城市燃气管网完整性管理探讨.doc

城市燃气管网完整性管理探讨王 婷 郑洪龙 冯庆善 宋汉成 戴联双 孙伶（中国石油管道科技研究中心，廊坊，河北，065000）摘 要：随着城市燃气的快速发展，各地区间燃气管道的建设和运营管理水平存在很大差距，保障管网安全运行方面也存在诸多问题。加强对于城市燃气管网的安全管理，防范事故于未然，是燃气输配管网管理的首要问题。通过建立城市燃气管网的完整性管理体系框架，持续完善燃气管网的完整性管理技术，可以提升燃气管网的本质安全，减少以及预防事故的发生，优化资源配置，从而更加经济合理地保障城市燃气管网安全有效运行。关键字：城市燃气管网 完整性管理 体系框架 技术中图分类号：TE88文献标识码：BDiscussion of Integrity Management for City Gas Pipeline NetworkWang Ting Zheng Honglong Feng Qingshan Song Hancheng Dai Lianshuang (PetroChina Pipeline R&D Center, Langfang, Hebei, 065000)Abstract: With the rapid development of city gas, gas pipeline construction and operational management across regions are very different from each other. There are many problems in ensuring safety of pipeline network operation. It is the most important issue for gas transmission and distribution pipeline network management, that to enhance safety management and to prevent accidents. Accidents can be reduced and prevented, operation safety can be economically and reasonably ensured by establishment of the integrity management system framework and continuous improvement gas pipeline network management technology.Keywords: city gas pipeline network, integrity management, system framework, technology1 前言近几年，国内燃气管道事业发展迅猛，随着大量燃气管网的不断组建和运行时间的延长，在施工、管理等方面也出现了诸多不完善的地方，造成了一定数量的管道事故。与长输管道不同，城市燃气管道往往位于经济水平发达、商业活动频繁、周边人口密集的城市，一旦发生事故，将会造成城市燃气供应中断、人员伤亡和环境污染等严重危害，从而严重影响城市燃气行业的社会和经济效益。燃气管网安全运行突发事件统计数据表明，2001年至2009年，北京市燃气集团有限责任公司共进行燃气事故抢修1800多起，引发事故的主要因素是外力破坏和地下管道腐蚀，约占全部事故的75%。表1所列为2009年和2010年由于各种因素导致的国内燃气管道事故数量统计数据。国内燃气管网安全运行突发事故事件统计数据表明，引发事故的主要因素是第三方损坏和地下管道腐蚀，此外，还存在设施、自管户和运行管理等方面的问题。表1 2009年和2010年各因素导致国内燃气管道事故数量表第三方损坏腐蚀误操作材料缺陷施工缺陷自然灾害其他合计2009年9585249221452010年581422783根据美国管道安全局(Office of Pipeline Safety，OPS)的统计数据，从1986年1月1日至2008年6月30日，美国的城市燃气管道共发生失效事故3140起，死亡人数多达365人，受伤人员达1578人，造成财产经济损失累计超过12.3108美元。加强对城市燃气安全的管理，防范事故于未然，是燃气输配管网管理者面临的首要问题。燃气管道的失效模式分为两种：一种是时间依赖的模式，如腐蚀、老化、疲劳等；另一种是与时间无关的模式，如发生频率较高的第三方损坏、施工期间造成的机械损伤等都能够引发管道的失效。由于管道本体和周边的情况变化较快，因此必须周期性地对燃气管道进行数据收集、开展风险分析和评价、完整性检测与评价、并根据评价结果安排维修维护，同时，还应对完整性管理相关人员进行持续、系统的培训。欧美发达国家的很多城市在燃气管道方面已经建立了完善的档案系统，并使用了GIS系统、管道遥感检测等先进技术。