鄒永勝

中國石油西南管道公司

中國石油西南管道公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“公司”）所轄管道途經(jīng)7省1市（滇、黔、桂、川、渝、陜、甘、寧），管道穿越地區大部分山高谷深、河流縱橫、地質(zhì)災害頻發(fā)，部分區域地質(zhì)活動(dòng)強烈、地震發(fā)育密集。截至2017年10月底，公司在役管線(xiàn)里程達9354千米，其中70%為山區管道，管道沿線(xiàn)并行敷設里程長(cháng)，多處采用跨越方式通過(guò)。中緬原油管道（一期）與中緬天然氣管道同溝并行敷設段長(cháng)達600余千米，部分管段與云南成品油管道三管并行，同溝、同橋、同隧，創(chuàng )國內管橋跨越主跨最長(cháng)、多管同跨、荷載最大、橋隧直連、地質(zhì)條件最復雜、跨越國際河流等多項之最。西南山區管道沿線(xiàn)復雜的地質(zhì)條件、地理環(huán)境以及建設路由國內罕見(jiàn)，安全運行保障壓力巨大。公司通過(guò)加強管道完整性管理，尤其是結合西南山區運行特點(diǎn)，強化地質(zhì)災害與水系風(fēng)險管控，推行管道本質(zhì)安全管理等工作，確保了新建管道的順利投產(chǎn)以及在役管道的安全平穩運行。

1  地質(zhì)災害風(fēng)險管控

1.1  地質(zhì)災害類(lèi)型及發(fā)育現狀分析

地質(zhì)災害是西南山區管道風(fēng)險類(lèi)型中最為突出的一種。以2017年專(zhuān)項地質(zhì)災害排查為例，共發(fā)現各類(lèi)地質(zhì)災害隱患點(diǎn)1134處。其中，水毀是西南管道沿線(xiàn)發(fā)育最多的地災類(lèi)型（如圖1所示），共675處，占比達59.5%。

圖1 2017年地質(zhì)災害發(fā)育類(lèi)型及數量

公司各條管道地質(zhì)災害分布類(lèi)型及數量如圖2所示。其中，中緬油氣管道沿線(xiàn)地災發(fā)育數量最多，共508處，占比達44.8%。這與其沿線(xiàn)復雜的地形地貌、水文及氣象環(huán)境息息相關(guān)，地災防治工作相比其他管道也更加嚴峻。

圖2 各管道地質(zhì)災害發(fā)育數量與占比

1.2  地質(zhì)災害風(fēng)險評級體系及評價(jià)模型建立

1.2.1 構建地質(zhì)災害影響因素指標體系

針對西南山區管道沿線(xiàn)常見(jiàn)的地質(zhì)災害類(lèi)型，結合其發(fā)生機理、基本特征，綜合考慮地形地貌、地質(zhì)環(huán)境條件等內在因素以及地震、降水、人類(lèi)工程活動(dòng)等外在誘發(fā)因素，分析管道沿線(xiàn)各災種致災因子及其敏感性。以滑坡為例，通過(guò)對64個(gè)滑坡典型樣本進(jìn)行分析發(fā)現，共有25個(gè)因素對滑坡發(fā)育較為敏感。根據各因子敏感性以及野外調查中因子獲取的難易程度，最終篩選出坡度、坡面形態(tài)、土體類(lèi)型、歷史滑塌、現今變形、土體狀態(tài)、滑體厚度、降雨以及地震烈度共9個(gè)因子共同構成單體管道滑坡災害的影響因子指標體系。

1.2.2 建立地災作用下管道數值模型

針對滑坡、崩塌、泥石流、水毀等典型地質(zhì)災害，分類(lèi)分工況建立數值計算模型。以滑坡災害為例，按管道穿越滑坡的方式（橫穿、縱穿、斜穿）分類(lèi)建立基本數值模型（圖3），再根據管道埋深、管徑、管材等建立具體的數值計算模型，探究在滑坡的作用下，管道的失效、破壞過(guò)程以及機理，以了解地質(zhì)災害對管道的影響規律。

圖3 橫穿（a）、縱穿（b）、斜穿（c）模型示例

（1）滑坡災害作用下，管道的失效除與埋深、管材、管徑、壁厚等因素有關(guān)外，還與滑坡在管道上的滑動(dòng)方向有關(guān)。管材強度越高，管道壁厚及管徑越大，其能承受的滑坡作用力越大，但抵抗變形的能力越小。

