輸油管道完整性管理體系及其應(yīng)用

王福眾帥　健

（1.中國石油化工集團(tuán)魯寧輸油處，山東鄒城273500；2.中國石油大學(xué)（北京）機械與儲運工程學(xué)院，北京102249）

完整性管理是國際上通用的油氣長輸管道的管理模式，起源于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時許多國家在二次世界大戰(zhàn)前后興建的大量油氣長輸管道已接近或超過設(shè)計壽命，事故率上升，促使管道行業(yè)探索新的技術(shù)手段和管理模式，以延長管道的服役壽命，發(fā)揮老管道的效益。進(jìn)入21世紀(jì)，管道完整性管理的思路日益清晰，2001年，ASME和API分別出臺了氣體管道和液體管道完整性管理的標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，開始提出規(guī)范的油氣管道完整性管理的流程、要素和技術(shù)方法。2002年美國又通過了管道安全改進(jìn)法案，首次從法律上明確要求在高后果區(qū)實施管道完整性管理。我國在近年來高度重視管道完整性管理，管道行業(yè)和基層單位在不斷探索管道完整性管理的發(fā)展途徑，通過不斷吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗和技術(shù)，已在各個方面取得了全面發(fā)展，油氣管道完整性管理的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系逐步完善，技術(shù)手段不斷創(chuàng)新，組織管理日漸加強[3-5]。

魯寧輸油管道建于1975年，是縱貫我國南北的第一條輸油管道，至今已運行近40年。長期以來，該管道的輸油任務(wù)十分艱巨，管線始終處于大排量滿負(fù)荷運行狀態(tài)，對管線的安全性提出了很高要求，推行完整性管理十分必要。筆者闡述了建立輸油管道完整性管理體系的構(gòu)想，提出了管道完整性管理模式，研制開發(fā)了管道完整性管理平臺，實施了系列管道完整性管理活動，取得了應(yīng)用實效，為在役輸油管道的完整性管理實踐提供了借鑒。

1　管道完整性管理體系構(gòu)建

有效地開展各項完整性管理活動，必須建立相應(yīng)的管理體系。作為管道運營企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)管理體系的組成部分，完整性管理體系包括組織機構(gòu)、活動規(guī)劃、機構(gòu)職責(zé)、例行做法、程序、過程和資源，及運營企業(yè)的完整性管理方針、目標(biāo)和指標(biāo)等管理方面的內(nèi)容。管道完整性管理體系還可以描述為:管道運營單位有計劃，且協(xié)調(diào)動作的管理活動，其中有規(guī)范的作業(yè)程序，文件化的控制機制，通過有明確職責(zé)的組織結(jié)構(gòu)來貫徹落實，目的在于預(yù)防管道事故的發(fā)生，而不是事故后的被動響應(yīng)。

圖1是管道完整性管理體系的運行模式[6]。完整性管理體系的核心是承諾與方針，即制定管道完整性管理的方針并確保對實現(xiàn)完整性管理目標(biāo)的承諾。管道運營單位管理層對管道完整性管理體系建立和實施的認(rèn)可和承諾，是構(gòu)建完整性管理體系最基本的要求。實踐證明，領(lǐng)導(dǎo)的決心和承諾，不僅是運營單位能夠推進(jìn)管道完整性管理的內(nèi)部動力，也是動員單位各部門和員工積極投入管道完整性管理體系運行的重要保證，領(lǐng)導(dǎo)的支持與參與程度直接影響管道完整性管理體系的建設(shè)和進(jìn)度[7-8]。

圖1　管道完整性管理模式

方針是運營單位對其在管道完整性管理方面的目標(biāo)、意向和原則的聲明。實施管道完整性管理體系的全過程都是在方針的指導(dǎo)下進(jìn)行的，方針由運營單位的最高管理者制定，是指導(dǎo)思想和行為準(zhǔn)則，所有與管道完整性管理有關(guān)的活動，都是在這一大前提下進(jìn)行的，全部計劃、措施、行動都應(yīng)符合方針，為目標(biāo)服務(wù)。良好的方針，能指導(dǎo)運營單位有效地實施和改進(jìn)其管理體系；同時，所制訂的方針也在此過程中得到必要的修正。

圍繞管道完整性管理的方針與承諾，遵從PDCA管理模式，實現(xiàn)管道完整性管理的目標(biāo)。

（1）計劃。管理計劃是實施管道完整性管理活動的基礎(chǔ)。通過分析管道完整性管理的現(xiàn)狀，找出問題，分析各種影響因素或原因，查明主要影響因素，針對主要原因制定措施計劃。具體計劃內(nèi)容可包括管道完整性數(shù)據(jù)收集、危害因素識別與風(fēng)險評價、管道完整性檢測、管道完整性監(jiān)測、管道完整性評價以及管道風(fēng)險減緩措施等。

