國(guó)內(nèi)外管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)安全管理標(biāo)準(zhǔn)分析

華 蘭 安 超 索富強(qiáng) 張紹鵬 張宏亮

（1. 四川利能燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)有限公司，四川 成都 610500；2. 中國(guó)石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000；3. 中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，河北 廊坊 065000；4. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十一采油廠，陜西 西安 710016；5. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司蘭州輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

截至2021年我國(guó)長(zhǎng)輸管道里程達(dá)到15萬(wàn)公里。地區(qū)等級(jí)劃分是管道線路設(shè)計(jì)、壁厚計(jì)算和閥室間距的重要依據(jù)。我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化、城市化進(jìn)程加快，管道建設(shè)期一般地區(qū)發(fā)展為人口密集城市區(qū)域，管段地區(qū)等級(jí)由一級(jí)/二級(jí)地區(qū)升級(jí)為三級(jí)/四級(jí)地區(qū)；地區(qū)等級(jí)升級(jí)使得管道設(shè)計(jì)等級(jí)與實(shí)際狀況不符，不能保證系統(tǒng)安全性；加之風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提高，必須予以重視[1]。研究國(guó)外管道地區(qū)升級(jí)問(wèn)題相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，提出了適用于我國(guó)管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)管理措施。科學(xué)應(yīng)對(duì)管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)引起的風(fēng)險(xiǎn)隱患，對(duì)于保證管道公共安全和提升管道管理水平具有重要意義。

1 管道地區(qū)等級(jí)劃分方法

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于地區(qū)等級(jí)劃分方法基本相同，根據(jù)管道通過(guò)地區(qū)用于居住的建筑物密集程度進(jìn)行劃分。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50251-2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定沿管道中心線兩側(cè)各200m、任意劃分成長(zhǎng)度2km范圍內(nèi)，按能包括最大聚居戶數(shù)劃分為四個(gè)等級(jí)（戶數(shù)≤15戶；15-100戶；≥100戶；四層樓房及以上城市）。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8-2018《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》規(guī)定地區(qū)等級(jí)評(píng)估區(qū)域長(zhǎng)度1.6km，寬度400m，按照評(píng)估區(qū)域內(nèi)開(kāi)發(fā)情況劃分為4個(gè)等級(jí)（10戶以下；11～45戶；≥46戶；四層及以上多層建筑區(qū)域）。計(jì)算國(guó)標(biāo)地區(qū)等級(jí)1級(jí)/2級(jí)和2級(jí)/3級(jí)對(duì)應(yīng)的戶數(shù)密度界限是18.75戶/km2和125戶/km2；美標(biāo)地區(qū)等級(jí)1級(jí)/2級(jí)和2級(jí)/3級(jí)對(duì)應(yīng)的戶數(shù)密度界限是15.6戶/km2和70.3戶/km2。我國(guó)人口稠密國(guó)情，國(guó)標(biāo)嚴(yán)于美標(biāo)。從方便管道運(yùn)行維護(hù)角度，建議國(guó)標(biāo)將戶數(shù)提高上限值至200左右；采用分級(jí)管理策略，針對(duì)環(huán)境敏感區(qū)、人口密集區(qū)和規(guī)劃發(fā)展區(qū)等特定區(qū)域提高設(shè)計(jì)等級(jí)。

2 國(guó)外管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)安全管理標(biāo)準(zhǔn)

加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSA Z662-2015《油氣管道系統(tǒng)》規(guī)定由于人口密度增加或地區(qū)發(fā)展導(dǎo)致管道地區(qū)等級(jí)改變時(shí)，管道系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行工程評(píng)估是否滿足更高等級(jí)要求，包括管道設(shè)計(jì)、施工和試壓程序與標(biāo)準(zhǔn)要求的符合性；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作、檢測(cè)或者經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的方法檢查管道狀況；確定導(dǎo)致管道地區(qū)等級(jí)變化的因素類型，例如附近區(qū)域發(fā)展、人口聚集以及新建學(xué)校、醫(yī)院、工商業(yè)單位和娛樂(lè)場(chǎng)所。管道工程評(píng)價(jià)結(jié)果如滿足地區(qū)等級(jí)變化要求，管道最大允許操作壓力可不改變；如不滿足，應(yīng)考慮換管或者修正管道操作壓力。