（2）對于橫穿滑坡的管道，在滑坡災害作用下，管道受滑坡作用力最大處位于管道中部或與滑面相交處，相應的應力應變也較大，即管道容易在相應處發(fā)生破壞。

（3）對于縱穿滑坡的情況，在滑坡區后緣主要為管道拉應力集中區、滑坡中部偏前緣為管道彎曲應力集中區、滑坡前緣為管道受壓應力集中區，管道容易在對應處破壞。

（4）對于斜穿滑坡的情況，其受力形式為橫穿和縱穿的結合，與滑坡的交角不同，主導因素不同，應力分布差異較大。

1.2.3 單體管道和區域管道風(fēng)險評價(jià)指標體系與評價(jià)模型

（1）單體管道地質(zhì)災害

以滑坡為例，單體管道滑坡災害風(fēng)險評價(jià)采用基于指標評分法的半定量評價(jià)模型，其指標體系如圖4所示。圖中可以看出，滑坡災害風(fēng)險包含了地質(zhì)災害風(fēng)險概率和管道失效后果兩部分，各部分又可進(jìn)一步細分至下一級指標。

圖4 管道滑坡災害風(fēng)險評價(jià)指標體系

最終，通過(guò)災害風(fēng)險概率和管道失效后果構建風(fēng)險矩陣，判別滑坡風(fēng)險（表1）。

（2）區域管道地質(zhì)災害

區域管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)需綜合考慮危險性與易損性?xún)煞矫嬉蛩�，其模型為風(fēng)險=危險性×易損性。以秦嶺大巴山高中山區輸油管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)為例，構建的地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)指標體系如圖5所示。最終，通過(guò)GIS空間分析功能實(shí)現區域管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)。

圖5 管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)指標體系示例

1.2.4 開(kāi)展風(fēng)險評價(jià)

（1）單體管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)

利用建立的管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)模型及評價(jià)指標體系，結合SY/T 6828—2011《油氣管道地質(zhì)災害風(fēng)險管理技術(shù)規范》等標準，對現場(chǎng)排查的各類(lèi)地質(zhì)災害進(jìn)行風(fēng)險評價(jià)。結果顯示，在排查的1134處地質(zhì)災害中，主要是中等風(fēng)險（490處）和較低風(fēng)險（433處）災害占比較多，其次是低風(fēng)險（149處）、較高風(fēng)險（59處）、高風(fēng)險（3處）。

（2）區域管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)

將建立的區域管道地質(zhì)災害風(fēng)險評價(jià)模型應用于5條管線(xiàn)，共涉及289個(gè)風(fēng)險等級分段。其中，高風(fēng)險段126.3 km/7段、較高風(fēng)險段910.1 km/68段、中等風(fēng)險段2255.7 km/103段、較低風(fēng)險段2429.1 km/105段、低風(fēng)險段123.9 km/6段。

1.3 地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險圖形庫及水系應急防控平臺建設

1.3.1 地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險圖形庫

為提高地質(zhì)災害風(fēng)險管控能力及信息化水平，公司研發(fā)了管道沿線(xiàn)地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統（圖6），實(shí)現了直觀(guān)展示與可視化操作。目前已完成6大類(lèi)24小類(lèi)共計360余萬(wàn)條數據的建庫及三維場(chǎng)景、三維模型的建設，同時(shí)還包含地質(zhì)災害點(diǎn)查詢(xún)統計分析、等高線(xiàn)分析、坡度坡向分析等共計40多個(gè)子功能。

圖6 管道沿線(xiàn)地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險性圖形庫系統

1.3.2 水系圖及水系應急防控平臺建設

公司研制的水系圖及水系應急防控平臺的主要功能包括水系圖制作、穿越點(diǎn)和攔截點(diǎn)定位、線(xiàn)路走向定位、航拍圖與影像圖編輯、測距、河流洪水流速及到達關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)間計算、物資類(lèi)型與存放位置以及攔油方案等。圖7為平臺APP攔截點(diǎn)信息和攔截方案界面展示。

圖7  攔截點(diǎn)信息和攔截方案界面

1.4 管道地質(zhì)災害監測預警工程建設

公司結合地災評價(jià)體系/模型的建立以及流域風(fēng)險分析，開(kāi)展地災自動(dòng)監測與預警工程建設，并在圖形庫系統中開(kāi)發(fā)面向地質(zhì)災害監測設備管理、監測數據分析、預警預報、應急管理、地災APP等業(yè)務(wù)于一體的應用模塊，促進(jìn)管道安全智能運行。

2 建設期管道智能測徑及缺陷改造

從2013年開(kāi)始，公司開(kāi)展了一系列管道投產(chǎn)前驗收檢測（智能測徑），投產(chǎn)前管內無(wú)輸送介質(zhì)以及無(wú)動(dòng)力源等客觀(guān)條件導致檢測難度大，若用常規檢測設備效果難以管控。因此，需要對設備設施等進(jìn)行合理改造。

2.1 動(dòng)力源選擇及檢測設備結構改造

2.1.1 空壓機排量選擇

綜合考慮山區取水及排水等問(wèn)題，選擇利用空壓機提供壓縮空氣作為推動(dòng)清管器/檢測器運行的動(dòng)力裝置。

若空壓機排量過(guò)小，則進(jìn)氣量不足導致檢測器前進(jìn)速度過(guò)慢，甚至因檢測器兩端無(wú)法建立起足夠壓差而導致檢測器無(wú)法正常運行。若排量過(guò)大，檢測器運行速度會(huì )過(guò)快而影響數據質(zhì)量，嚴重情況下可導致檢測器撞擊盲板致使檢測器和收球筒損壞�？諌簷C的排量、壓力、數量需求宜根據現場(chǎng)環(huán)境及管道屬性等因素綜合確定，建議如表2所示。若線(xiàn)路較長(cháng)、落差較大、管內存水過(guò)多，智能測徑除加強空壓機配置外，還需配備增壓機。