国内的大中小燃气公司也纷纷建立城市燃气GIS系统来代替传统的管网资料管理方法1，从而可以最大程度地满足燃气管网的资料维护、信息查询和报警抢险等日常事务的需要。燃气管道的完整性管理工作与管道的设计建造、运行维护、检验维修等各个过程密切相关，它是对已有管理手段和技术方法的集成应用，对生产应用前沿技术的不断创新和发展。燃气管网完整性管理的核心是安全，维护燃气管网完整性的目的是为了保证其安全有效运行，同时降低管理成本，目标就是为了实现“风险可控，事故可防”，是一个持续改进的过程。2 城市燃气相关标准规范分析从世界上许多发达国家(如美国、英国和日本等)的城市燃气发展来看，各国的起步都比较早，城市燃气管道技术发展也都较为成熟，这有力地促进了国家经济的发展。目前，国内外在城市燃气管网完整性管理方面的标准规范并不多，相关的几个主要标准如下2： 澳大利亚标准燃气输配管网管理Gas distribution network management AS 4645-2005。该标准规定了燃气管网在整个服役过程中所涉及的安全管理的所有内容。该标准适用于运行压力低于1.05MPa的城市燃气配送管道。 欧盟燃气供应系统一燃气分配管网完整性管理指导方针Gas supply systems guidelines for management systems for gas distribution networks CEN/TS 15399-2007。该方针的设立是为了确保一个安全有效的天然气供应管道网络，可以为管道的设计、施工、运行、操作、维护等相关工作提供指导性意见。 欧盟燃气供应系统一关于管道完整性管理系统(PIMS)的参考框架Gas supply systems-frame of reference regarding pipeline integrity management system (PIMS) CEN/TS 15173-2006。该标准的适用范围为陆上燃气管道及其相关设施(包括绝缘设施、减压设施、截断设施、阴极保护设施等)。 美国天然气输送和输配管道系统Gas Transmission and Distribution Piping Systems ASME B31.8-2007。该标准明确了输送管道与输配管道在执行完整性管理方面存在的异同点，规定了开展城市燃气管道完整性管理相关的技术要求。 我国制定的公用管道定期检验规则燃气管道TSG D7002-2008。该标准规范了我国城市燃气管道行业对于安全评价的管理，对于管道运营企业的完整性管理行为进行了统一的要求。城镇燃气设计规范(GB 500282006)对城市燃气管网的设计进行了规范，提出了相应技术指标要求，为实现燃气管网全生命周期的完整性管理提供了设计阶段的参考依据。城镇燃气技术规范（GB 50494-2009）对城市燃气设施的建设、运营维护和使用进行了规范，统一了运营城市燃气管网的相关技术指标。3 城市燃气管网完整性管理3.1 完整性管理理念燃气管网完整性管理GPIM(Gas Pipeline Integrity Management)是指燃气管道运营公司根据不断变化的管道因素，通过监测、检测、检验等各种方式，获取与专业管理相结合的燃气管网完整性的信息，对可能使燃气管道失效的主要威胁因素进行检测、检验，据此对燃气管道的风险和适用性进行评估，并根据评估结果，制定相应的预防减缓和维修维护措施，最终达到持续提升管道本质安全，减少和预防燃气管道事故发生，优化配置相关管理资源，经济合理地保证燃气管网安全有效运行的目的。燃气管网完整性管理不仅仅是对管道本体进行管理，而是对影响燃气管网完整性的所有因素进行综合安排考虑，采取一体化的管理模式，其工作内容包括：（1）拟定工作计划，编制工作所依据的体系文件并规定相应的工作流程，这对于分布错综复杂的城市管网尤其重要；（2）采集燃气管网生命周期类的数据，建立文档管理系统；（3）根据相关数据信息进行风险评价，从而使运营者能够全面了解所辖管道发生事故的可能性以及其所导致的后果（包括人员伤亡、财产损失、环境污染及社会影响等方面），从而制定预防减缓和应急抢险措施；（4）需要按照拟定的工作计划，周期性的对管道进行完整性检测与评价，掌握燃气管道的本体状况和薄弱环节，对可能发生事故的部位和原因进行分析、监测和控制；（5）采取修复或减轻失效威胁的措施；（6）开展效能评价；（7）人员培训，不断提高人员素质等。3.2 完整性管理体系燃气管网的完整性管理体系是指针对燃气管网完整性管理的计划、实施、效能、质量、评审、培训、持续改进等内容，建立一套具有规定性、强制性、科学性的可执行、可操作、可遵循的管理文件和技术文件以及技术标准。燃气管网完整性管理体系分为管理体系和技术体系，其中管理体系分为法规标准、管理手册、体系文件以及管理方案等；而技术体系所有部分都包括对问题的发现、分析和解决、以及各部分工作的改进和提高等，见图1和图2。