油氣田在役管道高后果區(qū)識(shí)別與 完整性評(píng)價(jià)方法

楊春林，袁鏡清，張愛良，宮彥雙，郝曉東，楊云成

（1.塔里木油田公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油規(guī)劃總院，北京 100029）

隨著石油與天然氣的迅速發(fā)展，管道作為油氣輸送的重要通道和傳輸設(shè)施，存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有長距離油氣輸送管線 4.86× 104km，城市燃?xì)夤艿?0×104km 左右，其中有60%已進(jìn)入事故多發(fā)期，潛在危險(xiǎn)很大[1]。一旦管道發(fā)生泄漏，危及公眾人身與財(cái)產(chǎn)安全，易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生毀滅性損害[2]。管道完整性管理可將管道運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，通過完整性管理方法和手段對(duì)可能使管道失效的主要威脅因素進(jìn)行檢測、檢驗(yàn)。據(jù)此對(duì)管道的完整性進(jìn)行評(píng)估，最終達(dá)到持續(xù)改進(jìn)、減少和預(yù)防管道事故的發(fā)生，經(jīng)濟(jì)合理地保證管道的安全運(yùn)行。

油氣輸送管道完整性管理是指運(yùn)營單位為保證管道始終處于安全、平穩(wěn)、高效的狀態(tài)下運(yùn)行所進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、檢測評(píng)價(jià)（包括內(nèi)檢測、內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)、外腐蝕直接評(píng)價(jià)、適用性評(píng)價(jià)等）、維修維護(hù)管理、效能評(píng)價(jià)等一系列活動(dòng)。其中數(shù)據(jù)采集是開展后續(xù)分析評(píng)價(jià)工作的重要前提和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集的完整性和有效性對(duì)于管道完整性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和制定完整性管理相關(guān)決策至關(guān)重要。因此對(duì)油氣田管道完整性管理中數(shù)據(jù)采集需求的研究具有重要的意義。文中根據(jù)油氣領(lǐng)域各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)導(dǎo)則對(duì)集輸油管道、集輸氣管道運(yùn)行期開展各類識(shí)別、評(píng)價(jià)工作（包括高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、直接評(píng)價(jià)、適用性評(píng)價(jià)）的數(shù)據(jù)進(jìn)行了梳理與分析，并提供了參考標(biāo)準(zhǔn)和要求，是管道完整性管理工作的重要基礎(chǔ)，對(duì)后續(xù)完整性管理工作具有重要意義。

1 高后果區(qū)識(shí)別

在《中國石油天然氣股份有限公司油田集輸管道檢測評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則》、《中國石油天然氣股份有限公司氣田集輸管道檢測評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則》中，對(duì)油氣田高后果區(qū)識(shí)別工作進(jìn)行了闡述，其基本工作內(nèi)容包括：地區(qū)等級(jí)劃分、根據(jù)識(shí)別原則進(jìn)行高后果區(qū)識(shí)別、確定再識(shí)別間隔。

1.1 地區(qū)等級(jí)劃分

與輸油管道相比，GB/T 50253[3]、GB/T 50251[4]中關(guān)于集輸油氣管道在地區(qū)等級(jí)劃分規(guī)定上存在一定區(qū)別。GB/T 50251 中闡明：在一、二級(jí)地區(qū)內(nèi)學(xué)校、醫(yī)院以及其他公共場所等人群聚集的地方應(yīng)按三級(jí)地區(qū)選取。關(guān)于地區(qū)等級(jí)的具體說明對(duì)照見表1。

表1 地區(qū)等級(jí)說明Tab.1 District level

1.2 識(shí)別原則

在集輸油管道、集輸氣管道的高后果區(qū)識(shí)別工作中，除管道經(jīng)過四級(jí)地區(qū)、三級(jí)地區(qū)這一判據(jù)外，集輸油管道的關(guān)注區(qū)域范圍門檻值為 50 m 和200 m，而集輸氣管道的關(guān)注點(diǎn)則為潛在影響半徑的計(jì)算與特定場所的識(shí)別。由于集輸油管道發(fā)生泄漏或失效后易對(duì)人類居住、自然環(huán)境、水源、交通運(yùn)輸設(shè)施、易燃易爆場所等產(chǎn)生不利影響，因此集輸油管道兩側(cè)200 m 范圍內(nèi)存在戶數(shù)≥50 戶的村莊和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、國家自然保護(hù)區(qū)（如濕地、森林、河口等）、水源、河流、大中型水庫；兩側(cè)50 m 范圍內(nèi)存在高速公路、國道、省道、鐵路及易燃易爆場所等；以及經(jīng)過四級(jí)地區(qū)、三級(jí)地區(qū)時(shí)被識(shí)別為高后果區(qū)。因集輸氣管道一旦發(fā)生泄漏或失效后易引起爆炸等惡性安全事故，尤其對(duì)于特定場所（包括人員難以疏散的建筑區(qū)域和一年內(nèi)≥50 天的時(shí)間里≥30 人聚集的場所）影響較大，因此對(duì)于管徑D>762 mm 且MAOP（Max Allowance Operation Pressure，簡稱MAOP，即最大允許操作壓力）>6.9 MPa 的管道、D<273 mm 且MAOP<1.6 MPa 的管道采用潛在影響半徑界定相對(duì)安全區(qū)域范圍，其他管道采用200 m的門檻值。具體說明如圖1 所示。

