復雜山區高含硫氣田集輸管道完整性管理探索與實踐

袁銀春 王 威 王小魏 張鳳霞 李 怡 李思強

（中石化西南油氣分公司采氣二廠，四川 閬中 673400）

0 引言

××氣田處于四川丘陵地帶，地勢起伏大，管道彎頭多、高程差變化大，存在著很大的泄漏、火災、爆炸等危險性。針對其特殊性，××氣田集輸管網采用改良的全濕氣加熱保溫混輸∕分輸工藝，及抗硫管材、緩蝕劑連續加注、陰極保護技術、智能清管技術聯合的防腐工藝，全方位保證酸氣管線安全運行［1］。

××氣田集輸管道已安全平穩運行7 年，但因地處丘陵地區，自然災害頻發，同時地方經濟發展迅速，第三方破壞日益嚴重。隨著氣田發展，現有的數字管理平臺功能單一，僅限于基礎數據靜態的收錄，無法對集輸管道的周邊信息、風險等級、安全隱患、檢驗評價和維護情況等進行統計分析，亟須探索出適用于××氣田集輸管道完整性的管理模式。本研究借鑒國內外完整性管理理念及管理模式［2-3］，采用“6 步循環法”開展管道完整性管理。針對××氣田的實際情況，對集輸管道運行中面臨的風險因素進行識別和評價，通過監測、檢測、檢驗等各種方式，獲取與專業管理相結合的管道完整性的信息，制定相應的風險控制對策，解決現有的問題，從而將管道運行的風險水平控制在合理、可接受的范圍內，探索出適用于××氣田集輸管網的完整性管理方法，保障了××氣田集輸管網安全平穩運行。

1 集輸管道完整性評價現狀

管道完整性管理指對所有影響管道完整性的因素進行綜合、一體化管理。通過對運營安全因素的識別和評價，制定相應的風險控制對策，不斷改善識別到的不利影響因素，將管道運營風險控制在合理、可接受的范圍內，達到在經濟合理的基礎上保障管道安全運行管理的目的［4-5］。

目前，國內外完整性管理理念及管理模式，以“6步循環法”開展管道完整性管理為核心主線，在管理和技術兩個層面同時進行規劃［6-7］，包括：數據收集與整理、高后果區識別、風險評價、完整性檢驗評價、維修與維護、效能評價等6個步驟，具體如圖1所示。

圖1 6步循環法

2 ××氣田集輸管線完整性評價

2.1 數據收集與整理

數據包括基礎數據、運行數據、檢測數據、評價數據、維護數據等五大類［8-9］，其中基礎數據和運行數據如圖2 所示。依托EPBP 管理平臺，完成了全部已建集輸管道的基礎地理信息，包括海拔、GPS坐標、埋深等數據的錄入，其余運行數據包括腐蝕監測系統、陰極保護、腐蝕檢測結果、管道開挖檢測結果等通過建立相應臺賬來記錄。但目前仍存在腐蝕數據采集不規范、數據存儲分散、數據查找不方便等情況，××氣田搭建管道腐蝕基礎數據庫，把分散的多方數據進行整合納入統一的數據庫，實現管道腐蝕數據的集中高質量管理及后續應用。綜合管道內檢測、遠場應力檢測、陰極保護及干擾監測，防腐層管理及歷史開挖修復等數據信息，實現管道腐蝕風險的在線評價與分級，同時為其他數據庫和系統提供數據調用接口，為管道完整性管理建設提供支持。

圖2 集輸管線數據類型

2.2 高后果區識別

高后果區是酸氣管道發生事故后，對周圍人員、環境等造成的損失及后果［10-11］，可通過計算失效后果來判斷。首先，按照擴散模型計算人員傷亡和財產損失面積，并計算出傷亡人數和直接經濟損失。其次，將傷亡人數和直接經濟損失換算成人員傷亡得分C1和直接經濟損失得分C2，并按照式（1）確定失效后果得分。

總的失效后果得分為71～81 分，說明失效后果得分差異不大，即若發生事故，各區段人員傷亡、財產損失狀況基本相當。

2.3 風險評價

目前，××氣田集輸管道運行主要存在多種風險，如圖3 所示，主要包含三大類。①地質災害風險?！痢翚馓锼釟夤艿劳窘?4 個鄉鎮、123 個村莊，每年6—9 月是××氣田發生地質災害的高風險期，而地質災害的發生常常伴隨著對站外酸氣管線的拉扯、橫推等張力，具有酸氣泄漏風險。②管道本體失效風險。××氣田建設過程中，大部分設備及管道均采用國產設備，酸氣集輸采用“抗硫碳鋼+緩蝕劑”工藝路線。因山地起伏，高差較大，部分酸氣管道實際流速低于設計值，站外酸氣管道低洼處底部積液，易造成管線腐蝕超標，增大了腐蝕穿孔、氫脆開裂的風險。③第三方破壞風險。工區內酸氣管道途徑山地、農田、道路、河流、村莊，地域范圍廣，蒼溪、閬中地區近年來經濟發展較快，居民、地方政府開展的建設活動較多，氣田管道面臨著第三方施工破壞、農民耕作損壞、安全距離內違章占壓和根深植物損壞防腐層等風險，容易造成管道裸露、管道外部母材受損等傷害，增大了酸氣泄漏的風險。

圖3 油氣田管道常見失效風險類型

集輸管道的失效可能性評分通用模板包括第三方破壞、腐蝕、設備（裝置）操作不當和本體安全四個部分，相對風險值=（第三方影響評分+腐蝕影響評分+設計影響評分+誤操作影響評分）∕泄露沖擊指數，具體見式（2）。

