 范 ， 并提出了开展管道完整性管理的 5 个层次， 包括 第6 期 冯庆善等 长输油气管道的完整性管理 3 体系文件、 标准规范、 系统平台、 支持技术和实施应 用， 以及6步循环， 包括数据收集、 高后果区识别、 风险 评价、 完整性评价、 维修与维护和效能评价。具体架 构如图 4所示 。 图 4 完整性 管理 系统 的架构 体系文件是一组将完整性管理各个环节涉及的 活动文件化的文档， 一般分为三级 管理手册、 程序文 件和作业文件 。管理手册总体阐述了完整性管理系 统， 概述了工作 目标和各项活动， 程序文件规定了工 作内容和职责， 作业文件规定了具体的工作方法。 标准规范规定了完整性管理各个环节的工作要 求 ， 对实际活动有指导意义。 系统平台是计算机技术在完整性管理中的应用， 通过系统平台， 可以用数据库很好地管理管道的各种 数据， 并可基于数据库开发各种分析评价软件和决策 系统， 能显著提高完整性管理的效率和水平。 完整性管理的各个环节涉及很多配套的支持技 术 ， 这些技术的发展水平直接影 响到完整性管理的顺 利实施。 管道完整性管理的每个环节的信息都来源于实 际， 并通过系统分析等技术， 来科学指导实际应用， 反 馈改进 ， 持续提高， 优化资源配置。 4 ． 1 数据采集 目 前， 随着计算机、 电子、 测绘、 遥感、 地理信息等 多项技术快速发展， 国内外一些管道运营公司建立了 针对自己管道特点的数据采集方法和标准。数据采 集内容一般包括 管道中心线及管道设施数据是指包括管道中心 线在内的从设计、 施工到运行的干线、 支线上所有管 道设施等数据， 如钢管信息、 防腐层、 弯头、 阀。 管道缺陷数据是指金属损失、 裂纹、 管体变形、 焊 缝缺陷、 防腐层缺陷等数据。 管道事故数据包括地质灾害、 第三方破坏等数 据。 管道沿线环境数据是指管道周边包括断层、 地震 带、 建筑物、 公路、 铁路、 河流、 气候等数据， 空间信息、 地理位置通过对高精度遥感影像进行矢量化提取。 基础专题数据包括各种比例尺的专题数据。 遥感影像数据是指管道两侧一定范围内的高精 度光栅格式的影像数据。 4 ． 2 高后果区识别 高后果区是指管道如果发生泄漏会严重危及公 众安全和 或 造成环境较大破坏的区域， 高后果区管 段是实施风险评价和完整性评价的重点管段， 管道运 营公司应在高后果区管段上实施完整性管理计划。 高后果区并不是不变的， 随着管道周边人口和环境的 变化， 高后果区的位置和范围也会有所改变。 4 ． 3 风险评价 风险评价是开展完整性管理的核心环节， 识别和 分析工程、 系统、 生产经营活动中的危险因素， 预测发 生事故造成危害的可能性及严重程度， 提出科学、 合 理、 可行的安全对策， 给出评价结论。通过风险评价 可以了解管道的各种危害因素， 明确管道的管理重 点， 有利于实现风险的预控， 保障管道的安全运行。 管道风险评价的方法主要包括半定量风险评价 、 定量 风险评价。 4 ． 4完整性评价 管道完整性评价目的是明确管道的状况， 制定相 应计划， 降低管道风险， 确定管道再检测时间间隔等。 开展完整性评价， 首先应确认对所评管道适用的评价 方法， 如内检测评价法、 压力试验、 直接评价法。 4 ． 5 维修与维护 维修维护是根据评价的结果， 采取风险减缓措 施。对于管道本体缺陷， 主要的减缓措施包括缺陷的 修复、 补强等， 严重时需进行换管； 对于自然与地质灾 害， 主要的预防和减缓措施包括地质灾害预警、 地质 灾害点监测与治理、 修建水工保护设施， 必要时还会 换管； 针对第三方损坏， 主要是采取预防性措施， 包括 管道保护和巡线、 第三方施工监护等。 4 ． 6 效能评价 效能评价 P e r f o r m a n c e A s s e s s me n t 是指对完整性 管理系统进行综合分析， 把系统的各项性能与任务要 求综合比较， 最终得到表示系统优劣程度的结果。