站庫管道的完整性管理研究

陳亞頤 趙黎 木塔里甫·木拉提 余智勇 羅李黎

[摘 要]近年來，國內外發生了多起站庫管道泄漏事件，導致管道站庫輸送生產中斷，泄漏油品甚至溢出站外，污染了周邊環境。隨著站庫管道運行年限的增加，作為連接站庫設備的管道的安全狀況引起了管理者的重視。本文對站庫管道完整性管理的必要性進行分析，對其發展的歷程進行探究，并對管道完整性管理和人工智能的有效結合策略進行探索，以為管道完整性管理的準確性和實用性指明未來技術發展的方向。

[關鍵詞]站庫管道；完整性；管理；人工智能

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.06.032

[中圖分類號]TE88 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）06-00-02

0 引 言

現階段，我國的油氣管道已處于快速發展的階段，管道的總長度在不斷增加，截至2016年年底，我國油氣長輸管道的總長度已達到12.6萬千米，天然氣管道的總長度達到7.43萬千米，原油管道的總長度達到2.62千米，成品油管道的總長度達到2.55萬千米。油氣管道在迅速增長的同時，輸油氣站庫的數量也在不斷增加，輸油氣站庫是能源進行輸送的中轉站，其作用十分關鍵。但其安全問題由來已久，保障輸油氣站庫安全、高效地運行是一直面臨巨大的挑戰，成為全球管道管理人員面臨的重要課題。從20世紀50年代開始，油氣管道在全球范圍進行大規模鋪設，站庫管道的安全事故經常發生，不少事故帶來了嚴重的后果。因此，促使油氣站管庫實現長治久安，是全球管道運輸領域面臨的重要問題。

在站庫安全管理工作開展的過程中，輸油氣站庫中各種類型的工藝設備，如輸油泵以及壓縮機等具有關鍵作用的設備，是管理工作開展的重點內容。工藝管道是對各個設備進行連接的設備設施，尤其是針對埋地管道缺乏系統化的管理，是輸油氣庫站進行安全管理的薄弱環節。站庫內的管道有著不同的管徑，不能采取內部檢測的方式。同時存在較多的法蘭、三通和彎頭，鋪設的方式也是多樣化的，長期在高溫、高壓的狀態，存在腐蝕、開焊和泄漏的風險。對于運行了較長時間的管道，由于受當時施工技術等因素的影響，施工質量較低，多是采取環氧煤瀝青進行防腐，且在站內缺少陰極保護系統，腐蝕的風險在不斷增加。如果輸送管道發生了介質泄漏的情況，會對管道系統的運行帶來影響，同時會對輸油氣站庫附近的人和環境帶來影響。近幾年來，國內外發生了多起站庫工藝管道由于腐蝕造成泄漏穿孔和焊縫炸裂的事故，應當受到管理人員的重視。

為了解決這一問題，美國率先對風險管理技術進行引入，對管道風險性進行評估。在20世紀的70年代中期，美國在二戰后建設的油氣管道大多數進入了老齡化時期，事故頻繁發生，因此，應對經濟學領域中風險管理技術進行借鑒，以對油氣站庫的風險性進行評估。在20世紀90代初期，美國多數的輸油氣站庫已經使用了風險管理技術對管道的維護和管理工作進行指導，并借助風險的管理對油氣站庫中存在的風險進行識別和預防，保障了油氣站庫的安全運行，這也成為了管道完整性管理的雛形。然而，隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，人們逐漸意識到單純依靠風險識別和評價難以滿足全部的需求，因此，需要從油氣站庫的整體規劃、建設和運營等過程中，對其數據進行不斷地搜集，做好風險的評價，同時加強相應的監測和維護等系統性的工作，保證油氣管庫能夠安全穩定地運行，實現對站庫管道的完整性管理。

1 我國站庫管道的概述

站庫管道的完整性管理主要是指，在站庫管道管理工作開展的過程中，對站庫管道完整性產生影響的因素，采取綜合性和一體性的管理措施，在管道的研發、設計、施工以及運行等整個環節中，對各種類型的風險進行不斷地識別和評估，并采取有效的措施降低風險，保證管道的風險控制在合理的控制范圍內，有效減少管道事故，并對管道進行改進，對其風險進行預防，保證管道能夠經濟合理的安全運行。經過近十年的研究與發展，完整性管理中“風險可控、預防失效、動態管理”的管理思路及方法，對我國油氣管線的安全運行具有重要的指導作用。現階段，我國在對工藝管道進行維護和管理的過程中，采取的依然是傳統的方式，根據經驗進行維修和維護工作，對風險的分析以及完整性的評價等維修維護策略缺少實施。從經濟性和安全性兩個角度來講，對管道工藝采取風險評價的完整性管理措施，能夠實現對站庫管理的完整性管理，是提高油氣站庫安全管理水平的有效措施，也是油氣站庫安全管理的發展趨勢。

2 管道完整性管理的發展歷程

在管道安全管理的過程中，風險管理和完整性管理是兩個重要的發展階段。在20世紀30年代，風險管理被提出，最初起源于保險行業，其是對風險的大小進行衡量，是風險評價的過程。隨著時間的推進，在20世紀70年代，歐美等發達國家的大量油氣輸送管線由于老化的原因，給經濟造成了嚴重的損失，并造成了一定的人員傷亡，給管道公司的經濟效益造成了影響，同時對油氣田的正常生產也帶來了嚴重的影響。因此，美國從經濟學和其他工業領域中，對風險分析的技術進行引入，對油氣管道的風險性進行評估，希望能夠有效減少油氣管道事故，有效延長油氣管道使用的壽命，對管道維護的費用進行科學合理的分配。20世紀90年代，在美國，風險管理技術已經普遍在油氣管道管理中運用，對其維護工作進行了有效的指導。