式中：S31為第三方破壞得分；S32為腐蝕得分；S33為設備（裝置）及操作不當得分；S34為本體安全得分；β為泄露沖擊指數。

相對風險值得分為130.2～149.2分，具體如圖4所示，風險值得分差異不大，因此集輸管道的風險等級為中等風險，集輸管道失效可能性如圖5所示。

圖4 失效后果分數值

圖5 集輸管道的失效可能性

2.4 完整性檢驗評價

針對××氣田目前的三類主要風險，××氣田通過監測、檢測、檢驗等方式，獲取管道完整性的信息，并對風險進行確認，制定相應的風險控制對策，以管控風險。

2.4.1 地質災害方面?，F有的地質災害監測系統主要監測設備有北斗定位監測、拉線式位移計、深部位移計、雨量監測計、水位監測計。所有設備均設置有一、二、三、四級預警值，在監測設備出現監測值超過預警值時，系統提供網頁平臺和手機短信實時預警。

2.4.2 管線本身方面。管線本身風險包括管道腐蝕風險和應力集中風險。××氣田腐蝕防控手段包括：一是場站內采用緩蝕劑連續加注的方式對場站酸氣管道進行腐蝕防控；二是場站外的酸氣集輸管線，采用緩蝕劑預膜來進行腐蝕防控，具體方式為采用腐蝕掛片、電阻探針及超聲波壁厚檢測來論證緩蝕劑加注量的合理性及壁厚情況；三是采用卡箍式超聲波在線監測系統、場指紋技術來監測站外管道壁厚，全方位管控酸氣管道的腐蝕情況。同時，通過建立有限元模型，在風險管道點布設應力應變監測點，監測管道的軸向應變，經設置在現場的應變傳感器和數據采集工作站將監測到的應變數據傳送到服務器。服務器端實時監控數據，并對數據進行分析處理，對管道的力學狀況進行評判，對風險進行提示，及時做出預警信息，高風險時及時進行報警處理。

2.4.3 管線腐蝕檢測方面?！痢翚馓镒酝懂a以來，全面開展了酸氣管道智能清管檢測復檢工作，試產工程完成第三輪復檢，滾動建產工程完成第二輪復檢。酸氣管道的缺陷點隨管道的運行時長增加而增加的，通過智能清管漏磁和幾何檢測，及時發現管道的腐蝕及變形。

2.4.4 管線應力檢測方面。針對普光氣田環焊縫開裂事故，××氣田立即對143 km 集輸酸氣管線原始環焊縫射線底片進行復評，并對管道應力狀況進行模擬分析，及時發現不合格焊縫及高風險焊縫。2020 年，××氣田全面開展遠場應力檢測工作，并對應力集中風險點進行開挖驗證并釋放應力，防止應力集中對管線造成損傷。根據《油氣集輸設計規范》（GB 50350—2015）中的應力校核準則進行校核，在設計工況下，××氣田集輸管道各節點最大當量應力小于0.9倍最小屈服強度，滿足規范要求。

2.4.5 第三方破壞方面。第三方破壞主要采用管道智能管控平臺進行預防和管理，該平臺以無人機巡護系統為主導，光纖預警系統為數據接入端，利用傳感器獲取告警信息后通知巡護系統。利用無人機巡護系統，實現管道日常巡線，并在發現異常時，及時通知監控中心，由監控中心進行遠程控制、指揮，第一時間對管道外部入侵進行實時預警及泄漏事故做出快速應急反應。同時結合地質災害檢測系統、分布式光纖泄漏監測系統及管道應力應變監測系統，實現管道泄漏與防護的實時監測、及時預警、報警，有效提升油氣管網安全管控與防護能力，降低管道泄漏與破壞帶來的損失。

2.5 維修與維護

××氣田某支線集輸管道智能清管工作中，共發現金屬損失36 點位（金屬損失深度大于10%）。全部開挖驗證，開挖驗證準確度大于90%；共發現幾何變形10 點位，完成2 處開挖驗證，發現缺陷2 處，開挖驗證準確度為100%。對于大于20%的金屬損傷缺陷、形變大于0.6%的變形缺陷和焊縫褶皺缺陷，××氣田采用鋼質環氧套筒補強與修護，如圖6所示。

圖6 集輸管道補強

2.6 管道完整性管理實施效果

按照《油氣輸送管道完整性管理規范》（GB 32167—2015）的要求，定期開展效能評價，確定完整性管理的有效性，采用管理審核、指標評價和對標的方法，根據指標體系的建立及××氣田的具體狀況，建立長輸管道完整性評價指標標準。研究表明，集輸管道完整性狀態總效能和長輸管道完整性管理過程總效能這2 個指標可以更加科學地對整個管理過程進行評價和分析。在推行管道完整性管理后，管道的安全性能增加，尤其是在預防腐蝕和第三方破壞方面效果明顯。

3 結語

川東北山區管道沿線地形地貌復雜多樣，地質災害頻發，應急搶險難度大，國內可供借鑒的管理經驗有限。隨著《油氣輸送管道完整性管理規范》的實施，××氣田以建設“智能管道、智慧管網、數據完整性管道”為目標，積極探索××氣田川東北山區管道完整性管理模式，建立數據一體化系統，協同分析集輸管道情況。針對目前面臨的三類風險，建立空地一體化管控系統、引進先進技術管控腐蝕及識別第三方破壞，實現管道泄漏與防護的實時監測、預警及報警，有效提升油氣管網的安全管控與防護能力，降低管道泄漏與破壞帶來的損失。