埋地鋼質管道風險評估技術體系研究與工程示范

陶雪榮

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

埋地鋼質管道風險評估技術體系研究與工程示范

陶雪榮

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

“埋地鋼質管道風險評估技術體系研究與工程示范”針對20世紀末困擾政府安全監察、企業安全生產的瓶頸性技術難題，在“十五”國家科技攻關計劃和自然科學基金儀器專項的支持下，在10多家單位、70多名科技人員的共同努力下，歷時9多年，建立了具有完全自主知識產權的埋地鋼質管道風險評估和腐蝕防護檢測技術的工程方法，開發了具有發明專利的管道探測設備，為從根本上扭轉疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效的被動式管理局面，提供了急需技術和方法手段。該成果2009年獲國家安監總局第四屆安全生產科技成果一等獎，本文以該成果推薦書為基礎，綜述了項目背景、成果及其應用情況。

埋地管道 風險評估 不開挖檢測 技術體系 工程應用

1 立項背景

埋地管道是國民經濟、人民生活的重要基礎設施，是國家重大生命線。用于輸油輸氣的埋地管道主要有長輸管道、集輸管道和燃氣管網，以鋼質管道為主，主要失效模式是腐蝕，普遍采取防腐層＋陰極保護的腐蝕防護措施，以延長壽命、保障安全。此類設施一旦發生事故，經濟損失慘重、社會影響惡劣、環境污染嚴重。如：2003年12月19日，蘭成渝管線發生泄漏，致使停輸14小時，附近的寶成鐵路中斷運行近6小時，近百對列車被阻，108國道被迫封鎖，公路運輸中斷，附近的清江河水石油類物質超標7951倍。因此，各國政府普遍采取強制性的監管措施，推行風險管理，要求企業定期向社會公告風險控制措施，以腐蝕防護狀況檢測和腐蝕評價為核心的定期檢驗制度已經形成，并納入了法制化、規范化軌道，同時也拉動了檢測監測技術的發展、能力的形成。我國政府也在向此方向推進。

截止到2007年，我國埋地鋼質管道經過30多年的發展，已擁有長輸管道5萬公里、集輸管道30萬公里、燃氣管網9萬公里。這些管道尤其是老管道，總體來說，施工質量問題多、技術檔案不全、腐蝕情況不清、具體位置不明、檢驗制度缺乏、檢測方法空白、檢測設備進口。對于企業，安全管理水平普遍處于疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效的被動局面；對于政府，亟待摸清管道安全狀況，建立和推行科學合理、經濟有效的監管措施和技術規范。

實施動態風險管理與控制，是科學合理、經濟有效地保障埋地管道安全生產的必由之路。針對我國實際情況，推行埋地鋼質管道風險管理的必要技術條件至少包括：1）符合國情的風險評估工程方法；2）腐蝕防護系統工程檢測方法（尤其是不開挖檢測評價方法）；3）經濟適用高效可靠的管道探測設備；4）準確掌握失效模式及影響因素等。因此，圍繞埋地鋼質管道風險評估技術體系的建立和實施，開展技術配套、重點突出的系統性科學研究和工程示范，提高安全技術水平，意義重大。

2 總體思路

研究、建立和實施符合本國國情的埋地管道風險評估技術體系，是科學合理、經濟有效地保障國家重大生命線安全的必由之路。根據埋地鋼質管道的技術特點、主要失效模式，面對我國埋地鋼質管道的現狀和安全生產與安全監管中的突出技術問題，要想對我國埋地管道實施現代風險管理，變被動搶險、盲目更新為主動預防、科學維護，除了建立符合國情的埋地鋼質管道風險評估工程方法以外，還必需具有埋地管道腐蝕防護不開挖檢測技術和能力、具有埋地管道位置走向探測技術和能力、全面系統掌握埋地管道的失效模式和影響因素。

