李開(kāi)鴻

國家管網(wǎng)集團西南管道公司

摘  要：針對山區管道安全運行面臨的挑戰，以問(wèn)題為導向提出了管道完整性管理目標，通過(guò)采取地災監測與治理、數據恢復、應力應變監測等技術(shù)保障措施，提升管道風(fēng)險防控水平，降低管道失效概率及影響后果，確保管體安全受控。

關(guān)鍵詞：山地管道；完整性管理；地質(zhì)災害；監測

西南管道公司所轄管道70%以上是典型的V字型、大落差管道，途經(jīng)黃土高原、秦巴山地、云貴高原、橫斷山脈等區域，地質(zhì)地貌和水文條件復雜，沿線(xiàn)地震頻繁、烈度高、地質(zhì)災害（地災）風(fēng)險點(diǎn)多，管道運行風(fēng)險高、安全管理難度大。針對這一實(shí)際狀況，提出山區管道完整性管理目標，并采取相應的技術(shù)保障措施。

1  山區管道完整性管理目標

管住高后果區、高風(fēng)險段兩高區域。通過(guò)構建人防、物防、技防、信息防等體系，實(shí)施專(zhuān)項管控措施，降低管道失效概率及影響后果。

嚴控管道本體質(zhì)量隱患、管道外載荷、人類(lèi)活動(dòng)三大風(fēng)險。通過(guò)管道內外檢測手段，開(kāi)展管道合于使用評價(jià)，確保管體安全受控。

狠抓設計、施工、運行、應急四大環(huán)節。加強規劃設計、施工建設期源頭把控，提升山區管道設計建設標準，強化應急響應，提升搶維修技術(shù)能力。

據此確定完整性管理重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域為地災監測與治理、管道數據恢復、應力應變監測（圖 1）。

2  地災監測與治理

傳統地災風(fēng)險排查方法和基于信息化手段的監測方法雙管齊下，功能互補，形成天地聯(lián)合管控態(tài)勢，效果較為顯著(zhù)。

2.1  傳統方法

（1）地災排查。根據西南山區雨季特點(diǎn)，分別在每年汛前、汛中、汛后組織地災排查。聘請相關(guān)地質(zhì)專(zhuān)家駐場(chǎng)，現場(chǎng)研判地災并制定針對性治理方案。

（2）地災治理。強調“治早治小、因地制宜”，分程度、分地區、分災種進(jìn)行治理。如針對沿河溝鋪設、大開(kāi)挖河流穿越、黃土塌陷、全風(fēng)化花崗巖等引發(fā)的不同災種開(kāi)展精準治理。以川渝地區管道大開(kāi)挖穿越治理為例：2013年起，公司先后對石亭江、清江河、涪江等原大開(kāi)挖敷設的穿河管道共12處進(jìn)行了定向鉆改造。2017年、2018年石亭江和清江河汛期，廢棄的蘭成渝管道相繼被沖出、沖斷，充分證明穿河治理及時(shí)有效（圖 2、圖 3）。

2.2  信息化方法

（1）天基系統地災普查。主要利用衛星遙感監測手段，結合大數據、人工智能等信息技術(shù)，采用PS-InSAR、SBAS-InSAR、DinSAR技術(shù)進(jìn)行形變監測，為管道沿線(xiàn)開(kāi)展大范圍的地質(zhì)災害隱患點(diǎn)普查、大范圍監測、地災風(fēng)險識別、重點(diǎn)風(fēng)險持續跟蹤等提供數據支撐，實(shí)現管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害早期識別。

（2）地基系統監測預警。主要利用地面傳感監測設備，對重大地災點(diǎn)時(shí)空演變信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，包括形變、地球物理場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)、誘發(fā)因素等，最大程度獲取連續的空間變形數據，利用指數平滑法、回歸分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等大數據分析方法，分析預測災害發(fā)展變化趨勢，用于地質(zhì)災害的穩定性評價(jià)、預警預報和防治工程。

公司布設10余種監測設備對9大類(lèi)災害進(jìn)行監控，現有監測點(diǎn)位150處，其中地災監測點(diǎn)59處，應力應變監測點(diǎn)117處，逐步覆蓋所轄區域管道并細化監測范圍。

