陳向新1  譚鈺山2  張振永2

1  中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì )； 2  中石油管道工程設計研究院

管道完整性管理是以管道安全、設施完整性、運行可靠性為目標并持續改進(jìn)的系統管理體系，貫穿管道全生命周期，包括設計、采購 、施工、投產(chǎn)、運行和廢棄等各階段。管道建設階段作為管道全生命周期的重要一環(huán)，建設質(zhì)量的優(yōu)劣和所處環(huán)境條件是管道運行期管理的基礎，其很大程度上決定了運行維護條件的優(yōu)劣和管道能否安全平穩運行，因此認真做好建設期的風(fēng)險管理、從源頭上識別和消減風(fēng)險至關(guān)重要。本文結合建設期完整性管理要求和近幾年管道建設實(shí)例，提出管道設計、施工應重視和改進(jìn)的核心問(wèn)題。

1  建設期完整性管理的主要內容

管道設計、施工階段均包括數據采集、高后果區識別（HCA）、風(fēng)險評價(jià)、完整性評價(jià)和風(fēng)險消減與維修維護等內容（見(jiàn)表1），其中影響管道安全運行和完整性管理的關(guān)鍵問(wèn)題，應重點(diǎn)關(guān)注。

可行性研究階段。通過(guò)各項評價(jià)和政府核準，選擇經(jīng)濟合理的宏觀(guān)路由。管道線(xiàn)路選擇以現場(chǎng)踏勘調研取得相關(guān)數據為主。完整性管理數據收集包括可研報告、沿線(xiàn)環(huán)境數據、專(zhuān)項評價(jià)報告及評審意見(jiàn)等。高后果區識別包括沿線(xiàn)高后果區的調查和識別（含規劃調查與分布預測）。風(fēng)險評價(jià)包括對專(zhuān)項評估報告審核、危害因素識別和高后果區評價(jià)等。風(fēng)險消減與維修維護主要是根據高后果區識別和風(fēng)險評價(jià)的結果，對管道路由進(jìn)行調整和設計防控措施。

初步設計和施工圖設計階段。隨著(zhù)管道的勘測數據不斷完善和設計方案的逐漸細化，完整性管理的數據采集、高后果區識別、風(fēng)險評價(jià)等工作需要重新循環(huán)開(kāi)始，結合沿線(xiàn)環(huán)境數據的變化和新增高后果區情況，進(jìn)行風(fēng)險評價(jià)和落實(shí)調整優(yōu)化設計。在初步設計階段，管道完整性評價(jià)需要針對管道設計路由圖、工藝流程圖、收發(fā)球裝置等進(jìn)行可行性評估，以保證滿(mǎn)足后期運行內外檢測和完整性評價(jià)的需要；施工圖設計階段主要針對設計方案（包括施工期間的設計變更）進(jìn)行高后果區識別和風(fēng)險評價(jià)等工作。

2  建設期完整性管理的核心問(wèn)題

2.1  提升設計理念和方法

目前管道設計方案比選主要是基于建設期的工程量、施工難易和投資，運行維護多采用定性描述，其維護成本和管道失效風(fēng)險難以進(jìn)行量化計算。同時(shí)，國內外目前多采用的基于應力的設計方法，亦不能實(shí)現管道設計、施工和運行維護的有機統一，對于采用的新工藝、新材料和新方法，同樣不能說(shuō)明其安全可靠度。為此，推廣采用基于可靠性的管道設計方法和建立管道全生命周期費用模型，以彌補現有設計方法和經(jīng)濟比選的不足。

2.2  完善設計文件內容

管道完整性管理是個(gè)持續過(guò)程。一項管道工程從管道前期可行性研究到建設施工至投產(chǎn)，時(shí)間跨度較長(cháng)，管道周邊環(huán)境受到經(jīng)濟快速發(fā)展的影響變化較快。為保證管道的可實(shí)施性，管道路由在不同階段需要不間斷地開(kāi)展數據采集、高后果區識別和風(fēng)險評價(jià)及消減等工作。

目前國內管道設計在初步設計階段均開(kāi)展了管道高后果區識別、風(fēng)險評價(jià)及消減等工作，但在管道可行性研究和施工圖設計及施工階段尚未推行這項工作。應結合《油氣輸送管道完整性管理規范》，完善相關(guān)設計文件內容與深度編制規定。

2.3  重視做好管道選線(xiàn)

（1）做好多方案路由比選

可行性研究階段，對不少于3個(gè)宏觀(guān)路由走向方案進(jìn)行比選，擇優(yōu)推薦。初步設計階段，應結合各專(zhuān)項評價(jià)報告和地方報批情況，進(jìn)一步進(jìn)行局部路由方案的比選和調整。方案比選時(shí)不應局限于單純建設期的技術(shù)經(jīng)濟比較，應統籌考慮運行期的維護成本和潛在失效風(fēng)險成本，即進(jìn)行管道全生命周期費用比選。