（2）實施。執(zhí)行、實施計劃，包括管道防護(hù)、監(jiān)測、檢測和測試活動的落實，管道日常檢測和年度審查等。為了有效地實施，應(yīng)提供為實現(xiàn)管道完整性管理方針和承諾所需的能力和保障機制，特別是組織保障，完整性管理涉及管道運行的各部門，管理內(nèi)容交叉和橫跨于工程、技術(shù)、運行維護(hù)、HSE管理等多部門的職責(zé)。因此，需要設(shè)立或指定專門的管理部門，建立起專業(yè)化分工明確、管理職責(zé)到位的管理體系與運行機制，各項活動應(yīng)有明確的職責(zé)分工。

（3）檢查。即確認(rèn)實施方案是否達(dá)到了預(yù)期要求，方案是否有效，需要進(jìn)行效果檢查后才能得出結(jié)論。將采取的對策進(jìn)行確認(rèn)后，對采集到的證據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析，把完成情況同目標(biāo)值進(jìn)行比較，看是否達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)。如果沒有出現(xiàn)要求的結(jié)果，就應(yīng)該確認(rèn)是否嚴(yán)格按照計劃實施對策，這就要求重新制訂最佳方案。

（4）改進(jìn)。以改進(jìn)完整性管理總體績效為目標(biāo)，評審并不斷改進(jìn)管道完整性管理體系。包括總結(jié)成功經(jīng)驗，制定或修改工作規(guī)程、檢查規(guī)程，審查有關(guān)規(guī)章制度；修訂基于風(fēng)險的檢測計劃，辨識運行和維修程序需要改進(jìn)的地方，提出改進(jìn)完整性管理方案的建議；執(zhí)行糾正和補救措施，審查計劃的落實情況等。

2　管道完整性管理體系實施要點

2.1　應(yīng)按過程方法進(jìn)行管理

管道完整性管理是建立在過程方法論基礎(chǔ)上的管理方法，它將每一個過程劃分為過程的輸入、過程活動本身、過程的輸出以及對過程活動的檢查等環(huán)節(jié)，每一環(huán)節(jié)都需進(jìn)行管理控制。通常一個過程的輸出應(yīng)該是下一過程的輸入。運用該管理模式就是要對管道完整性管理活動的內(nèi)容從過程方法的角度進(jìn)行分析、管理和控制。

2.2　文件化的控制機制

實現(xiàn)管道完整性管理的目標(biāo)，就需要制訂體系文件來表達(dá)明確的要求和信息，使工作人員目標(biāo)一致，統(tǒng)一行動。并通過管理體系文件來傳遞所需信息，利用這些信息，實現(xiàn)完整性管理活動的目標(biāo)和持續(xù)改善，評價體系的有效性和執(zhí)行的效率，為完整性管理活動提供指南，同時使完整性管理活動具有可追溯性、重復(fù)性及為活動結(jié)果提供客觀證據(jù)等。完整性管理體系文件應(yīng)當(dāng)覆蓋完整性管理的各項關(guān)鍵技術(shù)以及具體做法，并符合法規(guī)的要求。

2.3　必須是閉環(huán)的系統(tǒng)管理

戴明管理模式的4個階段不是孤立的，它必須形成4個階段的環(huán)狀閉合，而且是一環(huán)接一環(huán)的循環(huán)進(jìn)行過程。所以在進(jìn)行完整性管理工作時，應(yīng)當(dāng)注意管理的閉合及系統(tǒng)管理。在上一個閉合循環(huán)完成后，轉(zhuǎn)入下一個循環(huán)。

2.4　持續(xù)改進(jìn)

完整性管理體系是一個不斷變化發(fā)展的動態(tài)體系，其設(shè)計與構(gòu)建也是一個不斷發(fā)展和交互作用的過程，隨著時間的推移，體系構(gòu)架及其要素不斷設(shè)計和改進(jìn)，達(dá)到管道最佳運行狀態(tài)，實現(xiàn)良性循環(huán)。

3　信息支持平臺研發(fā)

信息平臺支持管道完整性管理體系運行過程的信息溝通，它是管道完整性管理的基礎(chǔ)[9-11]，對保證完整性管理順利進(jìn)行具有重要意義，也是構(gòu)建管道完整性管理體系主要內(nèi)容之一。

基于管道完整性管理體系運轉(zhuǎn)的需要，研發(fā)了魯寧輸油管道完整性管理軟件系統(tǒng)，軟件的功能模塊如圖2所示。支持?jǐn)?shù)據(jù)管理、GIS信息展示、高后果區(qū)管理、風(fēng)險評價、完整性評價、活動管理等管道完整性管理的主要工作，可以充當(dāng)管道完整性管理的平臺。

