陳向新1  譚鈺山2  張振永2

1  中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會； 2  中石油管道工程設(shè)計研究院

管道完整性管理是以管道安全、設(shè)施完整性、運(yùn)行可靠性為目標(biāo)并持續(xù)改進(jìn)的系統(tǒng)管理體系，貫穿管道全生命周期，包括設(shè)計、采購 、施工、投產(chǎn)、運(yùn)行和廢棄等各階段。管道建設(shè)階段作為管道全生命周期的重要一環(huán)，建設(shè)質(zhì)量的優(yōu)劣和所處環(huán)境條件是管道運(yùn)行期管理的基礎(chǔ)，其很大程度上決定了運(yùn)行維護(hù)條件的優(yōu)劣和管道能否安全平穩(wěn)運(yùn)行，因此認(rèn)真做好建設(shè)期的風(fēng)險管理、從源頭上識別和消減風(fēng)險至關(guān)重要。本文結(jié)合建設(shè)期完整性管理要求和近幾年管道建設(shè)實例，提出管道設(shè)計、施工應(yīng)重視和改進(jìn)的核心問題。

1  建設(shè)期完整性管理的主要內(nèi)容

管道設(shè)計、施工階段均包括數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識別（HCA）、風(fēng)險評價、完整性評價和風(fēng)險消減與維修維護(hù)等內(nèi)容（見表1），其中影響管道安全運(yùn)行和完整性管理的關(guān)鍵問題，應(yīng)重點關(guān)注。

可行性研究階段。通過各項評價和政府核準(zhǔn)，選擇經(jīng)濟(jì)合理的宏觀路由。管道線路選擇以現(xiàn)場踏勘調(diào)研取得相關(guān)數(shù)據(jù)為主。完整性管理數(shù)據(jù)收集包括可研報告、沿線環(huán)境數(shù)據(jù)、專項評價報告及評審意見等。高后果區(qū)識別包括沿線高后果區(qū)的調(diào)查和識別（含規(guī)劃調(diào)查與分布預(yù)測）。風(fēng)險評價包括對專項評估報告審核、危害因素識別和高后果區(qū)評價等。風(fēng)險消減與維修維護(hù)主要是根據(jù)高后果區(qū)識別和風(fēng)險評價的結(jié)果，對管道路由進(jìn)行調(diào)整和設(shè)計防控措施。

初步設(shè)計和施工圖設(shè)計階段。隨著管道的勘測數(shù)據(jù)不斷完善和設(shè)計方案的逐漸細(xì)化，完整性管理的數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識別、風(fēng)險評價等工作需要重新循環(huán)開始，結(jié)合沿線環(huán)境數(shù)據(jù)的變化和新增高后果區(qū)情況，進(jìn)行風(fēng)險評價和落實調(diào)整優(yōu)化設(shè)計。在初步設(shè)計階段，管道完整性評價需要針對管道設(shè)計路由圖、工藝流程圖、收發(fā)球裝置等進(jìn)行可行性評估，以保證滿足后期運(yùn)行內(nèi)外檢測和完整性評價的需要；施工圖設(shè)計階段主要針對設(shè)計方案（包括施工期間的設(shè)計變更）進(jìn)行高后果區(qū)識別和風(fēng)險評價等工作。

2  建設(shè)期完整性管理的核心問題

2.1  提升設(shè)計理念和方法

目前管道設(shè)計方案比選主要是基于建設(shè)期的工程量、施工難易和投資，運(yùn)行維護(hù)多采用定性描述，其維護(hù)成本和管道失效風(fēng)險難以進(jìn)行量化計算。同時，國內(nèi)外目前多采用的基于應(yīng)力的設(shè)計方法，亦不能實現(xiàn)管道設(shè)計、施工和運(yùn)行維護(hù)的有機(jī)統(tǒng)一，對于采用的新工藝、新材料和新方法，同樣不能說明其安全可靠度。為此，推廣采用基于可靠性的管道設(shè)計方法和建立管道全生命周期費用模型，以彌補(bǔ)現(xiàn)有設(shè)計方法和經(jīng)濟(jì)比選的不足。

