油氣集輸管道完整性管理關(guān)鍵技術(shù)探討

郝 郁 汪相逢 尹 航 萬(wàn)國(guó)英 黨 麗 李振新

（1. 中油國(guó)際管道有限公司，北京 100029；2. 四川省鑫宇石油技術(shù)服務(wù)有限公司，四川 成都 610095；3. 中國(guó)石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院地面工程設(shè)計(jì)所，新疆 哈密 839009）

0 引言

油氣管道安全可靠受到國(guó)家、社會(huì)和行業(yè)高度重視。完整性管理是以系統(tǒng)安全為目標(biāo)、以預(yù)防為手段的先進(jìn)管理模式，我國(guó)長(zhǎng)輸管道全面實(shí)行完整性管理。油氣集輸管道完整性管理處于初級(jí)階段，我國(guó)油氣集輸管道總長(zhǎng)度約30萬(wàn)公里，其中運(yùn)行10年以上約35%。油氣集輸管道管理基本屬于“事后被動(dòng)維修”模式。為保障油氣集輸管道安全可靠運(yùn)行，消除重大風(fēng)險(xiǎn)及隱患，開(kāi)展油氣集輸管道完整性管理及工程應(yīng)用研究。在國(guó)內(nèi)多個(gè)油氣田應(yīng)用效果良好，顯著降低事故率和工程維修費(fèi)用，發(fā)展了完整性管理理論方法，推動(dòng)了管道安全管理技術(shù)進(jìn)步。

1 油氣集輸管道運(yùn)行管理特點(diǎn)

區(qū)別于長(zhǎng)輸管道干線，油氣集輸管道類型復(fù)雜、多樣化，體現(xiàn)在以下方面：

（1）涵蓋大中小管道管徑，管道設(shè)計(jì)壓力等級(jí)和工程建設(shè)質(zhì)量存在很大差異；

（2）流型為多相流，輸送介質(zhì)含水分、H2S、Cl-1和CO2，內(nèi)/外腐蝕嚴(yán)重且難以預(yù)測(cè)；

（3）運(yùn)行年限較長(zhǎng)，甚至存在運(yùn)行30年以上超期服役管道；

（4）集輸管道距離較短，型式為環(huán)狀、網(wǎng)狀或枝狀，建設(shè)期未設(shè)計(jì)清管收發(fā)球裝置，應(yīng)用內(nèi)檢測(cè)技術(shù)困難；

（5）油田企業(yè)對(duì)集輸管道安全管理重視程度不夠，管道通過(guò)人口密集區(qū)，安全管理難度大。

按照設(shè)計(jì)壓力等級(jí)和管徑，集輸管道分為三類，制定針對(duì)性完整性管理策略，采用科學(xué)適用的檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)[1]。Ⅰ類管道和Ⅱ類管道失效后果嚴(yán)重，應(yīng)開(kāi)展高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，高風(fēng)險(xiǎn)管段實(shí)施檢測(cè)和修復(fù)。Ⅲ類管道工作重點(diǎn)是保證防腐層完整性和陰極保護(hù)系統(tǒng)有效性，加強(qiáng)管道巡線和預(yù)防第三方破壞，管道維修以預(yù)防腐蝕穿孔泄漏為主。表1是油氣集輸管道分類情況。

表1 油氣集輸管道分類

2 油氣集輸管道完整性管理體系

管道完整性管理基本思想是識(shí)別和評(píng)價(jià)管道運(yùn)行中的危害因素，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)減緩措施，控制風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)，預(yù)防和減少管道事故。通過(guò)閉合循環(huán)管理模式，保證管道系統(tǒng)始終處于可控狀態(tài)。借鑒長(zhǎng)輸管道完整性管理做法，集輸管道完整性管理體系包括數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、檢測(cè)評(píng)價(jià)、維護(hù)維修和效能評(píng)價(jià)五個(gè)階段流程。

2.1 數(shù)據(jù)收集

Ⅰ類管道和Ⅱ類管道參照長(zhǎng)輸管道做法，收集管道建設(shè)期和運(yùn)行期數(shù)據(jù)，Ⅲ類管道可以簡(jiǎn)化，例如陰極保護(hù)數(shù)據(jù)不強(qiáng)制要求，檢測(cè)數(shù)據(jù)可采用區(qū)域性數(shù)據(jù)。建設(shè)期數(shù)據(jù)主要是管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括基本屬性、中心線、地理信息、占?jí)骸㈥帢O保護(hù)和設(shè)施數(shù)據(jù)等。運(yùn)行期數(shù)據(jù)包括管道歷史運(yùn)行參數(shù)（含異常工況）、失效事故數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)和歷次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

2.2 高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

Ⅰ類管道和Ⅱ類管道參照長(zhǎng)輸管道做法，參照SY/T 7380-2017《輸氣管道高后果區(qū)完整性管理規(guī)范》開(kāi)展高后果區(qū)識(shí)別，參照SY/T 6891.1-2012《油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 第1部分 半定量評(píng)價(jià)法》開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。Ⅲ類管道參照SY/T 6477-2020《含缺陷油氣管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法》開(kāi)展腐蝕速率和剩余強(qiáng)度研究。

2.3 檢測(cè)評(píng)價(jià)