圖2　管道完整性管理系統(tǒng)功能模塊圖

4　應(yīng)用情況

基于構(gòu)建的管道完整性管理體系，依靠開發(fā)的管道完整性管理的信息支持平臺，完成了魯寧管道的數(shù)據(jù)收集與整合、管道危害因素識別與風(fēng)險評價、管道完整性評價以及管道維護(hù)與維修等管道完整性管理活動，取得了很好的應(yīng)用效果。

4.1　數(shù)據(jù)收集與整合

通過查找魯寧管道的原始資料、歷年的管道施工與維護(hù)資料，并進(jìn)行專項測繪與檢測，獲取了較為完整的管道數(shù)據(jù)資料，主要分為3個部分:

（1）基礎(chǔ)地理及周邊環(huán)境測繪數(shù)據(jù)。包括管道地理數(shù)據(jù)（測繪數(shù)據(jù)）、環(huán)境地質(zhì)信息（地質(zhì)災(zāi)害、地震、洪災(zāi)）；公共安全支持信息（醫(yī)院、消防站、公安局等）；氣象、水文地質(zhì)信息；社會經(jīng)濟(jì)信息（人口、城市規(guī)劃等）。

（2）管道專業(yè)數(shù)據(jù)。包括設(shè)施、事件支持、陰極保護(hù)、中心線、隱患、檢測、運行7大類數(shù)據(jù)，以及若干實體、關(guān)系和值域。

（3）完整性管理數(shù)據(jù)。包括管道本體數(shù)據(jù)、第三方失效與統(tǒng)計數(shù)據(jù)、內(nèi)檢測數(shù)據(jù)、外腐蝕直接評價數(shù)據(jù)庫和日常檢測數(shù)據(jù)等。

4.2　管道危害因素識別與風(fēng)險評價

對魯寧管道全線進(jìn)行高后果區(qū)識別，如圖3所示。高后果區(qū)識別的準(zhǔn)則參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[12]，識別高后果區(qū)78處，從分析結(jié)果來看，管道全線接近70%的地區(qū)為HCAs段，主要是3方面的因素:①人口密集區(qū)域；②鐵路、國道、高速路、省道等交通設(shè)施；③季節(jié)性河流、水庫、湖泊、池塘等水體。

圖3　管道高后果區(qū)總覽

對管道全線進(jìn)行了風(fēng)險評價[13]，以期根據(jù)各管段情況的差異對其相對風(fēng)險的大小進(jìn)行排序，為綜合考慮可操作性及社會經(jīng)濟(jì)等因素采取風(fēng)險削減措施提供參考依據(jù)。在對管線進(jìn)行風(fēng)險評估時，首先應(yīng)劃分管段。魯寧管道風(fēng)險評價的分段原則:①泵站、地域分界線；②人口等級；③管材分界點；④穿跨越；⑤防腐層；⑥土壤。遵循這一原理，魯寧管道劃分為131段，各段風(fēng)險狀況如圖4所示。其中，高風(fēng)險管段占0.77%，較高風(fēng)險管段42.7%，中等風(fēng)險管段52.72%，較低風(fēng)險管段0%，低風(fēng)險管段3.81%。

4.3　管道全面完整性評價

圖4　管道風(fēng)險分布

基于危害因素識別與風(fēng)險評價結(jié)論，對魯寧管道進(jìn)行了全面完整性評價，包括管道內(nèi)檢測以及管道外腐蝕直接評價。

4.3.1內(nèi)檢測評價

管道內(nèi)檢測包括測徑檢測和漏磁檢測，檢測發(fā)現(xiàn)，腐蝕、凹陷、焊縫缺陷在管道上的分布如圖5～圖7所示。

圖5　管道腐蝕缺陷分布

圖6　管道凹陷分布

圖7　管道裂紋缺陷分布

全線共檢測出腐蝕缺陷104 045處，采用ASME B31G―2009標(biāo)準(zhǔn)[14]對腐蝕缺陷進(jìn)行評估，如圖8所示。從圖中可看出，在當(dāng)前壓力下需維修缺陷14處，而在管道原始設(shè)計壓力下需維修缺陷達(dá)114處，這說明在管道設(shè)計壽命后期或超期運行期間，管道的維護(hù)工作量相當(dāng)大，適當(dāng)降低管道的運行壓力是比較經(jīng)濟(jì)的做法。