2.2  完善設(shè)計文件內(nèi)容

管道完整性管理是個持續(xù)過程。一項管道工程從管道前期可行性研究到建設(shè)施工至投產(chǎn)，時間跨度較長，管道周邊環(huán)境受到經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的影響變化較快。為保證管道的可實施性，管道路由在不同階段需要不間斷地開展數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識別和風(fēng)險評價及消減等工作。

目前國內(nèi)管道設(shè)計在初步設(shè)計階段均開展了管道高后果區(qū)識別、風(fēng)險評價及消減等工作，但在管道可行性研究和施工圖設(shè)計及施工階段尚未推行這項工作。應(yīng)結(jié)合《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，完善相關(guān)設(shè)計文件內(nèi)容與深度編制規(guī)定。

2.3  重視做好管道選線

（1）做好多方案路由比選

可行性研究階段，對不少于3個宏觀路由走向方案進(jìn)行比選，擇優(yōu)推薦。初步設(shè)計階段，應(yīng)結(jié)合各專項評價報告和地方報批情況，進(jìn)一步進(jìn)行局部路由方案的比選和調(diào)整。方案比選時不應(yīng)局限于單純建設(shè)期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，應(yīng)統(tǒng)籌考慮運(yùn)行期的維護(hù)成本和潛在失效風(fēng)險成本，即進(jìn)行管道全生命周期費用比選。

（2）選定線路依法合規(guī)

油氣管道與周邊設(shè)施的關(guān)系涉及眾多法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如《城鄉(xiāng)規(guī)劃法》《管道保護(hù)法》《飲用水水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》《自然保護(hù)區(qū)條例》《公路安全保護(hù)條例》《鐵路安全管理條例》《電力設(shè)施保護(hù)條例》《軍事設(shè)保護(hù)法》等法律法規(guī)，以及《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》和《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》等，管道設(shè)計人員應(yīng)充分掌握并嚴(yán)格執(zhí)行。

（3）與地方部門溝通協(xié)調(diào)

在設(shè)計各階段，積極與地方各相關(guān)部門溝通和協(xié)調(diào)，如西氣東輸三線中段路由涉及1 198個報批部門，包括規(guī)劃、國土、林業(yè)、環(huán)保、水利、文物、交通等。可行性研究階段一般到區(qū)縣級部門報批，在初步設(shè)計階段還要延伸到鄉(xiāng)鎮(zhèn)報批，甚至要協(xié)調(diào)村級組織。

（4）與專項評價有效銜接

在可行性研究階段，需要進(jìn)行環(huán)評、安評、地質(zhì)災(zāi)害、地震安全、水土保持、礦產(chǎn)壓覆和文物調(diào)查等專項評價。為保證工作有序進(jìn)行，避免返工，對于設(shè)計提供的路由，各專項評價宜先進(jìn)行資料收集和現(xiàn)狀調(diào)查，確定無制約性因素再開展評價工作，評價結(jié)論和建議應(yīng)與設(shè)計單位進(jìn)行溝通、確認(rèn)，保證方案的一致性。

2.4  合理劃分地區(qū)等級

近幾年在役管道由于地區(qū)等級升高被迫對存在重大隱患的管段進(jìn)行改線的事例屢見不鮮，應(yīng)引起高度重視。應(yīng)按照《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》對地區(qū)等級劃分規(guī)定，進(jìn)行相關(guān)設(shè)計工作。當(dāng)?shù)貐^(qū)發(fā)展規(guī)劃足以改變該地區(qū)現(xiàn)有等級時，管道設(shè)計應(yīng)根據(jù)地區(qū)發(fā)展規(guī)劃劃分地區(qū)等級，且遵循“宜高不宜低”的原則，科學(xué)確定沿線地區(qū)等級，以便為后續(xù)發(fā)展留有充分裕量。