本成果以科學、經濟、合理地保障埋地鋼質管道安全為目的，針對我國埋地鋼質管道的現狀和政府安全監管、企業安全生產中存在的突出問題，圍繞風險評估技術體系的建立和實施，由埋地鋼質管道風險評估工程方法、支撐風險評估的3項核心技術（腐蝕防護狀況不開挖檢測技術、埋地管道位置走向探測技術、失效模式及影響因素分析）和對研究建立風險評估技術體系起到明確研究方向作用的“我國城市燃氣埋地管道技術調研分析”組成，來源于“十五”國家科技攻關計劃和自然科學基金儀器專項的6項核心成果：1）城市燃氣埋地鋼質管道風險評估工程方法；2）埋地鋼質管道腐蝕防護系統不開挖檢測評價方法；3）埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗方法；4）管線探測雷達的研究與開發；5）城市燃氣埋地鋼質管道失效模式及影響因素分析；6）城市燃氣埋地管道技術調研和分析，是緊密相關、綜合集成、系統配套的有機整體，詳見圖1、圖2。

3 主要成果

本成果系統解決了長期困擾政府安全監察、企業安全生產的瓶頸性技術難題，建立了具有完全自主知識產權的埋地鋼質管道風險評估和腐蝕防護檢測技術的工程方法，開發了具有發明專利的管道探測設備，為政府推行科學合理、經濟有效的安全監管措施、保障國家重大生命線安全，從根本上扭轉疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效被動局面，提供了急需技術和方法手段。本成果具有創新性、先進性、系統性、適用性、經濟性，達到國際先進水平，獲國家發明專利、實用新型專利和計算機軟件著作權各1項，具體包括：

1）首次建立了適合我國管道實際狀況、安全技術法規標準、價值取向的，針對管道可行性論證、設計審查、竣工驗收和在用階段的城市燃氣埋地鋼質管道風險評估工程方法，包括（1）區段劃分；（2）通用模版和修正模型相結合的失效可能性評分，適用于國家、企業的共同需求和特殊需求，并將模糊數學、層次分析、專家意見、工程實踐相結合，確定各因素權重；（3）綜合考慮人員傷亡、直接經濟損失和無形損失的失效后果評分，采用高斯煙羽擴散模型和傷害模型計算破壞面積；（4）絕對和相對等級相結合的風險等級劃分，采用Monte Carlo法確定各等級界限。

圖1 成果內容關聯圖

圖2 成果內容系統集成圖

2）首次給出了6種埋地鋼質管道防腐層不開挖檢測技術的適用性、優化組合方法及檢測精度和靈敏度，量化了管道規格、埋深、土壤電阻率對防腐層檢測參量的影響程度，量化了陰保電位的IR降并提出指導工程化應用的真實保護電位分布的簡約化模型和適用條件，建立了以DCVG和CIPS組合檢測為基礎的防腐層缺陷點的定位與大小評判模型；創造性提出了以電流衰減率為參量的防腐層評價模型并給出了瀝青和三層PE的評價指標，以及基于現行標準和檢測數據層次分析、灰色關聯分析的腐蝕防護狀況綜合評價模型。

3） 首次從全過程、完整性的角度，系統分析確定了影響埋地鋼質管道腐蝕防護系統有效性的主要因素，在工程驗證的基礎上，給出了管道沿線腐蝕環境、腐蝕防護系統設計、腐蝕防護產品質量、施工安裝質量、運行維護措施、有效性檢測等環節的所有控制點、檢驗檢測內容、評價指標以及工程檢測方法，首次研究制定了國家標準《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》。

4）研制出檢測精度和效率優于國外同類產品的管道探測雷達，在硬件方面：實現信號精確同步控制，定時單位8ps；研制出延長重采樣接收機，保證高頻信號采樣的穩定性和可靠性；天線采用背腔加裙邊，提高了發射效率；在軟件方面：提出水平預測濾波組合算法和多向量層位識別算法；開發了異常圖形編輯系統，實現了時間剖面轉化為譜剖面的解釋系統，利用克力格算法實現了平面、等高和立體模型的三維綜合解釋系統，為資料解釋提供了新的判別參數。

