美國城市燃氣管道完整性管理體系與成效

郭保玲，喬 佳，董久樟，馬旭卿，張雪嬌

(北京市燃氣集團研究院，北京 100011)

1 概述

長輸管道完整性管理始于20世紀70年代的美國[1]，經過多年的研究和實踐，已成為行業認可的管道全壽命周期安全管理模式。2016年3月實施的GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規范》，標志著我國油氣管道完整性管理正式進入全面推廣應用階段。由于城市燃氣管道管材種類多，管徑范圍廣，壓力級制多，長輸管道的完整性管理經驗不完全適用于城市燃氣管道。

深圳市燃氣集團股份有限公司是國內最早探索建設期完整性管理，并在城市燃氣管道安全管理中實施應用的燃氣公司[2]。城市燃氣企業借鑒長輸管道完整性管理的成功經驗，建立城市燃氣管道完整性管理體系，成為城市燃氣管道安全運營的研究重點之一。本文研究美國城市燃氣管道完整性管理體系，分析完整性管理的成效。

2 美國燃氣管網完整性管理體系

2.1 完整性管理法規及指南

① 法規

城市燃氣管道完整性管理(Distribution Integrity Management Program，DIMP)的研究開始于2004年，最初是由美國交通部總監察長辦公室(U.S. Department of Transportation，Office of Inspector General，DOT-OIG)建議應用完整性管理法規提高城市燃氣管網安全性。

在2004年7月的美國國會聽證會上，DOT-OIG指出最近頒布的聯邦法規(49 CFR Part 195.450、195.452，49 CFR Part 192，Subpart O)要求危險液體和長輸管道運營商進行完整性管理，但聯邦法規并未要求城市燃氣運營商進行完整性管理，而是建議城市燃氣運營商實施完整性管理[3]。此后，美國國家管道和危險材料安全管理局(Pipeline & Hazardous Materials Safety Administration，簡稱PHMSA)組織編制DIMP法規，經過多次討論修改，歷時近5年時間形成DIMP法規(49 CFR Part192，Subpart P)，該法規是美國城市燃氣運營商開展完整性管理的綱領性文件。DIMP法規明確要求所有的城市燃氣運營商應當在2011年8月2日以前按照要求的7要素(見表1)制定完整性管理計劃。

表1 美國城市燃氣管道完整性管理7要素

DIMP法規流程見圖1。由圖1可知，DIMP法規實施的基礎是管網系統信息的識別(了解系統設計和材料特性、運行條件和環境以及維護和運行歷史)，進而識別管網現有和潛在威脅。在此基礎上進行管網風險評價及分級，確定并實施風險減緩措施，之后進行效能評價，根據效能評價結果，定期進行評估與改進，并且每年向PHMSA報告完整性管理的結果。

圖1 DIMP法規流程

② 指南

PHMSA作為主管部門，在制定DIMP法規的同時，還組織編制了完整性管理指南。2006年，PHMSA和國家管道安全代表協會(NAPSR)在給美國燃氣協會(AGA)下屬的天然氣管道技術委員會(GPTC)的聯合請愿書中，提出由GPTC制定城市燃氣管道完整性管理指南。2009年，GPTC發布第一版完整性管理指南，并定期進行修訂和更新。2018年，發布了最新版GPTC Z380.1—2018《GPTC Guide for Gas Transmission，Distribution，and Gathering Piping Systems》(《輸氣、城市燃氣及集氣系統指南》)，附錄G-192-8為燃氣管網完整性管理指南——《Guide Material Appendix G-192-8 Distribution Integrity Management Program》。該指南旨在指導大型城市燃氣企業執行DIMP法規。

PHMSA于2013年發布了完整性管理指南《Distribution Integrity Management Guidance for Master Meter and Small Liquefied Petroleum Gas Pipeline Operators》(《小型LPG運營企業完整性管理指南》[4])，指導單一氣源供應且用戶數量少于100戶的液化石油氣運營商執行DIMP法規。

2.2 完整性管理機構及職責

為推動DIMP法規的實施，PHMSA作為主管部門，牽頭組織編制DIMP法規。在法規制定以及實施過程中，美國的城市燃氣企業、美國燃氣協會(AGA)、研究機構、公眾代表和國家管道安全代表協會也起到了至關重要的作用。由AGA組織培訓，幫助燃氣運營企業理解和執行DIMP法規。各機構職責見表2。

