全球油气管道完整性技术与管理的最新进展—中国管道完整性管理的发展对策.pdf
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1、第2 6 卷第2 期油气储运全球油气管道完整性技术 与管理的最新进展 中国管道完整性管理的发展对策董绍华。杨祖佩 ( 中国石油北京华油天然气有限责任公司)( 中国石油管道分公司)董绍华杨祖佩:全球油气管道完整性技术与管理的最新进展,油气储运,2 0 0 7 ,2 6 ( 2 ) 1 1 7 。摘要油气管道的安全是我国石油质量、安全、健康、环境方针的重要内容,如何保证管道的安全,使新管道无事故运行、老管道在生命周期内继续安全运行,这是管道管理者面临的重要课题。概述了世界各国( 欧洲、北美、东南亚、澳洲) 管道完整性管理的进展以及国内外完整性技术发展的现状,重点介绍了管道完整性检测技术、评估技术、
2、风险评价技术、修复技术、管道地理信息系统G I S 和完整性管理标准体系的国内外进展。认为我国管道完整性管理引进和实施需要结合我国管道的国情,推荐对策是将管道的完整性管理实施划分为含缺陷( 内部缺陷和外部缺陷) 管道本体、管道地质灾害与周边环境、外防腐层及防腐有效性和站场及设施四个部分实施,建立和完善自身的完整性管理体系、完整性技术体系,以及建立管道数据管理平台。主题词油气管道完整性管理风险评价技术发展对策一、概述1 、全球管道概览上世纪初至今全世界的石油工业取得了引人注目的进展。石油工业的发展给管道工业注人了活力,使管道运输成为包括铁路、公路、水运、航空运输在内的五大运输体系之一。使用管道不
3、仅可以完成石油、油气、成品油、化工产品和水等液态物质的运输,还可以运送煤浆、面粉、水泥等固体物质。当前全世界在用管道总长达3 5 0 1 0 4k m ,其中旧管道数量占一半以上。在美国,1 0 0 1 0 4k m在用管道中有一半以上已使用了4 0 多年,许多油气 输送管道达到设计寿命后,还可以继续使用2 5 5 0年,但是需要进行深入细致的评估。美国运输部估计,今后1 0 年需要新铺设管道8x1 0 4k m ,但仍有4 0 1 04k m 的管道将继续使用5 0 年。俄罗斯的油* l O O l O l ,北京市朝阳区慧忠里甲1 1 8 号;电话:( 0 1 0 ) 8 4 8 8 4
4、2 5 3 。气管道有2 0 已经接近设计寿命,今后1 5 年内该数字还将上升到5 0 。据2 0 0 0 年统计,西欧3 1 1 04k m 油气管道中近一半已经使用了3 5 年以上,只有1 1 的管道使用期低于1 0 年。如何评价这些管道的状况,保证既安全又经济地运行,是管道完整性管理评价要解决的主要问题2 3 。2 、世界在用管道失效事故和普遍存在的问题在世界各国油气管道发生事故的原因中,第三方破坏造成的损伤和操作错误占主要管道事故的1 3 2 3 ,主要存在以下问题叩3 。( 1 ) 使用的材料强度低、韧性差、缺陷多。( 2 ) 当年施工技术水平较低。( 3 ) 防腐涂层因为时间长而老
5、化。( 4 ) 管道质量波动较大,有些缺陷会导致腐蚀。( 5 ) 质量文件不全或遗失,事故发生后无法追溯。( 6 ) 缺少维护检修记录。警彗0 幽一述一蝴烯一综一俨铲阼咿氧万方数据油气储运管道的完整性管理不仅仅是一个技术问题,更重要的是可以持续不断的提高整体管理水平,管道达到设计寿命后还能继续使用多少年,“管道的延寿管理一完整性管理”成为当今世界管道追求效益最大化、安全平稳运行的重要手段。3 、我国管道概览及管理问题我国管道拥有量较少,早期管道技术水平较低,近年来,随着能源结构的改变,管道运输逐渐成为能源发展的重要组成部分。我国现有油气长输管道已经超过4 1 0 4k m ,许多管道已运行二三
6、十年,接近使用寿命,进入事故多发期。例如,四川输气管网投产后,H 。S 含量偏高,加上材质和制造质量问题,S S C C 破裂事故频频发生。早期管道的石油沥青层已达到使用寿命年限,涂层严重老化,例如,港沧线涂层破坏。东北输油管网已经运行3 0 多年,许多管道都已达到或超过设计寿命。我国现有海底管道超过20 0 0k m ,其安全可靠性非常重要。例如平湖管道,投产后因材质问题已发生过泄漏事故3 。新建成的西气东输塔里木一上海、涩北一兰州、忠县一武汉和陕京二线4 条输气管道及兰州一成都一重庆成品油管道,总长超过80 0 0k m 。规划和在建的有西部管道新疆一兰州双线、忠武线与西气东输、西气东输与