5）首次全面、系統地建立了埋地鋼質管道失效樹并進行最小割集和結構重要度分析，確定了失效模式、主要影響因素及重要程度。

6）對我國43個典型城市或地區的埋地燃氣管道數量、材質、工況、介質、事故原因、維護成本和國內外埋地管道檢測監測技術進行系統、全面的調研和分析，為研究建立我國埋地管道風險評估技術體系確定了研究方向。

4 應用情況

本成果針對安全技術基礎薄弱、事故隱患突出、后果嚴重的埋地鋼質管道，系統解決了長期困擾政府安全監察、企業安全生產的瓶頸性技術難題，科學解決了安全性和經濟性的關系問題，方法類成果已全部形成標準草案并納入了法規標準制修訂計劃，設備類成果已實現商品化，并銷售15套。為我國實施科學合理、經濟有效的埋地管道安全監管措施，保障國家重大生命線安全，從根本上扭轉安全生產普遍處于疲于堵漏搶險、無奈盲目更新的高成本、低成效被動局面，提供了急需技術和方法手段，有力促進了我國埋地鋼質管道安全技術水平的提高，有效帶動了相關行業的技術進步，取得了重大社會效益。

本成果在2003～2006年期間，成功應用于天津市燃氣高壓管網、西寧市燃氣管網、張家口干管與中壓環網和上海、南京、珠海等城市部分燃氣管道以及中石油、中石化、中海油所屬的長輸管道、集輸管道（合計3000多公里）的安全管理和檢測評價，為企業掌握所轄管道的風險狀況、科學采取維護檢修措施，提供了科學依據和技術指導。并通過避免管道的盲目更新和有針對性地科學安排維護檢修計劃，為企業節約了大量資金（如：2003年為天津燃氣集團、珠海燃氣公司節支2億多元），取得了重大的間接經濟效益。

本成果2009年獲國家安監總局第四屆安全生產科技成果一等獎。

獲獎單位：中國特種設備檢測研究中心、北京航空航天大學、中國礦業大學（北京）、天津燃氣集團有限公司、中國船舶重工集團公司第七二五研究所、中國石油大學（北京）、北京化工大學、北京工業大學、西南石油大學

獲獎人員：鐘群鵬、左尚志、陶雪榮、張 崢、彭蘇萍、陳 鋼、何仁洋、閻永貴、楊 峰、張天華、翁永基、姚安林、楊劍鋒、王新華、費學欣

Research and Practical Application of Buried Steel Pipeline Risk Assessment Technology

Tao Xuerong
(Chinese Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)

Aim at bottleneck technical problems which perplexed government security supervision and enterprise production safety in 1990s, under the support of the “10th fve” National Science and Technology Research Program and the NNSF Instrument Plan of China, with the endeavor of more than 70 technical personnel from more than 10 enterprises for 9 years, “Research and Practical Application of Buried Steel Pipeline Risk Assessment Technology” established engineering method of risk assessment and corrosion protection detection for buried steel pipeline with completely proprietary intellectual property rights, developed pipeline detection equipment with patent for invention, provided a much-needed technology means and methods to fundamentally reverse passive management situation with high cost and low effectiveness which is mainly on the effort of plugging emergency rescue and helpless blindly update. The result won the frst prize of the fourth production safety of scientifc and technological achievement award of the State Administration of Work Safety in 2009, this thesis summarized the background, achievement and its application situation based on the result recommendation.

Buried pipeline Risk assessment Non-excavation detection Technology system Practical application

X924．2

B

1673-257X（2017）03-0017-03

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．002

陶雪榮(1958～)，女，研究員，中國特種設備檢測研究院副總師，長期從事科技管理工作。

2017-03-06）