（2）選定線(xiàn)路依法合規

油氣管道與周邊設施的關(guān)系涉及眾多法律法規和標準規范，如《城鄉規劃法》《管道保護法》《飲用水水源保護區污染防治管理規定》《自然保護區條例》《公路安全保護條例》《鐵路安全管理條例》《電力設施保護條例》《軍事設保護法》等法律法規，以及《輸氣管道工程設計規范》《輸油管道工程設計規范》《石油天然氣工程設計防火規范》《油氣輸送管道穿越工程設計規范》和《鐵路工程設計防火規范》等，管道設計人員應充分掌握并嚴格執行。

（3）與地方部門(mén)溝通協(xié)調

在設計各階段，積極與地方各相關(guān)部門(mén)溝通和協(xié)調，如西氣東輸三線(xiàn)中段路由涉及1 198個(gè)報批部門(mén)，包括規劃、國土、林業(yè)、環(huán)保、水利、文物、交通等�？尚行匝芯侩A段一般到區縣級部門(mén)報批，在初步設計階段還要延伸到鄉鎮報批，甚至要協(xié)調村級組織。

（4）與專(zhuān)項評價(jià)有效銜接

在可行性研究階段，需要進(jìn)行環(huán)評、安評、地質(zhì)災害、地震安全、水土保持、礦產(chǎn)壓覆和文物調查等專(zhuān)項評價(jià)。為保證工作有序進(jìn)行，避免返工，對于設計提供的路由，各專(zhuān)項評價(jià)宜先進(jìn)行資料收集和現狀調查，確定無(wú)制約性因素再開(kāi)展評價(jià)工作，評價(jià)結論和建議應與設計單位進(jìn)行溝通、確認，保證方案的一致性。

2.4  合理劃分地區等級

近幾年在役管道由于地區等級升高被迫對存在重大隱患的管段進(jìn)行改線(xiàn)的事例屢見(jiàn)不鮮，應引起高度重視。應按照《輸氣管道工程設計規范》對地區等級劃分規定，進(jìn)行相關(guān)設計工作。當地區發(fā)展規劃足以改變該地區現有等級時(shí)，管道設計應根據地區發(fā)展規劃劃分地區等級，且遵循“宜高不宜低”的原則，科學(xué)確定沿線(xiàn)地區等級，以便為后續發(fā)展留有充分裕量。

2.5  重視高后果區識別

《油氣輸送管道完整性管理規范》《輸氣管道工程設計規范》分別規定高后果區劃分標準和。設計系數選取條件。管道設計應針對一、二級地區詳細調查管道兩側各200 m范圍內特定場(chǎng)所分布情況，對于學(xué)校、醫院以及其他公共場(chǎng)所，應嚴格按照三級地區選取設計系數。

2.6  做好線(xiàn)路用管設計

（1）管型選擇

對于大口徑輸油氣管道宜采用埋弧焊鋼管（直縫或螺旋縫），對于中口徑輸油氣管道，宜選用埋弧焊鋼管或高頻焊鋼管，對于小口徑輸油氣管道，宜選用無(wú)縫鋼管或高頻焊鋼管。

（2）強度和韌性

管道按照不同的設計系數進(jìn)行壁厚計算，并通過(guò)強度、剛度和穩定性校核，進(jìn)行管道韌性設計。輸油管道鋼管母材和管體焊縫以滿(mǎn)足不起裂為原則，所需的韌性值相對較低；輸氣管道鋼管母材除滿(mǎn)足不起裂外，還要求具有止裂能力，因此其韌性值相對要高，如西氣東輸二線(xiàn)一級地區鋼管母材韌性值要求為200 J。

（3）可焊性良好

管道鋼管在現場(chǎng)要進(jìn)行環(huán)焊縫的焊接施工，要求具有良好的焊接操作性能和良好的環(huán)焊縫力學(xué)性能。輸氣管道X70、X80等高鋼級管材，自保護藥芯焊絲半自動(dòng)焊的環(huán)焊縫的沖擊韌性波動(dòng)較大，常出現不達標現象。為此，對于高鋼級鋼管尤其是X80鋼，對其合金成分應作出嚴格的限定。

2.7  嚴格控制焊接施工

國內某研究機構對2011～2012年國內新建11 000公里管道環(huán)焊縫的8處失效原因進(jìn)行了研究，研究表明：75%屬于焊接施工缺陷，主要是沖擊韌性不符合要求和內壁起裂；25%是由于外部荷載，如地面移動(dòng)和強力組對引起。為控制管道環(huán)焊縫質(zhì)量，規避環(huán)焊縫斷裂風(fēng)險，應做好如下幾點(diǎn)。

（1）采用自動(dòng)焊接工藝

高鋼級管道的焊接施工量大，傳統的自保護藥芯焊絲半自動(dòng)焊沖擊韌性不易保證，應大力推進(jìn)采用自動(dòng)焊接工藝。在建的中靖聯(lián)絡(luò )線(xiàn)、陜京四線(xiàn)、漠大復線(xiàn)和中俄東線(xiàn)天然氣管道工程，自動(dòng)焊接的應用規模均超過(guò)50%。

