管道完整性及其管理.pdf
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1、焊管 第 2 7 卷第 3 期 2 0 0 4年 5 月 管道完整性及其管理 黄 志 潜 ( 中国石油物资装备( 集团) 总公司) 摘要管道完整性是指管道始终处于安全可靠的服役状态; 管道完整性管理是指对所 有影响管道完整性的因素进行综合的、 一体化的管理。管道完整性管理是国外油气管道工业 中一个迅速发展的重要领域。结合美国等国管道事故统计数据, 论述了管道完整性管理的重 要性和目的; 列举了国外管道完整性管理的工业标准; 详细阐述了管道完整性管理的内容、 管 道完整性检测的方法、 以及管道完整性评价技术今后的发展趋势; 并提出了我国加强管道完整 性管理的工作建议。 关键词管道完整性管道完整性
2、管理概念 内容标准建议 0 引 言 近年来, 管道完整性管理 P I M( P ip e l i n e I n t e g r i ty M a n a g e m e n t )是国外油气管道工业中一个迅 速发展的重要领域。之所以如此, 有以下原因: 大量已使用多年的老管道存在着事故隐患, 需及 时检测和有效管理; “ 9 1 1 ” 事件对管道的安全 性管理提出了更高要求; 美国在管道完整性管 理领域内进展迅速, 已连续出台了相关的法律、 法 规和标准, 形成了一个完整的体系; 管道的完整 性检测与评价技术的发展 日 新月异。 当前, 我国正处在管道工业发展的高峰时期。 无论是新建管道还
3、是老管道, 都需要建立起管道 完整性管理体系。笔者简要介绍国外管道完整性 管理近年来的发展概况, 并对国内工作提出建议。 1 管道完整性的概念 ( 1 ) 管道完整性 P I ( P i p e l in e I n t e g r i t y ) 是指 管道始终处于安全可靠的服役状态。包括以下内 涵: 管道在物理上和功能上是完整的; 管道处 于受控状态; 管道运行商已经并仍将不断采取 行动防止管道事故的发生。 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密切相关。图 1 给出影响 管道完整性的诸因素之间的关系。 图 1 影响管道完整性诸因素之间的关系 ( 2 ) 管
4、道完整性管理 P I M( P ip e l i n e I n t e g r i t y M a n a g e m e n t ) 是指对所有影响管道完整性的因 素进行综合的、 一体化的管理。大体上包括以下 内容: 拟定工作计划、 工作流程和工作程序文 件; 进行风险分析, 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 道完整性检测和评价, 了解管道可能发生事故的 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。 管道完整性管理是一个与时俱进的连续的过 程。这是因为管道的失效模式是一种时间依赖的 模式。腐蚀、 老化、 疲劳、 自
5、然灾害、 机械损伤等能 本文是作者根据 2 0 0 3 年 l 1 月4日中国科学院金属研究所主办的“ 管道的腐蚀与安全” 高级研讨班上所作的报告整理成文。 维普资讯 http:/ 焊 管 2 0 0 4年 5 月 够引起管道失效, 随着岁月的流逝在不断地侵害 着管道。因此, 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、 人员培训等完整性 管理工作。 ( 3 ) 管道完整性评价 P I A( P i p e l i n e I n te g r i t y A s s e s s m e n t ) 是指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