7、陕京二线等3 条联络线,以及北京一沈阳一大连的管道,总长超过1 20 0 0k m 。“十一五”期间我国拟建新管道1 0 1 0 4k m ,包括引进俄罗斯油气和哈萨克斯坦原油的两条跨国大口径长距离管道工程也将启动,中缅管道等国家能源安全工程。同时,中海油、中石化还要建成大量的海底管道、L N G 接收站和油气管道,管道的数量在不断的增加,其管理的难度也在不断的加大。油气管道承担着艰巨的任务,其重要性在于,一是安全高效地为北京市和长江三角洲地区供气,保证首都及发达城市的经济和社会稳定;二是用户的用气量大幅增加,管道及设施满负荷运行,增加了技术与管理的难度;三是全球技术竞争日益激烈,必须不断创新
8、,提高我国管道的管理水平。油气管道在国民经济中的地位十分重要,随着科技的不断发展,管道完整性管理已经成为全球管道技术发展的重要手段。我国在这方面起步较晚,到目前为止,还没有一套完整的完全适用于油气管道的适用性评价体系,虽然油气管道的适用性评价可参考现有标准、规范或推荐作法,但在许多方面需要结合油气管道的实际情况,进行修改和完善。二、管道完整性管理的理念1 、完整性管理的定义管道完整性( P i p e l i n eI n t e g r i t y ) 意义如下3 。( 1 ) 管道始终处于安全可靠的工作状态。( 2 ) 管道在物理上和功能上是完整的,管道处于受控状态。( 3 ) 管道运行商
9、不断采取行动防止管道事故的发生。( 4 ) 管道完整性与管道的设计、施工、运行、维护、检修和管理的各个过程是密切相关的。管道的完整性管理P I M ( P i p e l i n eI n t e g r i t yM a n a g e m e n t ) 定义为,管道公司根据不断变化的管道因素,对油气管道运营中面临的风险因素进行识别和技术评价,制定相应的风险控制对策,不断改善识别到的不利影响因素,从而将管道运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内,通过监测、检测、检验等各种方式,获取与专业管理相结合的管道完整性的信息,对可能使管道失效的主要威胁因素进行检测、检验,据此对管道的适应性进行评
10、估,最终达到持续改进、减少和预防管道事故发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。管道完整性管理( P I M ) 也是对所有影响管道完整性的因素进行综合的、一体化的管理,包括拟定工作计划、工作流程和工作程序文件;进行风险分析和安全评价,了解事故发生的可能性和将导致的后果,制定预防和应急措施;定期进行管道完整性检测与评价,了解管道可能发生事故原因和部位;采取修复或减轻失效威胁的措施;培训人员,不断提高人员素质。2 、管道完整性管理的原则。3( 1 ) 在设计、建设和运行新管道系统时,应融入管道完整性管理的理念和做法。( 2 ) 结合管道的特点,进行动态的完整性管理。( 3 ) 建立管道完整性管理
11、机构,制定管理流程,并辅以必要的手段。( 4 ) 对所有与管道完整性管理有关的信息进行分析整合。万方数据标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载w w w . b z f x w . c o m第2 6 卷第2 期董绍华等:全球油气管道完整性技术与管理的最新进展( 5 ) 必须持续不断地对管道进行完整性管理。( 6 ) 在管道完整性管理过程中不断采用各种新技术。管道完整性管理是一个与时俱进的连续过程。管道的失效模式是一种时间依赖的模式,腐蚀、老化、疲劳、自然灾害、机械损伤等都能够引起管道失效,必须持续不断地对管道进行风险分析、检测、完整性评价、维修及人员培训等完整性
12、管理。3 、完整性管理的依据和标准为了提高管道的安全性,美国国会于2 0 0 2 年1 1 月通过了专门的H R 3 6 0 9 号法案,并于2 0 0 2年1 2 月2 7 日经布什总统签署后生效。H R 3 6 0 9T h eP i p e l i n eS a f e t yI m p r o v e m e n tA c to f2 0 0 2( P S I A ) 第1 4 章中要求管道运行商在后果严重地区( 高风险地区) 实施管道完整性管理计划,P S I A 也写入了A N S I ( 美国标准学会) 相关标准部分内容。基于P S I A 法,美国政府运输部( D O T )