隨著風險管理技術不斷的發展和應用，不少的國家已經建立了管道安全評價和完整性管理系統，并形成了各自有效的評價方式。美國的克洛尼爾管道公司以風險管理為基礎，采取風險指標評價模型的方式，對運營管理的成品油管道系統進行風險分析和評估，促進系統完整性的提高。該公司的風險評價指標主要有腐蝕、第三方破壞、操作不合理以及設計因素等幾個方面的內容。通過此模式，能夠促使相關人員對管道的風險高發區域進行確定，并對管道事故發生帶來的環境影響和安全威脅進行明確，對降低風險工作的重點內容進行明確，對風險降低的程度和成本效益進行對比分析，對管道系統的維護方案進行制訂，保證方案的合理性、有效性和經濟性，促使系統的安全性不斷提高。在2002年的11月，美國國會通過了具有專門性的H.R.3609號法案，該法案中明確要求，管道運營商應當在高風險區域制訂完整性的管理計劃。管道完整性管理正式以法律的形式被確定和提出，世界各國管道公司紛紛開始采用完整性管理模式進行運行管理。在20世紀80年代，歐洲的一些國家對管道風險評價標準進行了制定和不斷的完善，對油氣管道風險評價的數據庫進行了構建，對各種故障評價的模型進行了深入研究，有效開發了實用軟件，促使油氣管道的風險評價技術實現定量化、智能化和精確化。

目前，我國管道企業對國外的管道完整性管理經驗進行借鑒，并對自身管道管理的實際個特點進行了分析和結合，對管道完整性管理進行簡單明了的劃分，主要有數據收集、高后果區域識別、風險評價、完整性評價以及維修維護和功能評價，如圖1所示。同時，為了確保6個環境正常運行，需要相應的技術以及相關的系統文件和規范標準，對管道完整性管理數據庫和相關的系統平臺進行構建。

3 管道完整性管理的發展方向

在長輸管道運行的過程中，站庫是其重要的組成部分，應當采取管道完整性管理的方式進行管理。站庫工藝管道所要面臨的風險與長輸管道具有相似之處，因此，在對站庫工藝管道進行完整性管理的過程中，可以對長輸管道的完整性管理進行利用，對數據進行有效收集，對風險進行評價，做出相應的完整性評價，對其維修維護和功能進行評價。完整性管理系統自身是一個完整的系統，包含文件體系、標準體系、數據庫、管理平臺以及支持技術等內容。同時，隨著當今傳感器技術、數據傳輸技術，以及數據處理分析技術的發展，站庫管線的完整性管理也需要隨之不斷進行技術深化與發展。

管道運行參數的監控是管道完整性管理中的基礎工作。在傳統的管道完整性管理工作中，管道運行參數主要依靠人工讀取與記錄，如人工記錄管道的內部壓力、溫度與流量，以及對土壤采樣后測量土壤酸堿度等。這樣可能會因人工失誤造成記錄不準確，或是因為監控設備失靈造成監控數據錯誤，導致對管道故障判斷產生錯誤，進而造成對無故障管道的誤報維修，浪費了寶貴的人力資源，或是未能監測到管道故障，造成經濟損失乃至安全事故。同時，采用人工監控管道的方法，不僅無法做到對管道運行參數的實時監控、在線反饋管道的運行狀態，還需要消耗大量的人力資源，造成大量的人工成本損耗。而傳感器技術以及數據傳輸技術的發展，使利用先進傳感器在線實時監控管網運行參數成為可能。當今技術已經實現傳感器自動監測管網運行時的壓力、溫度、流量、內外環境酸堿度、濕度、鹽分含量、電位差、沉降程度以及管道應力變化等多項參數，且能將數據實時傳輸到監控后臺進行處理，為自動判斷管道運行狀態健康與否提供依據。

在傳統的管道完整性管理中，判斷管道是否出現故障或估計管道剩余壽命，主流方法是根據專家打分法進行。由于該方法是基于以往經驗，所以在管道故障判斷方面，僅能給出指導參考作用，無法對管道運行的健康狀態做出準確評估。且這種方法是基于單個區域監控數據來判斷，僅能做到“頭痛醫頭、腳痛醫腳”，無法將整體的數據建立成網絡統籌參考，不具備通過充分發掘各個區域之間內在的因果關系，進而通過管網整體運行參數，精確地推斷出管道運行的健康狀況的能力。然而，隨著計算設備運算能力的不斷提升，以及人工智能技術的發展，人們可以將管道參數監控的所有傳感器，按照其物理連接邏輯將系統建模成為一張智能網絡，并利用深度學習的技術對網絡參數進行計算，以達到精確判斷、預測管道故障以及估計管道剩余使用時間的目的。事實上，這種管道完整性管理方法與航天工程中故障預測與健康管理的方法，在手段和目的上都極為相似，二者具有很多可以互相借鑒之處。

4 結 語

在完整性管理系統進行構建和實施的過程中，應當具備科學化和規范化的體系文件，同時具有相應的技術支持，促進標準體系的完善，構建相應的管理平臺，促進各方面內容的有效配合，促使完整性管理有效的發揮。完整性管理的實施是發展的必然趨勢，對資源進行科學合理的優化配置，可保證其安全性。站庫管道完整性管理是站庫設備完整性管理的重要組成部分，在此基礎上進一步擴大至站庫其他關鍵設備上，并提升、深化完整性管理的技術水平，必將實現油氣站庫管道管理水平的整體提高。

主要參考文獻

[1]黃維和，鄭洪龍，吳忠良.管道完整性管理在中國應用10年回顧與展望[J].天然氣工業，2013（12）.

[2]孫建宇.輸氣管道完整性管理簡介[J].石油庫與加油站，2009（3）.