6、评估 的过程 。 当前全世界在用管道总量约有2 5 0 1 0 k m, 其中旧管道数量惊人。如何评价这些旧管道的状 况, 保证安全、 经济地运行, 是管道完整性评价要 解决的主要问题。 2管道完整性管理的重要性 2 1 全世界管道总长度及分布 全世界管道的总长度约2 5 0 1 0 k m, 地区分 布如图2所示L l ( 关于全世界管道的总长度及其 分布, 不同的资料来源给出的数据差异很大。估 计这与统计的方法有关, 也很难判定孰是孰非。 笔者只能给出每个数据的出处) 。 萎 萋 英国 西欧 美 国 其它 图2 全世界管道总长度的地区分布情况 美国政府运输部中设有一个管道安全办公室 ( 以
7、下简称 o r ,s ) , 定期发布美国管道与安全有关 的各类数据。表 1 为公布的 2 0 0 2年美国天然气 管道和液体危险品管道的长度分布。 表 1 2 0 0 2年美国天然气和液体危险品管道的长度分布 天 然 气 管 道 液 体 危 险 类 输 气 管 道 集 气 管 道 品 管 道 长度 海上 陆上 海上 陆上 海上 陆上 诗, k m 4 8 2 O 9 9 9 9 3 9 2 5 5 4 9 5 3 6 8 小计 k m 4 9 2 0 3 8 3 0 9 1 7 2 5 7 3 8 9 小计 k m 5 2 5 9 5 5 龄 , k m 7 8 3 3 4 4 注: 根据
8、O P S 2 0 0 3年 1 0月1 5日公布的数据制表 2 2 各国在用管道的服役情况 ( 1 ) 美国 1 0 01 0 k m的在用管道中, 超过 5 0 已使用了 4 0年以上。但是美国的许多油气 输送管道在达到其设计寿命之后, 还可以继续使 用 2 5 5 0年, 不过需要仔细评估。 ( 2 ) 美国运输部估计今后 1 0年内需要重建 8 1 0 k m管道。也就是说, 仍有约4 0 1 0 k m的 管道将继续使用达 5 0年之久。 ( 3 ) 俄国的油气输送管道中, 2 0 已接近其 设计寿命。今后 1 5 年内此数值将增大到5 0 。 ( 4 ) 到 2 0 0 0年, 西
9、欧 3 1 1 0 k m输油管道中 超过 4 2 已使用了 3 5年以上, 只有 1 1 使用低 于 1 0年。 2 3 使用多年的在用老管道可能存在的问题 ( 1 ) 使用材料一般强度低、 韧性差、 缺陷多。 ( 2 ) 当年施工技术水平低、 质量保证体系不 完善、 焊缝缺陷多。 ( 3 ) 防腐涂层因时间长而老化。 ( 4 ) 产品质量水平波动较大, 有些缺陷会导 致产生腐蚀。 ( 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。 2 4 美国等国管道事故统计 图3 是美 国天然气管道和液体危险品管道 1 9 8 6 1 9 9 9年的事故统计结果 J
10、 。由图 3可见, 在这 1 4年中, 美国天然气管道平均每年发生事故 约 8 0 次 , 造成财产损失约 2 0 0 01 0 美元; 除个 别年份外, 年死亡人数在 5 人以下。 图3 美国 1 9 8 6 1 9 9 9年 天然气和液体危险品管道的事故统计 1 9 9 6 1 9 9 9年美国天然气管道的事故原因 统计如图4 所示。由图4可以看出, 在这4年中, 维普资讯 http:/ w w w . b z f x w . c o m第 2 7 卷第 3 期 黄志潜 : 管道完整性及其管理 美国天然气输送管道因外力造成的损害而引起的 事故所占比例最大, 一度超过 了5 0 , 但呈逐年
11、 下降的趋势; 因施工和材料缺陷而引起的事故所 占比例逐年增加 , 最后超过 3 8 , 占据了第一位。 如果将因内、 外腐蚀而引起的事故相加 , 可以看出 因腐蚀而导致的事故比例占到了第二位, 而且管 道内部腐蚀引起的事故要比外部引起的事故多。 4 0 丑 隶 血3 0 格 内部腐蚀外界腐蚀 外力损害 砖工材辩 茸它 围4 1 9 9 6 一 l 9 9 9年美国天然气管遘的事故原因统计 表 2为美国 1 9 8 6 2 0 0 3年输气管道、 配气管 网和液体危险品管道发生事故的次数和造成的损 失。由表 2看出, 在这 1 7年中, 美 国天然气输 迭 管道 、 配气管网和液体危险品管道