2.5  重視高后果區(qū)識別

《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》分別規(guī)定高后果區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)和。設(shè)計系數(shù)選取條件。管道設(shè)計應(yīng)針對一、二級地區(qū)詳細(xì)調(diào)查管道兩側(cè)各200 m范圍內(nèi)特定場所分布情況，對于學(xué)校、醫(yī)院以及其他公共場所，應(yīng)嚴(yán)格按照三級地區(qū)選取設(shè)計系數(shù)。

2.6  做好線路用管設(shè)計

（1）管型選擇

對于大口徑輸油氣管道宜采用埋弧焊鋼管（直縫或螺旋縫），對于中口徑輸油氣管道，宜選用埋弧焊鋼管或高頻焊鋼管，對于小口徑輸油氣管道，宜選用無縫鋼管或高頻焊鋼管。

（2）強(qiáng)度和韌性

管道按照不同的設(shè)計系數(shù)進(jìn)行壁厚計算，并通過強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性校核，進(jìn)行管道韌性設(shè)計。輸油管道鋼管母材和管體焊縫以滿足不起裂為原則，所需的韌性值相對較低；輸氣管道鋼管母材除滿足不起裂外，還要求具有止裂能力，因此其韌性值相對要高，如西氣東輸二線一級地區(qū)鋼管母材韌性值要求為200 J。

（3）可焊性良好

管道鋼管在現(xiàn)場要進(jìn)行環(huán)焊縫的焊接施工，要求具有良好的焊接操作性能和良好的環(huán)焊縫力學(xué)性能。輸氣管道X70、X80等高鋼級管材，自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊的環(huán)焊縫的沖擊韌性波動較大，常出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。為此，對于高鋼級鋼管尤其是X80鋼，對其合金成分應(yīng)作出嚴(yán)格的限定。

2.7  嚴(yán)格控制焊接施工

國內(nèi)某研究機(jī)構(gòu)對2011～2012年國內(nèi)新建11 000公里管道環(huán)焊縫的8處失效原因進(jìn)行了研究，研究表明：75%屬于焊接施工缺陷，主要是沖擊韌性不符合要求和內(nèi)壁起裂；25%是由于外部荷載，如地面移動和強(qiáng)力組對引起。為控制管道環(huán)焊縫質(zhì)量，規(guī)避環(huán)焊縫斷裂風(fēng)險，應(yīng)做好如下幾點。

（1）采用自動焊接工藝

高鋼級管道的焊接施工量大，傳統(tǒng)的自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊沖擊韌性不易保證，應(yīng)大力推進(jìn)采用自動焊接工藝。在建的中靖聯(lián)絡(luò)線、陜京四線、漠大復(fù)線和中俄東線天然氣管道工程，自動焊接的應(yīng)用規(guī)模均超過50%。

（2）控制連頭碰死口施工

管道連頭碰死口時容易出現(xiàn)錯邊和斜接，同時受制于兩端固定約束作用，會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，環(huán)焊縫容易發(fā)生開裂失效。因此管道連頭碰死口要放在彎管兩側(cè)的直管段處，同時要求管道連頭處兩側(cè)管道要預(yù)留足夠的未回填長度，以便自由調(diào)整。

2.8  做好管道防腐補(bǔ)口

腐蝕是除外力破壞之外的管道第二大失效因素。做好管道防腐、補(bǔ)口的設(shè)計施工至關(guān)重要。

山區(qū)石方等地段管道宜采用3PE防腐層，沙漠等地段可采用單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層或雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層。3PE防腐層管道宜采用熱熔膠型熱收縮帶(套)和液體聚氨酯補(bǔ)口。熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層管道宜采用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料靜電噴涂補(bǔ)口，或采用無溶劑液體環(huán)氧涂料補(bǔ)口，也可采用熱熔膠型熱收縮帶（套）補(bǔ)口。為避免傳統(tǒng)的手工熱縮帶補(bǔ)口帶來的施工質(zhì)量問題，應(yīng)大力推進(jìn)機(jī)械化補(bǔ)口和干膜施工。