效 能评价得出来的一般是一个相对意义上的结果， 对于 运营公司整体管理系统来说， 效能评价和审核结果需 要跟运营公司的长远规划和年度计划结合起来考虑， 对于具体设备单体来说， 效能评价就是性能的评价。 4 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t N O V ． 2 0 1 1 效能评价关注的是管道完整性管理的结果 ， 找 出不符 合实际期望值的元素， 提出效能改进建议， 进行效能 跟踪 ， 确定效能评价的周期 ， 并通 过系统 的效能评价 和审核来不断说明效能评价对象的改进程度。 5 建设期管道完整性管理程序 建设期管道 完整性 管理主要 以保证 管道运行安 全、 经济为核心， 通过在建设期各阶段实施风险识别 和评价等技术手段 ， 识别 出管道可 能发生 的风险 ， 并 在建设期各个阶段采取合适的风险控制措施， 保证管 道结构和功能完整 ， 实现管道本质安全。 建设期管道完整性管理应贯穿于预可行性研究 、 可行性研究 、 初步设计 、 施工图设计 、 施工 、 投产试运 、 竣工验收的全过程。其中， 风险评价应是建设期管道 完整性管理的重要环节。运营期管道完整性管理的 水平有赖 于建设期管道数据采集的真实性 、 准确性和 完整性 。 建设期不同阶段， 完整性管理的侧重点也有所不 同 ， 依据建设期各 阶段特点 ， 给出了各 阶段管道风险 控制应做的主要工作。具体如表 1 所示。 表 1 建设期各阶段完整性管理要素分析表 6 站场完整性管理框架 目前， 国际上并没有通用的站场完整性管理 的概 念与实施技术 。站场完整性是管道完整性 管理概念 的延伸 ， 以及机械完整性管理 、 资产完整性管理等概 念的具体化。因此 ， 站场完整性首先要解决 的问题是 研究对象、 目标等问题的确定， 其次才是采用何种技 术和方法的问题。 6 ． 1 管理对象 从安全、 环境风险角度出发， 管理对象应包含一 些含有高能量物质的实物资产 能量形式包括热能 、 电能、 化学能、 压能等 以及为预防、 控制和减缓这些 能量释放和转化而存在的实物资产。具体包括 与油 气泄漏可能性相关设备 储罐、 站内管线、 阀门、 泵、 加 热炉、 换热器等与油气接触的设备实施 ； 与高温高压 水泄漏可能性相关设备 加热炉 、 换热器 、 热水 锅炉 、 蒸汽锅炉 ； 与 电泄漏可能性相关 的设备 变压器 、 电 机等与强电接触的设备 ； 与泄漏后果相关的设备 监 控系统、 防火堤、 围堰、 消防设施等防止泄漏后果扩大 的设备实施 。 从工艺中断风险的角度出发 ， 管理的对象应该包 含一切为了满足站 内工艺需求而存在 的设备设施 ， 以 及为了确保这些功能而存在的辅助设备设施。具体 包括的对象应 该 由站 场 的具体 功能 而定 ， 建议通 过 H A Z O P和失效模式 及影响分析 F ME A 来确定 。一 般下列设备会包含在内 动力设备 电机、 燃气轮机 等， 与之相关的供电设备也会考虑在内 ； 压力控制设 备 泵 、 压缩机、 调压设备 、 阀门、 泄压设备等 ， 以及与 压力控制相关的自动化仪表设备 ； 存储类 储罐、 管 道等 ； 加热类设备 加热炉、 换热器、 锅炉等设备， 以 及为改善油品物性而设置的各类加剂设备 。 6 ． 2 管理方法 完整性管理 的 目标 就是采用最低 合理可行 的原 第6期 冯庆善等 长输油气管道的完整性管理 5 则 ， 将风险控制在可接受的范围内， 站场的风险可以 分为安全风险、 环境风险和工艺中断风险。站场完整 性管理的 目标就是将这三类风险进行有效控制。 风险由失效可能性和失效后果组 成。对于安全 风险和环境 风险， 失效可能性具有相似 的考虑 ， 那就 是容器或媒介 物的结 构失效。这类失效 的机理一般 与时间相关 ， 采用检测 、 评价 、 修复 的持续管理方式。 通常采用基于风险的检验 R B I 的管理方法。 针对安全风险的失效后果， 主要是考虑一旦失 效 ， 是否有足够的能力将失效 的影响控制在一定 的范 围内。