（2）控制連頭碰死口施工

管道連頭碰死口時(shí)容易出現錯邊和斜接，同時(shí)受制于兩端固定約束作用，會(huì )產(chǎn)生焊接殘余應力，環(huán)焊縫容易發(fā)生開(kāi)裂失效。因此管道連頭碰死口要放在彎管兩側的直管段處，同時(shí)要求管道連頭處兩側管道要預留足夠的未回填長(cháng)度，以便自由調整。

2.8  做好管道防腐補口

腐蝕是除外力破壞之外的管道第二大失效因素。做好管道防腐、補口的設計施工至關(guān)重要。

山區石方等地段管道宜采用3PE防腐層，沙漠等地段可采用單層熔結環(huán)氧粉末防腐層或雙層熔結環(huán)氧粉末防腐層。3PE防腐層管道宜采用熱熔膠型熱收縮帶(套)和液體聚氨酯補口。熔結環(huán)氧粉末防腐層管道宜采用熔結環(huán)氧粉末涂料靜電噴涂補口，或采用無(wú)溶劑液體環(huán)氧涂料補口，也可采用熱熔膠型熱收縮帶（套）補口。為避免傳統的手工熱縮帶補口帶來(lái)的施工質(zhì)量問(wèn)題，應大力推進(jìn)機械化補口和干膜施工。

2.9  開(kāi)展石方段變形檢測

管道經(jīng)過(guò)山區石方段施工時(shí)易受到磕碰，或因溝底不平或細土回填不到位，管底部分容易形成凹坑。根據統計數據，大于2%管徑深度的凹坑密度在0.15～0.76個(gè)/km左右，且凹坑多位于管底5:00-7:00點(diǎn)鐘位置。為及時(shí)開(kāi)挖驗證和消除超標凹坑，山區石方段的大口徑管道宜在管道試壓后采用智能變形檢測。中緬油氣管道、蘭成原油管道和在建的陜四線(xiàn)、中俄東線(xiàn)天然氣管道等均在建設期采用了智能變形檢測，取得了較好的效果。

2.10  加強地質(zhì)災害防治

建設期的地質(zhì)災害規避和處理是管道完整性管理的一個(gè)重點(diǎn)�？尚行匝芯侩A段應開(kāi)展管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害調查、評估，為管道地質(zhì)災害的防治提出建議，并對建設項目場(chǎng)地適宜性做出評價(jià)。初步設計階段要完成管道全線(xiàn)的地質(zhì)災害調查、勘察評價(jià)和防治工程的初步設計，并納入工程概算。施工圖設計階段要完成管道全線(xiàn)的地質(zhì)災害防治工程的詳細勘察和施工圖設計。施工階段要開(kāi)展地質(zhì)災害防治工程施工，進(jìn)一步實(shí)現線(xiàn)路優(yōu)化、設計優(yōu)化，施工采用信息法施工，預防管線(xiàn)施工誘發(fā)地質(zhì)災害。

2.11  做好數據采集錄入

良好的地理信息平臺和完善的數據采集系統是完整性管理的必備條件，管道相關(guān)數據的完整和準確直接決定管道全生命周期完整性管理的成敗�；�礎數據的積累、完善、及時(shí)錄入等，大部分在管道建設期內完成。建設期采集的數據包括管道屬性數據、管道環(huán)境數據、設計文件、施工記錄和評價(jià)報告等。各個(gè)階段的參與者，應各司其責，錄入完整、準確、具有時(shí)效的數據，以保障后期管道內檢測數據分析和風(fēng)險評估等工作。

3  結束語(yǔ)

做好管道建設期的完整性管理，對于提高油氣管道本質(zhì)安全，保障管道運行期輸送安全意義重大。我們要努力學(xué)習和掌握完整性管理的精髓，摒棄“合乎規范就是好的設計”觀(guān)念，將“安全第一、環(huán)保優(yōu)先、以人為本、經(jīng)濟實(shí)用”的設計理念融入管道建設各個(gè)環(huán)節，努力建設質(zhì)量一流的管道，為實(shí)現管道長(cháng)期平穩、安全運行打好堅實(shí)基礎。

作者：陳向新，男， 1956年生，教授級高級工程師。1983—2000年在管道設計院工作，先后擔任線(xiàn)路室主任，院副總工程師，副院長(cháng)等。參加了20余條長(cháng)輸管道的設計工作，其中陜京一線(xiàn)、陜銀線(xiàn)、中洛復線(xiàn)、忠武線(xiàn)任設計負責人。 2000年調西氣東輸工作，先后擔任技術(shù)處長(cháng)，冀寧管道項目經(jīng)理，壓縮機項目經(jīng)理，總經(jīng)理助理等，參加了西一線(xiàn)建設的全過(guò)程工作。 2007年調管道建設項目經(jīng)理部，任副總經(jīng)理。先后參加和主持了西二線(xiàn)、西三線(xiàn)、漠大一線(xiàn)、二線(xiàn)、中緬線(xiàn)、陜三線(xiàn)等30余條管道的設計、施工、竣工投產(chǎn)等完整的建設管理工作。

《管道保護》2017年第5期（總第36期）