2.9  開展石方段變形檢測

管道經(jīng)過山區(qū)石方段施工時易受到磕碰，或因溝底不平或細(xì)土回填不到位，管底部分容易形成凹坑。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，大于2%管徑深度的凹坑密度在0.15～0.76個/km左右，且凹坑多位于管底5:00-7:00點鐘位置。為及時開挖驗證和消除超標(biāo)凹坑，山區(qū)石方段的大口徑管道宜在管道試壓后采用智能變形檢測。中緬油氣管道、蘭成原油管道和在建的陜四線、中俄東線天然氣管道等均在建設(shè)期采用了智能變形檢測，取得了較好的效果。

2.10  加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防治

建設(shè)期的地質(zhì)災(zāi)害規(guī)避和處理是管道完整性管理的一個重點。可行性研究階段應(yīng)開展管道沿線地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、評估，為管道地質(zhì)災(zāi)害的防治提出建議，并對建設(shè)項目場地適宜性做出評價。初步設(shè)計階段要完成管道全線的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、勘察評價和防治工程的初步設(shè)計，并納入工程概算。施工圖設(shè)計階段要完成管道全線的地質(zhì)災(zāi)害防治工程的詳細(xì)勘察和施工圖設(shè)計。施工階段要開展地質(zhì)災(zāi)害防治工程施工，進(jìn)一步實現(xiàn)線路優(yōu)化、設(shè)計優(yōu)化，施工采用信息法施工，預(yù)防管線施工誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

2.11  做好數(shù)據(jù)采集錄入

良好的地理信息平臺和完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是完整性管理的必備條件，管道相關(guān)數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確直接決定管道全生命周期完整性管理的成敗。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累、完善、及時錄入等，大部分在管道建設(shè)期內(nèi)完成。建設(shè)期采集的數(shù)據(jù)包括管道屬性數(shù)據(jù)、管道環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)計文件、施工記錄和評價報告等。各個階段的參與者，應(yīng)各司其責(zé)，錄入完整、準(zhǔn)確、具有時效的數(shù)據(jù)，以保障后期管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)分析和風(fēng)險評估等工作。

3  結(jié)束語

做好管道建設(shè)期的完整性管理，對于提高油氣管道本質(zhì)安全，保障管道運(yùn)行期輸送安全意義重大。我們要努力學(xué)習(xí)和掌握完整性管理的精髓，摒棄“合乎規(guī)范就是好的設(shè)計”觀念，將“安全第一、環(huán)保優(yōu)先、以人為本、經(jīng)濟(jì)實用”的設(shè)計理念融入管道建設(shè)各個環(huán)節(jié)，努力建設(shè)質(zhì)量一流的管道，為實現(xiàn)管道長期平穩(wěn)、安全運(yùn)行打好堅實基礎(chǔ)。

作者：陳向新，男， 1956年生，教授級高級工程師。1983—2000年在管道設(shè)計院工作，先后擔(dān)任線路室主任，院副總工程師，副院長等。參加了20余條長輸管道的設(shè)計工作，其中陜京一線、陜銀線、中洛復(fù)線、忠武線任設(shè)計負(fù)責(zé)人。 2000年調(diào)西氣東輸工作，先后擔(dān)任技術(shù)處長，冀寧管道項目經(jīng)理，壓縮機(jī)項目經(jīng)理，總經(jīng)理助理等，參加了西一線建設(shè)的全過程工作。 2007年調(diào)管道建設(shè)項目經(jīng)理部，任副總經(jīng)理。先后參加和主持了西二線、西三線、漠大一線、二線、中緬線、陜?nèi)�線等30余條管道的設(shè)計、施工、竣工投產(chǎn)等完整的建設(shè)管理工作。

《管道保護(hù)》2017年第5期（總第36期）