12、: 平均每年发 生事故 3 7 3 次 , 死亡 2 1 人, 伤 9 7人, 造成财产损 失7 7 7 6 x 1 0 美元; 液体危险品管道的事故率 与输送管道和配气管网事故率的总和相近, 但人 员的伤亡率却要小得多,说明天然气管道与管网 衰 2 美国 l 9 8 6 2 O O 3年管道事故次数和造成的损失 统计 事故 死亡 受伤 财产损失 时间 次数 人散 人数 ( 1 0 $) 1 9 8 6 o l 0 l一 2 2 4 3 2 B 3 , 输气管道 l 3 7 1 5 9 2 0 o 3 0 8 3 l l 9 日 6 0 1 01 配气管网 2 3 5 7 2 9 5 1 3
13、4 6 2 9 4 2 5 2 0 0 3 O 8 3 l 液态危险 l 9 B 6 0 l 0 1 3 2 7 0 3 7 2 5 1 8 35 4 9 品管道 2 0 0 3 0 粥0 I 9 8 6 0 1 01 总计 6 9 9 8 3 9 l 1 8 2 l l 4 5 8 叩 2 0 0 3 0 8 0 9 年平均 3 7 3 2 2 0 9 9 7 1 7 7 7 6 4 洼: 根据 O P S 2 0 0 3 年 l 0月 1 5日公市的数据制表。漏 失量大于5 0 插即作为事故申报。但 白2 0 0 2 年 7月 2日起, 满失量太于5加仑即作为事故。 若发生事故对人员生命
14、的威胁更大; 配气管网 的事故率和人员伤亡率均远比输气管道的高。 表 3是根 据美 国天 然气协 会 ( 以下简 称 A C A) 统计的美国 1 9 8 4 1 9 9 2年输气管道事故造 成的人员伤亡数据铜表。由表 3可以看出, 在这 9年中: 美 国海上输气管道事故造成的人员伤 亡率大大高于陆上输气管道; 不论是陆上还是 海上的输气管道, 第三方损害和设备故障、 火灾和 操作错误等引起事故造成的人员伤亡率远远大于 由管道腐蚀、 材料和施工缺陷造成的人员伤亡率。 表 4是 1 9 8 4 1 9 9 2年各国输油、 输气管道事 故及其原因统计表。由表 4可以看出, 在这 9年 中,总体上西
15、方发达国家输油管道的事故率比输 气管道的事故率高出 1 8 6 。美国输气管道事 故的原因中, 4 0 以上是 由于第三方损害造成 操 裹 3 美国 1 9 8 4 1 9 9 2年输气管道事故造成的人员伤亡率 陆上累积伤亡人数 名 陆上伤亡率 ( k m i l e a ) 海上累积伤亡人魏, 名 海上伤亡率 ( k m i l a ) 受 伤 人 数 死 亡 人 数 受 伤 人 数 死 亡 人 数 受 伤 人 数 死 亡 人 数 受 伤 人 数l 死 亡 人 数 腐蚀 5 l 0 0 1 6 0 0 0 3 0 0 0 0 第三方造成损伤 3 2 7 - 0 1 0 l 0 0 2 1 3
16、 I 】 0 2 5 1 晒 材料和施工缺陷 l 1 1 0 0 3 4 0 0 o 3 O 0 0 1 0 其它( 设备故障、 J 0 l 2 0 0 3 2 2 00 6 2 l 2 7 1 1 1 0 6 5 2 火灾、 操作错误等) 总计 1 4 9 2 9 0 4 , 7 3 0 0 8 9 1 5 1 8 l 3 6 l 1 6 7 7 维普资讯 http:/ w w w . b z f x w . c o m焊 管 2 0 0 4年 5月 表 4 1 9 8 4 1 9 9 2年各国输油、 输气管道事故率及其原因统计表 事故原因所占比例 美国输气管道 欧洲输气管道 加拿大输气管道
17、 美 国输油管道 欧洲输油管道 加拿大输油管道 第三方造成损伤 4 0 4 2 8 2 1 2 6 2 1 5 4 7 5 5 6 5 腐 2 0 4 1 5 7 1 1 6 2 1 7 2 7 7 1 7 6 材料和施工缺陷 1 2 7 9 5 3 4 3 1 1 5 2 3 4 1 2 9 操作错误 2 6 4 4 6 5 4 1 5 4 5 4 4 3 1 2 9 事故 02 6 1 8 5 2 9 3 1 3 3 0 8 3 4 0 3 k m i l e a 注: 根据美国天然气协会 A G A的统计数据制表。 作错误占第二位, 达 2 6 以上。而西欧和加拿大 输气管道事故的原因则