表2 各機構職責

2.3 完整性管理檢查手冊

完整性管理的基礎是信息數據的采集，PHMSA根據DIMP法規的規定制定了完整性管理檢查手冊，以此評估城市燃氣企業的完整性管理情況。完整性管理檢查手冊規定了燃氣企業向PHMSA遞交報告的格式、內容及指導說明，為燃氣管道風險評價提供了數據采集標準和數據資源。主要的3類城市燃氣完整性管理檢查手冊見表3。

表3 主要的3類城市燃氣完整性管理檢查手冊

2.4 開挖呼叫中心及信息化軟件

① 開挖呼叫中心

“811”開挖呼叫中心成立于2007年，由美國公共地下管線聯盟(CGA，成員包括城市燃氣運營商在內的地下設施運行商、保險業及相關委員會)負責運行管理，要求任何施工作業方在開挖之前必須撥打“811”，告知開挖計劃。城市燃氣運營商根據開挖地點的管網情況，提出開挖意見，標志管道位置，并對開挖地段管線進行監測，以減少開挖破壞。

② 信息化軟件

SHRIMP是APGA與安全完整性基金會(SIF)在PHMSA的支持下開發的在線應用軟件，過程中得到了政府和行業管道安全專家組成的顧問團隊的指導。軟件滿足DIMP法規中7要素要求，提供了PHMSA年報中的管道基礎信息及數據，可根據具體的施工、檢測及維修歷史，評價DIMP法規中規定的導致泄漏的原因。在此基礎上建立風險評價數學模型，提供風險控制措施及效能評價方法，形成書面計劃。

3 美國城市燃氣完整性管理成效

① PE管應用不斷增長

2011年，DOT-OIG和PHMSA號召加快修復和更換風險最高的管道基礎設施，此后超期服役管道、鑄鐵管、無防腐層鋼管等高風險管道逐步被更換為PE管。截至2018年底，全美城市燃氣管道總長度達210.5×104km，其中鋼質管道、PE管道占管道總長度的97%，PE管道占比更是達到56.7%。鋼質管道近年來處于負增長，PE管道則處于正增長。PE管道主要用于小口徑管道，其中50 mm管徑以下占比達70%。2010—2018年全美城市燃氣管道長度見表4。

表4 2010—2018年全美城市燃氣管道長度 km

② 泄漏率明顯下降

截至2018年底，全美已經有1 482家城市燃氣運營商開展完整性管理。自2010年推行DIMP法規以來，美國城市燃氣管道安全得到了大幅提升。根據PHMSA數據，2010—2018年美國城市燃氣管道長度與泄漏率(單位管道長度泄漏次數)見圖2。由圖2可知，雖然管道長度持續增長，但全美城市燃氣管道泄漏率從2010年的0.072 km-1下降到2018年的0.058 km-1，下降了19.4%。

圖2 2010—2018年美國城市燃氣管道長度與泄漏率

2018年美國城市燃氣管道泄漏原因比例見表5。由表5可知，2018年美國城市燃氣管道泄漏原因中腐蝕失效導致的泄漏比例最高，其次為開挖損壞、設備失效以及材料、焊口原因。

表5 2018年美國城市燃氣管道泄漏原因比例

③ 開挖損壞率下降

自“811”開挖呼叫中心成立以來，PHMSA和CGA不斷在社區、學校等公共場所進行宣傳，倡導企業、個人在進行任何開挖之前，撥打全國范圍內的免費電話號碼811來預防開挖損害，避免事故及傷亡發生。

根據PHMSA數據，2010—2018年，“811”開挖呼叫中心接到的城市燃氣管道的開挖作業來電數量不斷增長，但開挖損壞率(出現損壞的開挖次數占年總開挖次數的比例)在逐年下降。2010—2018年美國城市燃氣管道開挖損壞率見表6。由表6可知，美國城市燃氣管道開挖損壞率由2010年的0.382%，下降到2018年的0.271%。這說明“811”開挖呼叫中心的成立，對降低美國城市燃氣管道開挖損壞率起到了很好的作用。

表6 2010—2018年美國城市燃氣管道開挖損壞率