全線共檢測凹陷207處，參照ASME B31.8S標(biāo)準(zhǔn)，分別采用基于應(yīng)變判據(jù)[15]和基于深度判據(jù)。基于深度的判據(jù)簡單易用，但不太準(zhǔn)確；而基于應(yīng)變的判據(jù)要求精確的檢測數(shù)據(jù)，對管道內(nèi)檢測器精度要求較高。圖9為一處凹陷的檢測結(jié)果，凹陷深度5.9%，采用3次樣條插值的方法計算管道的應(yīng)變?yōu)?1.7%，遠(yuǎn)超過6%的允許值。結(jié)合基于應(yīng)變和基于深度的準(zhǔn)則，207處凹陷中需要維修的凹陷96處。

圖8　管道腐蝕缺陷評估圖

全線共檢測出1 467處焊縫異常，由于此次內(nèi)檢測不能標(biāo)定焊縫缺陷深度和長度，不能對每一處焊縫異常進(jìn)行評價計算，但考慮到焊縫缺陷的危險性較大，對焊縫異常處均需開挖，進(jìn)行無損探傷，驗證焊縫處是否有裂紋存在，對發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷要求修復(fù)。

圖9　管道凹陷輪廓

4.3.2管道外腐蝕直接評價

魯寧輸油管道外腐蝕直接評價項目共27項，檢測項目見表1，評價結(jié)果匯總見表2。評價發(fā)現(xiàn)，管道防腐層破損點1 917處，其中102處破損點評價為“嚴(yán)重”；管道防腐層絕緣質(zhì)量評價為“差”、“劣”的管段占管線全長的69%，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是瀝青玻璃布防腐層使用時間太長，老化嚴(yán)重，部分防腐層甚至完全粉化，無法測試其性能參數(shù)；全線的陰極保護(hù)率為100%，但約16%的管段處于過保護(hù)狀態(tài)，這是因為管道防腐層的絕緣質(zhì)量較差，為使全線的陰極電位達(dá)到要求，就不得不提高一些陰極保護(hù)站的恒電位儀的輸出電壓，而過保護(hù)又加速了防腐層的老化和剝離，形成惡性循環(huán)。解決這一問題的有效途徑是更換不合格的防腐層，對防腐層進(jìn)行大修。

表1　管道檢測項目

表2　管道外腐蝕直接評價結(jié)果匯總

4.4　維護(hù)與維修

基于管道內(nèi)檢測及外腐蝕直接評估的結(jié)果，對部分管道進(jìn)行了維修，特別是對內(nèi)檢測評價中的14處缺陷，以及外腐蝕直接評價中防腐層質(zhì)量為劣的187.4 km管道的防腐層進(jìn)行大修，對管道埋深不夠、雜散電流、地面占壓等問題進(jìn)行了必要的整改。

4.5　應(yīng)用情況總結(jié)

就完整性管理體系應(yīng)用情況來看，領(lǐng)導(dǎo)重視管道完整性管理，積極構(gòu)建管道完整性管理體系，進(jìn)行了管道全面完整性評價，基于管道全面完整性評價，落實了管道全面治理措施，包括更換管道外防腐層、管道本體缺陷修復(fù)和管道改線等，極大地改善了管道的本質(zhì)安全性，但是完整性管理體系在以下方面仍需要改進(jìn):

（1）管道完整性管理體系文件尚不系統(tǒng)，需要進(jìn)一步完善，使管理和實施執(zhí)行人員目標(biāo)一致，行動統(tǒng)一；

（2）尚未建立完善的完整性管理相關(guān)的績效指標(biāo)體系，應(yīng)制定、分解、落實和考核完整性管理績效指標(biāo)；

（3）加強對管道事故和危害事件的相關(guān)措施進(jìn)行落實和跟蹤。

5　結(jié)論

（1）構(gòu)建了管道完整性管理體系，建立了基于“計劃—實施—檢查—改進(jìn)”循環(huán)的持續(xù)改進(jìn)的管道完整性管理模式，開發(fā)了管道完整性管理的信息平臺，通過管道完整性管理體系的應(yīng)用，保障了管道的安全運營，提升了管道管理的水平；

（2）通過全面完整性評價，摸清了魯寧管道現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)管體、防腐層、陰極保護(hù)系統(tǒng)、運行參數(shù)以及周邊環(huán)境等方面存在的問題，評價了魯寧管道的承壓能力以及現(xiàn)行運營工藝參數(shù)條件下不同區(qū)段管道的安全性，為該管線生產(chǎn)調(diào)度、技術(shù)改造和安全維護(hù)提供了可靠依據(jù)；

（3）今后管道完整性管理體系建設(shè)的重點是:建立健全完整性管理組織架構(gòu)，制定齊全的完整性管理體系文件，完善完整性管理信息平臺，并通過全面實施完整性管理，重點突破完整性管理關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)難點。

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