管道外防腐層檢測(cè)技術(shù)可選用皮爾遜法（Pearson）、管中電流測(cè)繪技術(shù)（PCM）、直流電位梯度法（DCVG）和密間隔電位測(cè)試（CIPS）。未設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的管道采用PCM法；設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的管道采用DCVG法，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)論準(zhǔn)確性。針對(duì)管體缺陷檢測(cè)技術(shù)，中小型管道選用超聲波測(cè)厚儀和腐蝕坑深度測(cè)試儀；關(guān)鍵站場(chǎng)間管道、長(zhǎng)距離外輸管道選擇超聲導(dǎo)波和超聲波相控陣技術(shù)。Ⅰ類管道參照長(zhǎng)輸管道做法，優(yōu)先采用智能內(nèi)檢測(cè)，其次是采用壓力試驗(yàn)驗(yàn)證管道機(jī)械強(qiáng)度和最大承壓能力，最后是內(nèi)/外腐蝕直接評(píng)價(jià)法。Ⅱ類管道和Ⅲ類管道以內(nèi)/外腐蝕直接評(píng)價(jià)法為主。

2.4 維護(hù)維修

根據(jù)檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)論，針對(duì)不可接受管體缺陷和防腐層缺陷進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序維修。針對(duì)輸送介質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)較小且允許進(jìn)行停輸?shù)墓艿溃刹捎煤附雍虰型套筒修復(fù)；針對(duì)輸送介質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)高且不允許進(jìn)行停輸管道，可采用環(huán)氧套筒和復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)；針對(duì)較長(zhǎng)距離管段，如運(yùn)行年限長(zhǎng)、腐蝕程度嚴(yán)重且具備停產(chǎn)條件時(shí)，可采用更換新管段。近年來(lái)，新建集輸管道外防腐層以熔結(jié)環(huán)氧和3LPE為主，防腐層缺陷修復(fù)采用粘彈體+外防護(hù)帶形式，補(bǔ)口修復(fù)采用無(wú)溶劑液態(tài)環(huán)氧+外防護(hù)帶形式，防腐層大修采用無(wú)溶劑液態(tài)環(huán)氧或聚氨酯材料。

2.5 效能評(píng)價(jià)

效能評(píng)價(jià)目的是評(píng)估是實(shí)施完整性管理前后管道事故失效率變化，計(jì)算投產(chǎn)產(chǎn)出比。效能測(cè)試項(xiàng)目包括完整性管理覆蓋度、管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)覆蓋度、高風(fēng)險(xiǎn)管段檢測(cè)評(píng)價(jià)覆蓋度、內(nèi)檢測(cè)完成率、腐蝕直接評(píng)價(jià)完成率、缺陷修復(fù)計(jì)劃完成率、數(shù)據(jù)采集完成率和管道年失效率。

3 工程應(yīng)用效果

從2013年國(guó)內(nèi)開(kāi)展油氣集輸管道完整性管理研究，在多個(gè)油氣田應(yīng)用效果良好。

（1）管道安全管理水平顯著提升。例如大慶油田已進(jìn)行約10萬(wàn)公里管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，完成1萬(wàn)公里管道檢測(cè)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)缺陷破損點(diǎn)5萬(wàn)多處，修復(fù)嚴(yán)重的管體和防腐層缺陷1萬(wàn)多處；

（2）管道事故率和維修費(fèi)用顯著降低。例如西南油氣田管道失效率由2013年0.00613次/（km·a）降至2020年0.0019次/（km·a）。中石油集輸管道年失效率降低30%，管道平均使用壽命延長(zhǎng)10年，減少管道維修維護(hù)工作量接近1/3。在經(jīng)濟(jì)效益方面，科研與工程投產(chǎn)產(chǎn)出比在5倍以上，累積產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)6.8億元。

4 技術(shù)展望

預(yù)計(jì)在“十四五”期間，我國(guó)將全面推行油氣集輸管道完整性管理。集輸管道完整性管理在建設(shè)期完整性管理、內(nèi)檢測(cè)技術(shù)、完整性管理平臺(tái)建設(shè)等方面還存在不足。建議如下：

（1）工作重點(diǎn)是高后果區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)集輸管道安全管理，“雙高”管道位于人口密集區(qū)、水庫(kù)湖泊、濕地河流，重點(diǎn)管段區(qū)域編制“一線一區(qū)一案”，制定風(fēng)險(xiǎn)緩解措施，杜絕安全事故；

（2）集輸管道完整性管理瓶頸技術(shù)是中小口徑管道智能內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)科研攻關(guān)方向是高含硫/酸性天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、在役管道壓力試驗(yàn)和集輸管道區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)；

（3）完整性管理平臺(tái)應(yīng)充分利用油田已建信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和資源，例如采油和地面工程管理系統(tǒng)等，統(tǒng)一工作標(biāo)準(zhǔn)，固化工作流程，搭建集成化、統(tǒng)一化和規(guī)范化的系統(tǒng)平臺(tái)；

（4）為規(guī)范和指導(dǎo)油田企業(yè)開(kāi)展集輸管道完整性管理工作，建議制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣田管道完整性管理規(guī)范》，明確工作流程程序和關(guān)鍵技術(shù) 要點(diǎn)。