2.1.2  檢測器機械結構設計

受空壓機配置數量及輸出排量的限制，新建管道實(shí)施智能測徑期間，在檢測器運行下游不具備建立背壓條件，檢測器在管內運行狀態(tài)不穩定，忽快忽慢，屬于躥動(dòng)性運行。檢測器在此工況環(huán)境下運行，瞬間啟動(dòng)速度最大能達到30 m/s。因此，投產(chǎn)前智能測徑對檢測器的性能要求更高，需要在檢測設備常規結構的基礎上進(jìn)行改造。如優(yōu)化皮碗結構增加其密封性和支撐能力，確保檢測器能順利運行；優(yōu)化探頭機械機構增加其耐磨性和穩定性，確保高速運行狀態(tài)下探頭完好且能采集真實(shí)數據；優(yōu)化電子系統保證檢測器數據處理器和存儲器在高速運行時(shí)仍能正常采集數據且不丟失數據。其結構示意見(jiàn)圖8。

圖8 管道投產(chǎn)前智能測徑檢測設備示意圖

2.2  管體缺陷改造

投產(chǎn)前智能測徑發(fā)現的許多管體凹陷，部分較深，部分位于焊縫上，須及時(shí)整改，消除隱患�！队蜌廨斔凸艿劳暾�性管理規范》（GB 32167―2015 ）和《在役油氣管道工程檢測技術(shù)規范》（GB/T 51172---2016）等標準出臺之前，主要結合國內外油氣管道施工驗收標準及在役管線(xiàn)缺陷修復等相關(guān)資料，制定了投產(chǎn)前凹陷整改方案，按照不同位置、不同類(lèi)型、不同大小、運行后承壓情況以及高后果區分布等綜合因素，采取換管、B型套筒等方式進(jìn)行永久性處理，確保管道進(jìn)入運行期后本質(zhì)安全可控。

3 運行期管道本質(zhì)安全管理

依據GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》及Q/SY 1180《管道完整性管理規范》等標準，公司嚴格按照管道完整性管理六步循環(huán)開(kāi)展相關(guān)工作。

（1）結合西南山區地形地貌、氣象及流域特點(diǎn)，優(yōu)化西南山區管道高后果區識別距離范圍標準，并做好風(fēng)險評價(jià)與防控工作。

（2）開(kāi)展基于內檢測的管道完整性評價(jià)，并結合高后果區高風(fēng)險段合理制定缺陷修復方案。同時(shí)，推行外檢測“自檢”模式，提高員工技能水平。

（3）加強管道內腐蝕機理研究并制定和落實(shí)防控方案。通過(guò)實(shí)施橋梁健康監測、管道應力監測等技防措施監測山區大落差跨越段在日常運行、清管檢測及地災等發(fā)生時(shí)的受力情況。

（4）加強第三方施工管理，開(kāi)展軌跡巡線(xiàn)，推行“三色預警”機制，嚴防打孔盜油，試點(diǎn)應用無(wú)人機技術(shù)，并在重點(diǎn)場(chǎng)所/地段安裝視頻監控系統，通過(guò)強化技防、信息防手段避免管道受外界破壞。

（5）強化汛期安全管理，推行“治早治小”模式，避免小隱患變成大工程。

（6）加強陰極保護與腐蝕防控，建成高壓直流干擾監測系統實(shí)現對接地極放電監測。

（7）結合山區特點(diǎn)，優(yōu)化維搶修隊伍布局，強化區域聯(lián)防、應急聯(lián)動(dòng)建設，建立應急搶險支持平臺，并開(kāi)展設備機具“小型化、輕型化”研究。

4 小結

西南山區管道沿線(xiàn)地形地貌復雜多樣，水系發(fā)達，地質(zhì)災害頻發(fā)，應急搶險難度大，國內可供借鑒的管理經(jīng)驗有限。隨著(zhù)《油氣輸送管道完整性管理規范》的深入應用，公司對標準提出的各項要求不斷細化，夯實(shí)基礎管理，狠抓隱患整治，加強人防、物防、技防以及信息防的有機結合，以“智能管道、智慧管網(wǎng)”建設為目標，積極探索西南山區管道完整性管理模式，確保管道安全平穩運行。從實(shí)踐中可以看出，如何根據公司管道運行特點(diǎn)，務(wù)實(shí)有效落實(shí)管道完整性管理各項要求，是一項長(cháng)期工作，需要不斷探索與完善。

作者：鄒永勝，中國石油西南管道公司副總經(jīng)理。

《管道保護》2018年第1期（總第38期）