1.3 識(shí)別間隔

根據(jù)Q/SY 1180.2[5]，識(shí)別間隔應(yīng)滿足如下幾項(xiàng)：定期開展高后果區(qū)識(shí)別工作；識(shí)別間隔應(yīng)≤12 個(gè)月；當(dāng)一個(gè)地區(qū)的長期發(fā)展規(guī)劃足以改變?cè)摰貐^(qū)的現(xiàn)有地區(qū)等級(jí)時(shí)，應(yīng)按發(fā)展規(guī)劃劃分管道地區(qū)等級(jí)。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的實(shí)質(zhì)是按照風(fēng)險(xiǎn)的定義R=C×P（其中，R 為風(fēng)險(xiǎn)，C 為后果，P 為可能性，均無量綱），進(jìn)行失效可能性和失效后果分級(jí)（或分值）計(jì)算，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 27512[6]）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的具體劃分。文中重點(diǎn)研究關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 高后果區(qū)識(shí)別原則Fig.1 Recognition principle of high consequence areas: a) oil collection and transmission pipeline; b) gas collection and transmission pipeline

2.1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

依據(jù)GB/T 32167[7]第9.4 節(jié)所述：應(yīng)遵循SY/T 6828[8]的要求，建立地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理程序；應(yīng)根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，采取針對(duì)性監(jiān)測或工程治理措施。同時(shí)，在《中國石油天然氣股份有限公司 氣田集輸管道檢測評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則》第5.1 節(jié)中對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害可能引起的失效提出以下幾項(xiàng)指標(biāo)：氣田集輸管道所經(jīng)地形地貌；氣田集輸管道是否經(jīng)過地質(zhì)災(zāi)害敏感點(diǎn)區(qū)域（例如滑坡、地面沉降、地面塌陷的區(qū)域等）；是否存在水利工程、挖砂及其他線路工程建設(shè)活動(dòng)；降雨是否容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，在第5.2 節(jié)中對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害可能引起的失效也提出以下幾項(xiàng)指標(biāo)：是否已識(shí)別災(zāi)害點(diǎn)、地形地貌、降雨敏感性、土體類型、管道敷設(shè)方式、人類工程活動(dòng)、管道保護(hù)狀況。結(jié)合SY/T 6828[8]中相關(guān)要求，就可進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2.2 第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

關(guān)于第三方損壞風(fēng)險(xiǎn)控制，在GB/T 32167[7]第9.3 節(jié)提出：任何管道交叉處或管道中心線兩側(cè)5 m 內(nèi)的施工活動(dòng)都應(yīng)納入第三方施工管理程序；應(yīng)與施工活動(dòng)方建立聯(lián)系，并簽署管道保護(hù)協(xié)議，施工時(shí)管道企業(yè)有人現(xiàn)場監(jiān)護(hù)；應(yīng)參照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)報(bào)告的風(fēng)險(xiǎn)信息進(jìn)行公眾宣傳等措施。同時(shí)，《中國石油天然氣股份有限公司氣田集輸管道檢測評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則》第5.1 節(jié)中對(duì)于第三方損壞可能引起的失效提出以下幾項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)：氣田集輸管道沿線是否存在露管；巡線頻率；氣田集輸管道沿線兩側(cè)5 m 范圍內(nèi)是否存在第三方施工；氣田集輸管道沿線兩側(cè)5 m 范圍內(nèi)是否存在違章建筑、雜物占?jí)海粴馓锛敼艿姥鼐€是否存在重車碾壓且未采取相應(yīng)保護(hù)措施；氣田集輸管道沿線標(biāo)志樁、警示樁是否齊全；管道地面裝置是否有效保護(hù)。另外，在第5.2 節(jié)中對(duì)于第三方損壞可能引起的失效也提出以下幾項(xiàng)指標(biāo)：埋深、巡線、公眾宣傳、管道通行帶與標(biāo)識(shí)、打孔盜氣、管道上方活動(dòng)水平、管道定位與開挖響應(yīng)、管道地面設(shè)施、公眾保護(hù)態(tài)度、政府態(tài)度。同時(shí)，基于管道敷設(shè)地區(qū)實(shí)際情況，存在可能的農(nóng)耕操作對(duì)管道外防腐層以及本體產(chǎn)生的破壞，故有必要關(guān)注管道兩側(cè)5 m 范圍內(nèi)的農(nóng)耕機(jī)具作業(yè)。