通 常采用量化风 险评价 Q R A 的评价方 法。 为了减小或者避免安全风险的后果， 国际惯例是对安 全系统进行独立设计和审核， 其评价技术为安全完整 性等级 S I L 。 针对环境风险的失效后果 ， 与安全风 险类似 ， 不 同的是环境风 险主要考虑泄漏后对环境 的影 响。 目 前国内正积极引进环境敏感性分析 E I A 的方法。 工艺中断的风险主要体现在设备可靠性水平和 工艺对设备可靠性需求之间的差别上。如果设备可 靠性水平高于工艺需求， 那么风险较低， 反之较高。 通常采用以可靠性为中心的维护 R C M 评价方法。 设备可靠性需求是通过设计的工艺功能及实现 这些功能存在的偏差分析 通常用 H A Z O P 和设备失 效及失效后对工艺的影响 通 常用 F M E A 来确定对 设备可靠性的要求。 根据设备分类和站场管理技术， 将站场完整性管 理的要素进行分类和归纳， 结合管道完整性管理现 状 ， 得出管道系统完整性管理框架 图5 。 圜⋯⋯圃 l 一 ⋯⋯ 回 ～_-二辟 I 一 1 辎 二 二 I-_姻 7 结束语 1 完整性管理程序应该是管理 系统 的一部分。 完整性管理程序应该与 日常和长期的经营策略和活 动联系在一起 。 2 开发、 维护和管理一个完整性计划需要平衡 有限的投入和庞大的投资需求之间的矛盾， 要保证把 有限资源应用到高后果和高风险段的管理中， 要确保 高风险管段的风险能得到优先控制。 3 完整性管理程序必须遵守所有相关的法律法 规、 标准体系、 作业指导等， 要关注这些文件的更新， 确保程序的合规性 。 4 完整性管理程序要始终把保护公众和环境做 为实施的首要目 标和终极目标， 程序中所有工作要围绕 降低和减缓管道运营带来的公众和环境风险而开展。 参考文献 [ 1 ] 杨祖佩， 王维斌． 油气管道完整性管理体系研究进展． 油 气储运， 2 0 0 6 8 71 3 ． [ 2 ] 姚安林． 国内外油气管道完整性管理技术比对研究．石 油工业技术监督， 2 0 0 8 ， 2 4 3 51 2 ． [ 3 ] 姚伟． 油气管道科技丛书一油气管道完整性管理技术． 北 京 石油工业出版社， 2 0 1 0 ． [ 4 ] Q ／ S Y 1 1 8 0 ． 1 2 o 0 9 管道完整性管理规范． [ 5 ] 王学力． 油气管道完整性管理． 上海煤气， 2 0 0 9 6 3 6 39． [ 6 ] 董绍华． 管道完整性技术与管理． 北京 中国石化出版社， 20 0 7． 作者简介 冯庆善 1 9 7 4 一 ， 高级工程师 ， 主要从事长输油气管 道完整性管理工作。 ，’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’、 2 本 刊 声 明 2 近年来， 学术不端事件时有发生， 给科技期 刊界造成了极坏的影响， 学术诚信已经引起了相 关部门的高度重视 。 为杜绝学术不端行为， 净化科研环境， 营造 公平、 公正、 严谨、 求实的学术交流氛围， 履行科 j 技期刊的 社会责任与使命， 本刊坚决抵制抄袭、 剽窃、 伪造、 篡改、 不当署名、 一稿多投等学术不 端行为。 2 本刊已与中国学术期刊 光盘版 电子杂志 社签订协议 ， 正式使用 科技期刊学术不端文献 2检测系统 。该系统以 中国学术文献网络出版 总库 为全文比对数据库， 可检测抄袭、 剽窃、 伪 造、 篡改、 不当署名、 一稿多投等学术不端文献。 ； 检 测 系 统 启 用 后， 将 对 来 稿 进 行 检 测。 一 旦 证 实 存在学术不端行为， 本刊将做出严肃处理。 i i 本刊编辑部将及时快速地传播科研领域的 j最新进展与成果， 为广大科研工作者搭建公正、 2严谨、 高效的交流平台。本刊编辑部愿与广大作 2者、 读者共同努力， 坚决维护学术公信力。 、 II I 。 I t I I I| 。 4 1 ． 。 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