图1 管理体系框图图2 技术体系框图管道完整性管理体系及其技术贯穿应用于以下三个方面：组织完整性、数据完整性和管理过程完整性。（1）组织完整性需要从燃气管网规划、建设到运行维护、检修的全过程实施完整性管理，它将贯穿燃气管网整个生命周期，在整个生命周期进行管理的过程中需要一个完善的组织机构和保持持续改进的执行团队来发挥完整性管理的最大价值。（2）数据完整性要求从数据库的设计与升级，数据的收集、整合与管理等环节，保证所掌握数据的详实完整，从而为下一步的风险评价和完整性评价提供准确、可靠的评价基础。（3）管理过程完整性管道完整性管理六步循环（如图2）是管道完整性管理的关键组成部分和核心技术内容。如根据评估的管道剩余寿命和完整性管理效果评估的结果，确定再次检测、评价的周期；根据危险因素的变化及完整性管理效果测试情况，对管理程序进行必要修改，以适应管道实际情况。（4）灵活性完整性管理要适应于每条燃气管道的特定条件。燃气管道的设计、运行条件不同，环境在变化，燃气管道的数据、资料在更新，评价技术在发展，此外，管理者的完整性目标和支持完整性管理的资源、技术水平等均有所不同。因此，完整性管理的计划、方案需要根据管道实际条件来制定，不存在适于所有管道的“唯一”的或“最优”的方案。3.3 完整性管理技术城市燃气管网完整性管理的各项技术是实施燃气管网完整性管理的核心，通过有机的结合形成了图2所示的6步循环，各步的主要内容如下：（1）数据收集、整合和更新保证数据的完整是完整性管理的关键环节，尤其是对于管线错综复杂、情况多变的城市燃气管道，数据信息相关技术的重要性更加突出。不完整的数据无法反映管道的真实状况，可能导致评价结果的无法确定，也可能会产生不良甚至是完全错误的结果，从而影响经营决策对于重大风险的认识和掌控，误导其对于重大决策的判断。数据完整性的工作主要包括两个方面：一是历史数据的恢复；二是日常数据的采集，这两方面内容都包括数据和相关资料的收集、整合与更新等。数据的收集：一是历史数据的恢复，包括工艺、设备、管道线路的设计资料和图纸，管线断面图及沿线地区的地形图，施工检测相关的标准规范和报告，建筑设计和施工图纸，选用材料的证书及安全检测报告，及各种规程、预案等；二是日常数据的采集，包括运行数据、改线等变更数据、事故调查和评价或测试报告等。数据的整合：为了更有效的利用数据，不同系统的数据应建立相同的参考标准。如通过C化定位方法，获得阀井、阴极保护和标志桩等在WGS-84坐标系下的地理位置，从而逐步形成城市燃气管网的地理信息系统3。数据的更新：管道相关数据的变化是不断发生的，因此数据信息具有时效性。要获得准确的评价结果和进行有效的维修维护，需要获得最新和最准确的数据信息，因此数据需要及时的更新维护。（2）文档管理城市燃气管网是一个复杂的系统，涉及的管材、管径种类繁多，周边环境日新月异，管理人员分工细杂等，这些都会产生大量的文档。同时，还涉及大量的变更管理、承包商管理等，因此就需要有序、适度的对相应的文档进行妥善管理，以便及时准确的获取相关信息。（3）风险评价风险评价是通过基础数据分析，对系统可能发生事故的危险性进行定性的或定量的分析，从而获得所评价系统发生危险的后果和可能性（即风险水平），以寻求最小的事故率以及最优的安全投资效益4。城市燃气管道的风险构成是一个包含众多因素和复杂内在关联的体系，目前城市燃气管网风险评价工作方面已有一些进展，但尚未形成系统、完整的风险评估技术，指标的选取方法也不一致、不全面。目前常用的定性的评价方法有故障树分析法（FTA）和故障类型及影响分析（FMEA）；定量的方法有模拟仿真和概率法、结构可靠性评估；半定量方法有专家评分指标法和模糊综合评判法等5。各种方法各有优缺点，评价人员需根据研究对象的实际情况建立合理模型，并选取适当的评价方法。（4）完整性评价完整性评价是管道完整性管理的重要环节，只有通过完整性检测和评价，才能对管道的本质安全作出全面评估。管道完整性检测与评价方法一般分为三种：内检测、水压试压和直接评价。一般在役城市燃气管道不适合采用试压方法进行完整性评价。外腐蚀直接评价(ECDA)法是指评价外壁腐蚀对管道完整性影响的方法，由预评价、间接检测和评价、直接检测和评价、后评价四个步骤组成。ECDA评价过程将管道沿线设施参数、管道特性、管道已有的现场检测数据相结合，采用不开挖或定点开挖的检测技术(一般为地上或间接检测)对防腐效果进行评价。（5）维修维护城市燃气管网较长输管网的维修维护工作有很大不同，原因是前者管材的种类、口径、承压都与后者有较大差异，并且城市燃气管道周边的人口密集、建筑物众多，造成了其维修维护具有较大难度；此外，城市燃气直接面向使用客户，供气中断会造成巨大经济损失和不良社会影响。因此，更需要通过有效的完整性管理技术来提高城市燃气管网的安全可靠性