18、恰好相反, 4 0 以上是由 于操作错误造成, 第三方损害占第二位。美国输 油管道事故的原因中, 4 5 以上是由于操作错误 造成 , 第三方损害接近第二位 , 达 2 1 以上。而 西欧和加拿大输油管道事故的原因则相反, 4 7 以上是由于第三方损害造成; 操作错误所 占比例 较少。因此, 在西方发达国家的油气管道的事故 中, 第三方损害和操作错误是管道事故的两个最 主要原因, 加起来约占事故总数的2 3 。而且这 两个原因都和管理密切相关。 由此可见, 管道的完整性不仅仅是一个技术 范畴的问题 , 更重要的是要持续不断地提高整体 管理水平。由此也就说明了近年来管道完整性管 理在 国外迅速发
19、展 的原因。 3 管道完整性管理的法律依据和标准 3 1 美国国会关于增进管道安全性的立法 据美国 O P S统计, 美 国国内在用约 5 3 1 0 k m输气管道, 2 61 0 k m液体燃料管道, 且相当 一部分使用年限很长。为了增进管道的安全性, 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, 该法案于2 0 0 2年 1 2 月 1 7 13 经总统 签署后生效。该法案的英文全称为“ H R 3 6 0 9 : T h e P i p e l i n e S a f e t y I mp r o v e m e n t A c t o f
20、2 0 0 2 ”, 中文 译为“ 增进管道安全性法案” 简称 P S I A。在 P S I A 的第 1 4章中, 明确要求管道运行商要在后果严重 地区( H i g h C o n s e q u e n c e A r e a以下简称 H C A)实 施管道完整性管理计划。这是美国法律对开展管 道完整性管理的强制性要求。 此外 , P S I A中也写入了 A N S I 相关标准的部 分 内容。 3 2 美国政府关于输气管道安全性管理的规则 基于 P S I A法案, 美国政府运输部已发布了输 气管道和液体危险品管道安全性管理 的建议规 则。包括 : ( 1 ) 关于在天然气管道后果
21、严重地区的完整 性管理建议规则 4 9 C F R P a r t 1 9 2 ( P ip e l i n e S af e t y : P i p e l i n e I n t e g r i t y Ma n a g e me n t i n Hi s h C o n s e q u e n c e Are a s (G as T r ans m i s s i o n P i p e l i n e s) ;P r o p o s e d R u l e ) 。 ( 2 ) 关于在危险液体管道后果严重地区的完 整性管理建议规则 4 9 C F R P a r t 1 9 5 。 3
22、3 美国政府制定管道安全管理规则的目的 ( 1 ) 推进并加速管道在后果严重地区( H C A ) 的完整性评价。 ( 2 ) 促使管道公司建立和完善管道完整性管 理系统。 ( 3 ) 促进政府发挥审核管道公司管道完整性 管理计划方面的作用。 ( 4 ) 增强公众对管道安全的信心。 3 4 管道完整性管理的部分工业标准 ( 1 ) A S M E B 3 1 8 天然气输气管道与配气 管路系统 ( G as T r ans m i s s i o n and D i s tri b u t io n P i p in g S y s t e m ) 。该标准已成为经 A N S I 批准的美国
23、 国家标准, 也是为各国广泛接受的事实上的国际 标准。其内容涵盖了天然气输气管道与配气管路 系统的设计、 施工和运行。 ( 2 ) A S M E B 3 1 8 S 2 0 0 1 关于输气管道完 整性管理的标准, 是对 A S M E B 3 1 8的补充。 ( 3 ) A P I R P 1 1 2 9 保证危险液体输送管道完 维普资讯 http:/ w w w . b z f x w . c o m第 2 7 卷第 3 期 黄志潜: 管道完整性及其管理 整性的推荐做法 ( A s s u r a n c e o f H a z a r d o u s L iq u i d P i p
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