（3）監測預警平臺。開(kāi)發(fā)具有自主多維度分析技術(shù)的地災監測預警平臺及手機APP，能自動(dòng)分析監測數據，研判嚴重程度，分級發(fā)布預警信息；手機端可隨時(shí)查看監測數據及上傳的處置信息。平臺構建了基于指數平滑法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的監測預警數據綜合分析和趨勢研判模型，結合各監測點(diǎn)分別構建了針對管道和該點(diǎn)地質(zhì)條件的閾值修正模型，開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)監測、預警分析、監測信息管理、組織管理、系統設置等功能，可以實(shí)現數據的實(shí)時(shí)分析、在線(xiàn)監測和綜合預警。

3  數據恢復與對齊

通過(guò)在役管道數字化恢復手段，對內外檢測、焊口排查、三樁一牌、基礎地理信息等進(jìn)行數字化恢復，結合IMU檢測數據進(jìn)行數據對齊，提高管道完整性管理數據水平。

3.1  底片數字化

利用自主開(kāi)發(fā)的焊口底片檔案管理系統實(shí)現了1.7萬(wàn)道開(kāi)挖焊口射線(xiàn)底片數字化掃描、存儲，實(shí)現老舊管道數據恢復及龐大數據信息化儲存；同時(shí)根據需求研發(fā)無(wú)損檢測結果自動(dòng)評價(jià)系統。

3.2  數據對齊

以漏磁內檢測、建設期竣工資料、地面三樁、高后果區、地質(zhì)災害、穿跨越等數據為依據，已開(kāi)挖驗證的焊口數據為參考，通過(guò)以IMU數據為基礎的數據對齊技術(shù)（圖 4），實(shí)現管道施工、內檢測、高后果區、地災點(diǎn)、缺陷及修復等地上地下、不同時(shí)期數據對齊，清晰直觀(guān)地體現焊口與高后果區、敷設環(huán)境等因素間的關(guān)系，獲得開(kāi)挖焊口、三樁一牌、地災點(diǎn)、高后果區、應力應變段的地理空間分布圖。

4  應力應變監測檢測

管道應力應變情況能夠定量表征管道失效的綜合風(fēng)險，不停輸內外監測檢測是了解管道力學(xué)狀況的最有效方法，所以應力應變監測檢測技術(shù)是未來(lái)保證管道綜合安全的重要發(fā)展方向，特別對于受力情況復雜的山地管道是重要的技術(shù)手段。西南管道公司開(kāi)展了相關(guān)技術(shù)的探索和應用。

（1）在管道重點(diǎn)、難點(diǎn)段，建立了117處電阻、振弦、光纖光柵式應力應變監測點(diǎn)，共418個(gè)截面，并成功預警中緬管道K321滑坡等災害。

（2）在中緬天然氣管道全線(xiàn)開(kāi)展了彎曲應變IMU內檢測；能發(fā)現最小1/2000D的不合理彎曲；并且正在研究自主技術(shù)的多輪次IMU檢測數據分析系統。

（3）利用超聲波、磁記憶等方法開(kāi)挖驗證應力嚴重點(diǎn)；正在研發(fā)不受表面光潔度限制、檢測精度又較好的矯頑力檢測裝置。

（4）針對不等壁厚環(huán)焊縫的結構應力、殘余應力等的極限載荷分析評價(jià)技術(shù)開(kāi)展研究，系統解答不等壁厚環(huán)焊縫受力不佳、失效占比較高等問(wèn)題。

（5）研發(fā)或引進(jìn)應力應變內檢測技術(shù)。目前正在中緬天然氣管道（曲靖—安順、都勻—河池）試用逆磁致伸縮軸向應變內檢測技術(shù)，并探索弱磁、微磁應力內檢測技術(shù)應用。

5  結語(yǔ)

持續開(kāi)展山區管道完整性技術(shù)研發(fā)，“十四五”期間重點(diǎn)瞄準“兩高區域、三大風(fēng)險、四大環(huán)節”，建立管道設計與工程防護、“全時(shí)域、全空間、全系統”在線(xiàn)流動(dòng)仿真優(yōu)化、監測檢測等三方面完整性管理技術(shù)和標準體系，再結合智能化方法形成“山區管道綜合智能管控體系”，從天空地不同空間維度，管道本體、外部環(huán)境不同監檢測手段，實(shí)現智能自主響應和智能決策輔助功能。

作者簡(jiǎn)介：李開(kāi)鴻，1977年生，高級工程師，西南石油大學(xué)畢業(yè)，現從事管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：028-62721201。