美國(guó)聯(lián)邦法規(guī) CFR 49 Part192《天然氣管道最低安全要求》規(guī)定管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)時(shí)，核實(shí)管道最大允許操作壓力（Maximum Allowable Operating Pressure，MAOP）及環(huán)向應(yīng)力與新的地區(qū)等級(jí)是否相符。2004年美國(guó)運(yùn)輸部管道安全辦公室（Office of Pipeline Safety，OPS）提出CFR 49 Part192關(guān)于“天然氣管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)后換管或降低MAOP的豁免權(quán)”。豁免權(quán)分為3個(gè)等級(jí)：允許、不允許和需核實(shí)。授權(quán)豁免的管道公司根據(jù)管道完整性計(jì)劃實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)控制措施，替代換管或者降低MAOP。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8-2018《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》規(guī)定管道運(yùn)行壓力超過(guò)40%SMYS的管段應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)周邊人口密度變化情況。管道地區(qū)等級(jí)變化考慮采取以下措施：分析地區(qū)等級(jí)變化導(dǎo)致的第三方損壞管道、巡線、陰極保護(hù)系統(tǒng)和人員的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)整管道泄漏檢測(cè)和巡線方案；管道設(shè)計(jì)遵循的標(biāo)準(zhǔn)是否變更；與政府部門溝通，采取物理隔斷或者限制人口密度增加。如管道地區(qū)等級(jí)變化導(dǎo)致MAOP與地區(qū)等級(jí)要求不符，管道物理狀況良好，則管道MAOP應(yīng)在18個(gè)月內(nèi)按照下列準(zhǔn)則進(jìn)行酌減確定。如管道建設(shè)期試壓壓力偏低不滿足表1中MAOP或者不可接受較低的MAOP，推薦管道進(jìn)行2h高壓力試壓，管道可保持當(dāng)前MAOP，或者采用較低的MAOP。如果不能在18個(gè)月內(nèi)進(jìn)行新的壓力試驗(yàn)，應(yīng)減低MAOP；反之MAOP可以采用表1中規(guī)定的應(yīng)力水平。如運(yùn)行工況要求維持現(xiàn)有MAOP，地區(qū)等級(jí)變化管段應(yīng)進(jìn)行換管。

表1 管道地區(qū)等級(jí)變化MAOP酌減確定準(zhǔn)則

國(guó)標(biāo)GB 50251-2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定地區(qū)發(fā)展規(guī)劃會(huì)改變地區(qū)現(xiàn)有等級(jí)，應(yīng)按照發(fā)展規(guī)劃劃分地區(qū)等級(jí)。國(guó)標(biāo)針對(duì)地區(qū)等級(jí)變化僅為原則規(guī)定，缺少具體管理措施。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)的關(guān)注焦點(diǎn)在于審查MAOP，加拿大標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)地區(qū)等級(jí)變化提出管道系統(tǒng)工程評(píng)估的做法，但針對(duì)MAOP修正僅為定性要求。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于地區(qū)等級(jí)變化情形更加細(xì)化，不僅根據(jù)建筑物數(shù)量，還與升級(jí)前地區(qū)等級(jí)有關(guān)，例如規(guī)定了僅建筑物數(shù)量增加但地區(qū)等級(jí)未做調(diào)整的情形。同一地區(qū)等級(jí)MAOP不完全相同，不同地區(qū)等級(jí)MAOP可能相同，這是考慮了新的地區(qū)等級(jí)和建筑物數(shù)量因素的綜合影響。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)給出每種地區(qū)等級(jí)變化情形對(duì)應(yīng)MAOP調(diào)整確定方法，并考慮在役管道建設(shè)期試驗(yàn)壓力不足時(shí)通過(guò)重新試壓確定允許降低MAOP的方法，理念更為合理，具有借鑒指導(dǎo)意義。

3 管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)安全管理策略

基于上述國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，結(jié)合我國(guó)管道失效因素和工程實(shí)踐，為科學(xué)、有效管控風(fēng)險(xiǎn)隱患，管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)宜采用分級(jí)管理策略。新建管道且管道施工運(yùn)行維護(hù)良好，同時(shí)滿足下列條件，可以維持現(xiàn)狀，無(wú)需采取換管、改線或者降壓運(yùn)行措施：