13、已发布了输 气管道和液体危险品管道安全性管理的建议规则、联邦政府关于在油气管道高危严重地区的完整性建议规则4 9C F RP a r t1 9 2 、关于在危险液体管道高危地区的完整性管理建议4 9C F Rp a r t1 9 5 ,从而推进并加速管道H C A 区域的完整性评价,促进管道公司建立和完善完整性管理系统,促进政府发挥审核管道完整性管理的计划方面的作用,增强公众对管道安全的信心。完整性管理实施方面有许多标准H 63 ,其中包括A S M EB 3 1 8S 一2 0 0 1 ( 输气管道完整性管理的标准) 、A P I1 1 6 0 ( 液体管道完整性管理) 、A S M EB
14、3 1 Q ( 输气管道操作人员的资质标准) 、N A C ER P 0 1 0 2 - - 2 0 0 2 ( 管道内检测推荐做法) 、N A C ER P0 5 0 2 - - 2 0 0 2 ( 管道外检测评价标准) 等国际标准规范,对完整性管理作出了具体的规定和建议。三、全球管道完整性管理 的应用进展1 、国外进展管道完整性管理一般可理解为对可能使管道失效的主要威胁因素进行检测,据此对管道的适应性进行评估。国外油气管道安全评价与完整性管理始于2 0世纪7 0 年代的美国,至9 0 年代初期,美国的许多油气管道都已应用了安全评价与完整性管理技术来指导管道的维护工作。随后加拿大、墨西哥等国
15、家也先后于9 0 年代加入了管道风险管理技术的开发和应用行列,至今已取得了丰硕的成果。欧洲管道工业发达国家和管道公司从2 0 世纪8 0 年代开始制定和完善管道风险评价的标准,建立了油气管道风险评价的信息数据库,深入研究各种故障因素的全概率模型,研制开发实用的评价软件程序,使管道的风险评价技术向着定量化、精确化和智能化的方向发展。英国油气管网公司9 0 年代初就对油气管道进行了完整性管理,制定了一整套的管理办法和工程框架文件,使管道维护人员了解风险的属性,及时处理突发事件。管道安全评价与完整性管理技术起源于2 0 世纪7 0 年代,当时欧美等工业发达国家在二战以后兴建的大量油气长输管道已进人老
16、龄期,各种事故频繁发生,造成了巨大的经济损失和人员伤亡,大大降低了各管道公司的盈利水平,同时也严重影响和制约了上游油( 气) 田的正常生产。为此,美国首先开始借鉴经济学和其他工业领域中的风险分析技术来评价油气管道的风险性,以期最大限度地减少油气管道的事故发生率和尽可能地延长重要干线管道的使用寿命,合理地分配有限的管道维护费用。经过几十年的发展和应用,目前许多国家已经逐步建立了管道安全评价与完整性管理体系和各种有效的评价方法盯8 3 。美国油气研究所( G R I ) 决定今后将重点放在管道检测的进一步研究和开发上。利用高分辨率的先进检测装置和断裂力学与概率计算方法,以获得更精确的管道剩余强度和
17、剩余使用寿命的预测和评估结果。美国A m o c o 管道公司( A P L ) 从1 9 8 7 年开始采用专家评分法风险评价技术管理所属的油气管道和储罐,到1 9 9 4 年为止,已使年泄漏量由原来的工业平均数的2 5 倍降到1 5 倍,同时使公司每次发生泄漏的支出费用降低了5 0 。美国运输部安全办公室( O P S ) 针对管道经营者,在2 0 0 2 年初确定了管道运行商完整性管理的职责,明确提出,管道完整性管理运行商的责任在于对管道和设备进行完整性评价,避免或减轻周围环境对管道的威胁,对管道外部和内部进行检测,提出准万方数据w w w . b z f x w . c o m油气储运
18、确的检测报告,采取更快、更好的修复方法及时进行泄漏监测。O P S 对运行商的完整性管理计划进行检查,检查影响输气管道高风险地区的管段是否都已确定和落实,检查管段的基准数据检测计划及完整性管理的综合计划,检查计划的执行情况等。加拿大最大的管道公司努发( N O V A ) 拥有管道1 56 0 0k m ,多数已运营近4 0 年。该公司非常重视管道风险评价技术的研究,已开发出第一代管道风险评价软件。该公司将所属管道分成8 0 0 段,根据各段的尺寸、管材、设计施工资料、油( 气) 的物理化学特性、运行历史记录以及沿线的地形、地貌、环境等参数进行评估,对超出公司规定的风险允许值的管道加以整治,最