3 直接評(píng)價(jià)

直接評(píng)價(jià)的工作流程為預(yù)評(píng)價(jià)、間接檢查、直接檢測、后評(píng)價(jià)。直接評(píng)價(jià)按照關(guān)注的腐蝕區(qū)域分為內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)和外腐蝕直接評(píng)價(jià)。

內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)（Internal Corrosion Direct Assessment，簡稱ICDA）一般基于管輸介質(zhì)特點(diǎn)，分別按照 NACE SP0208—2008[9]、NACE SP0110— 2010[10]、NACE SP0206—2016[11]、NACE SP0116— 2016[12]進(jìn)行液體石油、濕天然氣、干天然氣、混輸管道的內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)過程中生成如下關(guān)鍵性數(shù)據(jù)：ICDA 可行性判斷結(jié)果、ICDA 區(qū)域劃分依據(jù)、ICDA 區(qū)域劃分結(jié)果、最有可能發(fā)生內(nèi)腐蝕的位置信息、最有可能發(fā)生內(nèi)腐蝕的位置排序原則、直接檢測采用的檢測方法、選擇直接開挖檢測點(diǎn)的原因、直接開挖檢測點(diǎn)的內(nèi)壁腐蝕檢測結(jié)果、剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果、剩余壽命預(yù)測結(jié)果、ICDA 再評(píng)價(jià)時(shí)間間隔、ICDA的有效性。

外腐蝕直接評(píng)價(jià)一般根據(jù)SY/T 0087.1—2006[13]和NACE SP0502-201[14]等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。實(shí)際工作具體化為：敷設(shè)環(huán)境調(diào)查、腐蝕環(huán)境檢測、防腐層檢測、陰極保護(hù)有效性檢測、開挖檢測等。

4 適用性評(píng)價(jià)

適用性評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)、管道剩余壽命預(yù)測、材料適用性評(píng)價(jià)。

4.1 剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)

當(dāng)管道含有缺陷時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)因不同缺陷情況而減小，因此對(duì)含缺陷管道的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)就構(gòu)成了管道完整性管理及其適用性評(píng)價(jià)的一個(gè)非常重要的方面。管道常見且需要進(jìn)行評(píng)價(jià)的缺陷及推薦評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有：腐蝕缺陷（ASME B31G[15]、SY/T 6151[16]、GB/T 30582[17]和SY/T 0087.1[13]）、制造缺陷（SY/T 6477[18]、GB/T 30582[17]和ASME B31G[15]）、平面型缺陷（BS 7910[19]、SY/T 6477[18]和GB/T 19624[20]）、凹陷（SY/T 6996[21]）。

4.2 剩余壽命預(yù)測

根據(jù)危害管道安全的主要潛在危險(xiǎn)因素選擇管道剩余壽命預(yù)測方法。管道腐蝕缺陷的剩余壽命預(yù)測可按照 GB/T 30582[17]附錄F 或其他技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，如ASME B31G[15]、TSG D7003[22]。在剩余壽命預(yù)測中，關(guān)鍵的工作是對(duì)腐蝕速率的確定。確定的方式主要有如下幾種：

1）在無法確定腐蝕開始時(shí)間時(shí)，用最大腐蝕深度÷服役時(shí)間；2）采用現(xiàn)場埋地檢測片或管內(nèi)掛片、探針的腐蝕速率監(jiān)測結(jié)果；3）采用同等材質(zhì)試片在同等工況下的室內(nèi)腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)獲取的腐蝕速率；4）基于2 次內(nèi)檢測結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，確定腐蝕發(fā)展速率。

4.3 材料適用性評(píng)價(jià)

根據(jù)GB/T 30582[17]第7.2 節(jié)所述：材料適用性評(píng)價(jià)應(yīng)在材料性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能、特殊服役條件評(píng)價(jià)等工作；輸送石油天然氣介質(zhì)的管道材料適用性評(píng)價(jià)見 7.2.2 與7.2.3。在第7.2.2 節(jié)介紹了材料適用性評(píng)價(jià)項(xiàng)目需開展的材料測試種類與數(shù)量，在第7.2.3 節(jié)介紹了各種鋼級(jí)材料對(duì)化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能、特殊服役條件性能的要求。

5 結(jié)語

管道完整性管理涉及管道的安全生產(chǎn)運(yùn)營，數(shù)據(jù)采集是進(jìn)行管道完整性管理工作的重要前提和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對(duì)準(zhǔn)確并合理地進(jìn)行完整性管理計(jì)劃至關(guān)重要。在高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、直接評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)導(dǎo)則嚴(yán)格執(zhí)行，提高管道完整性管理工作的科學(xué)性。