（1）管道沿線地區(qū)無(wú)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，1級(jí)地區(qū)管段埋深0.762m；2～4級(jí)地區(qū)管段埋深0.941m；

（2）管道環(huán)焊縫檢測(cè)記錄完整，不存在焊接缺陷；

（3）管道設(shè)計(jì)壓力小于72%SMYS；強(qiáng)度試驗(yàn)壓力高于90%SMYS，強(qiáng)度試驗(yàn)無(wú)泄漏；

（4）輸送氣體為干氣，且水、H2S等腐蝕性成分滿足輸氣管道氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；

（5）管道采用3PE防腐層，防腐層絕緣等級(jí)優(yōu)良，陰極保護(hù)電位正常；

（6）管道服役期間壓力波動(dòng)不顯著，未發(fā)生泄漏失效事故；

（7）制定針對(duì)管道高后果區(qū)的完整性管理計(jì)劃，制定預(yù)防第三方破壞的措施；

（8）2年內(nèi)進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，即高分辨率的金屬損失內(nèi)檢測(cè)和幾何變形內(nèi)檢測(cè)。

在役管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)存在以下任一情形，必須采取換管、改線或者降壓運(yùn)行措施：

（1）輸氣管道在1996年之前建成，管材化學(xué)成分和機(jī)械性能參數(shù)記錄不完整；

（2）建設(shè)期環(huán)焊縫未進(jìn)行100%探傷；強(qiáng)度試驗(yàn)壓力低于1.25倍MAOP，水壓試驗(yàn)記錄不全；

（3）管道地區(qū)等級(jí)升為4級(jí)；管段位于3級(jí)地區(qū)，且運(yùn)行壓力超過(guò)72%SMYS；

（4）管段裸管或存在皺折，管段3年內(nèi)未進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)；

（5）管段4年內(nèi)未測(cè)試陰極保護(hù)電位以及外防腐層檢測(cè)（DCVG或ACVG法）；

（6）管段未按照規(guī)定期限內(nèi)修復(fù)管體缺陷或防腐層破損點(diǎn)。

管道地區(qū)升級(jí)應(yīng)制定完整性管理計(jì)劃，加強(qiáng)第三方監(jiān)控和巡線頻率，涵蓋下列檢測(cè)內(nèi)容：

（1）密間隔電位測(cè)量（CIPS）。管段地區(qū)等級(jí)升級(jí)1年內(nèi)應(yīng)進(jìn)行CIPS，定期對(duì)地區(qū)等級(jí)升級(jí)管段進(jìn)行CIPS，檢測(cè)周期不超過(guò)7年；

（2）涂層狀況檢測(cè)。管段地區(qū)等級(jí)升級(jí)1年內(nèi)應(yīng)進(jìn)行直流電壓梯度測(cè)試（DCVG），確定防腐層狀況，完成防腐層破損點(diǎn)修復(fù)；

（3）應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂直接評(píng)估。管段地區(qū)等級(jí)升級(jí)1年內(nèi)應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂直接評(píng)估（SCCDA）或者裂紋檢測(cè)評(píng)估。按照完整性管理程序進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，檢測(cè)周期不超過(guò)8年；

（4）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。編制CIPS、DCVG、ILI、SCCDA書(shū)面報(bào)告。地區(qū)等級(jí)升級(jí)管段每5年開(kāi)展1次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出風(fēng)險(xiǎn)減緩措施。

4 結(jié)語(yǔ)

管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)安全管理涉及歷史和現(xiàn)實(shí)因素，是油氣管道行業(yè)面臨的難題，還未制定相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)推薦做法是綜合目前地區(qū)等級(jí)和建筑物數(shù)量密度，酌減確定管道最大允許操作壓力。根據(jù)我國(guó)國(guó)情和經(jīng)濟(jì)性因素，管道地區(qū)等級(jí)升級(jí)宜采用分級(jí)管理策略，綜合分析管道建設(shè)運(yùn)行維護(hù)狀況，確定是否維持現(xiàn)狀或者采取換管、改線或者降壓運(yùn)行措施。此外應(yīng)深化實(shí)施管道完整性管理，加強(qiáng)管道巡線等日常管理，定期開(kāi)展防腐層檢測(cè)和內(nèi)檢測(cè)，建立推行事故前預(yù)防的管道管理理念。