19、终使之进入允许的风险值范围内,保证了管道系统的安全经济运行。2 0 世纪9 0年代中期,该公司对其油气管道干线进行扩建,需要穿越爱得森地区5 条大型河流,在选择最佳施工技术时遇到了困难。由于环境管理比过去更严格,传统的选线最低费用的方法已经不再适用,需要一个权衡费用、风险和环境影响的决策方法,在收集了线路、环境、施工单位等最新资料和对不同河流穿越方法的局限性进行鉴别后,结合每一个穿越方案的不确定性和风险进行了决策及风险分析,最终对各穿越方案3 5 年净现值有影响的所有因素以及极端状态进行了量化评估后,作出了正确的选择。美国科洛尼尔( C o l o n i a l ) 管道公司将管理的重点放在
20、管道的安全和可靠性上,管理计划包括管道内部的检测,油罐内部的检测、修理和罐底的更换、阴极保护的加强和线路修复等内容。利用在线检测装置和弹性波检测器,实施以风险为基础的管理方法,并每年进行一次阴极保护系统的调查和利用飞机实施沿线巡逻。该管道公司采用风险指标评价模型( 即专家打分法) 对其所运营管理的成品油管道系统进行风险分析,有效提高了系统的完整性。该公司开发的风险评价模型R A M 将评价指标分为腐蚀、第三方破坏、操作不当和设计因素等四个方面,可以帮助操作人员确认管道的高风险区和管道事故对环境及公众安全造成的风险,明确降低风险的工作重点,根据降低风险的程度与成本效益对比,制定经济有效的管道系统
21、维护方案,使系统的安全性不断得到改善。以S h e l l 为代表的国外大型石油公司,将石油企业的完整性管理通称为资产完整性管理( A s s e tI n t e g r i t yM a n a g e m e n t ) ,分为管道完整性管理、设施完整性管理、结构完整性管理和井场完整性管理四个部分。澳大利亚G A S N E T 公司将完整性管理重点放在第三方破坏方面,因为外界干扰和第三方破坏对管道而言是最大的威胁。由于电站设施的增加、定向钻的大量使用、通讯光缆的铺设以及承包商建设公路、铁路的增加,都使得这种威胁增大。使用的工具设施包括挖掘机、钻机、钻孑L 器和定向钻,威胁同时也来自于其
22、他主体授权资产机构的建设和维护以及在管道维护工作中发生的问题。主要采取应用A S2 8 8 5 1 减轻风险标准,每年都要对每一条管道进行风险评估,G A S N E T 要求最小埋深为12 0 0m m ,临时管道要求最小埋深为9 0 0m m 。管道与道路交叉口要浇灌混凝土,增加壁厚以及在道路最低处埋深1 2m ,此外还要挖建排水沟漕。管道巡检的目的是要发现那些不明身份的或者已经存在的外界干扰操作、泄漏、违章建筑、标记缺乏、建筑物上的植被、腐蚀、塌方、下沉以及地面管道的安全问题和周围环境问题。巡检采用空中巡检和地面人工巡检相结合的方式,周末在大城市区域要实行地面巡检,在乡村区域要每周或每两
23、周或每月进行空中巡检,同时以地面巡检作为补充。每年空中巡检要对所有管道进行录像,对地面管道,尤其是容易产生腐蚀和塌方地区要进行拍照。密切联系土地所有者能够有效阻止第三方破坏,对土地所有者每年都要进行探访,并且要经常与他们进行联系。在联系过程中讨论如下问题。( 1 ) 土地所有者的区域位置。( 2 ) 办好在土地上进行正当施工的手续。( 3 ) 任何存在土地所有者及其相邻区域的变化的可能性。( 4 ) 对管道安全潜在的威胁。( 5 ) 管道突发事件反应程序。( 6 ) 2 4 小时都能联系的方式。E n b r i d g e 公司从2 0 世纪8 0 年代末到9 0 年代中期,开展了管道完整性
24、和风险分析方面的研究。首先制定宏观的完整性管理程序,成立专业的管理组织机构,制定管道完整性管理目标并实施,形成管道完整性管理体系。这个公司管道完整性管理的实施分为制定计划、执行计划、实施总结、监控改进四个步骤。如此循环,实现这四个步骤的途径包括制万方数据标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载w w w . b z f x w . c o m第2 6 卷第2 期董绍华等:全球油气管道完整性技术与管理的最新进展定政策、确定目标、管理支持、明确职责、培训人员、编制技术要求和程序说明书等。这个完整性管理系统是一个动态循环过程,确保完整性技术方法在实施过程中不断进步和加强。
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