王盼锋 常明亮 陈伟聪 李明德

（中国石油天然气管道工程有限公司西安设计分公司，陕西 西安 710021）

0 引言

随着中国经济持续快速发展，以及《十四五规划纲要》对能源战略的要求，2030年实现碳达峰，加快推进能源全产业链自动化、数字化、智能化升级，世界油气能源快速发展，油气行业凸显出了巨大优势得以快速发展［1-3］。2020年以来全世界受新冠肺炎疫情肆虐，油气行业也处于一个严冬时期，但是油气管道建设却未停下前进的步伐，尤其是2020 年中俄东线的投入使用，使得中国油气行业发展又向前迈进了一步，也再次凸显出中国对天然气的需求在进一步提升中。但是，目前许多现役管道始建于20世纪80 年代，运行年限较长，管道已进入高故障期［4-6］。

在国家经济发展中油气管道发展有着重要的作用，管道的安全管理也同时成为油气行业发展的核心组成部分。近几年管道运营管理者清晰地认识到管道安全管理还有许多的不足，与国外的先进管理模式相比还有较大的提升空间［7］。国外致力开展的完整性管理成为保证管道安全的最佳选择，也成为国内各管道运营单位和学者研究的热点。各位学者也相继研究了基于管道完整性管理的高后果区分析、风险分析、完整性评价等众多方面的内容，同时也在现场实际管道中有了深入的应用［8］。但是较国外完整性管理技术，国内还有很大的发展空间，因此如何建立完善的管道完整性管理体系［9］，执行管道完整性管理方案，提高管道完整性评估技术，是中国油气行业现阶段需要攻坚克难的重点环节。

1 完整性管理定义与体系

管道完整性PI（Pipeline Integrity）主要是指管道正常操作条件下，管道系统各部分均能满足运行要求，安全、高效、经济地完成输送油气各项性能指标的完整程度［10］。管道完整性管理PIM（Pipeline In⁃tegrity Management）基本思路是调动全部因素来提高管道安全性，这是一个与时俱进、动态发展的连续管理过程，因此必须不断地对管道进行风险识别、检测、分析、完整性评价等完整性管理（图1）。

图1 管道完整性管理流程图

从图1也可以看出管道完整性管理的5步循环是管道完整性管理的核心技术内容和关键组成部分，从数据角度来看，这5步循环完全是以管道完整性数据库为核心，对数据进行采集、存储、分析、发布的过程［11］。数据的完整性是管道完整性管理的基础，数据准确性制约完整性管理的结果，完整性管理必须以数据为依据，以实现管道完整性管理的成功实施。

2 完整性数据采集与管理

2.1 数据采集

数据采集是实施管道完整性管理的第一步，也是最为关键的一个步骤，贯穿于整个完整性管理的全过程［12-13］。目前油气行业的数据现状均存在不完整、不准确的问题，同时管道数据也只是孤立的存在，“信息孤岛”较为普遍存在，造成了完整性实施困难。因此必须对管道数据进行全面搜集与分类整理，保证数据完整性，以满足管道完整性管理的需要。完整性数据采集主要可以分为施工建设期和运行维护期两大时间段的数据（表1）。

表1 数据收集信息表

2.2 数据管理

数据是实现系统信息化管理的基石，对于管道完整性管理来说，目前大量关键的管道完整性与设备数据以各种各样的方式存在，使得管道管理效率低下，这就需要一种工具将这些数据整合起来进行统一管理，数据库正好能满足这一要求。管道完整性数据库的基础是沿线管道地理基础数据和运行数据，合理的数据架构是完整性系统开发的关键步骤。数据库目前最大众化的采用标准化设计方法，即改进后的新奥尔良（NewOrleans）方法设计（图2）。

图2 管道完整性数据库设计流程图

管道完整性数据库是指基于管道完整性数据模型，管理管道核心数据，把运营管理中各种数据在数据库中高效、合理地组织与存储，使上层的应用程序准确获得查询将检索数据转换为集中统一的、可随时随地利用的知识信息，从而有效地支撑管道完整性管理应用的一种数据库。管道完整性数据库采用RDBMS（Oracle）+SDE的方式存储组织数据，管道完整性数据库系统架构设计如图3所示。

图3 管道完整性数据库系统架构图

3 完整性数据分析

管道完整性数据分析是在管道完整性数据采集、存储的基础上对数据进行的一系列分析评价。数据是一切分析评价的前提，从完整性管理角度来看，数据分析主要以高后果区识别、风险评价、完整性评价进行，以达到管道的全生命周期管理。

3.1 高后果区识别

高后果区（HCAs）主要是发生不可控事故后，造成破坏较大的影响区域。高后果区识别是完整性管理的重要环节，是预测、预防事故发生的重要手段，也可以让运营管理者清晰地识别由于管道发生危险而产生严重危害的区域。高后果区识别是完整性管理的基础，同时必须对高后果区识别计划的内容进行不定期的更新，不断更新和删除数据库资料。

3.2 管道风险评价

风险一般是事故发生的可能性与其后果的综合。管道风险评价主要是识别对油气管道平安运行有不利影响的破坏因素，评判事故发生的可能性与后果，从而综合管道风险大小，并制定出对应的风险控制措施的一种分析过程。管道风险评价针对的主要对象是管道系统的线路部分，对于油气站场一般只是将它视为具有截断功能的阀门，在失效后果分析中予以考虑。管道风险评价一般采用如图4所列流程。

图4 管道风险评价流程图

基于风险评价过程对高后果区的失效主要是两个方面，管道失效可能性和管道失效后果性。失效可能性主要考虑外腐蚀、内腐蚀、第三方损坏、制造与施工缺陷和自然与地质灾害等5大因素，失效后果主要是潜在的人员伤亡、环境影响、财产损失和停输影响等4个因素。按照表2的风险矩阵图将其管道分为四个风险等级。

表2 风险矩阵图表

3.3 管道完整性评价

在当前的天然气长输管道施工与运营管理过程中，对于完整性管理的评价手段依然需要加以明确，并且要进一步完善完整性管理的评价基准，以保证完整性管理的实际价值得以体现。如图5 所示，推荐了不同类型管道的完整性评价方法，I类管道主要以内检测为主，Ⅱ类管道主要以直接评价为主，Ⅲ类管道结合区域法的理念开展直接评价。

图5 各类管道完整性评价方法图

管道完整性评价一般会以管道内检测数据为基础，通过内检测等一系列手段发现管体缺陷（金属损失、凹陷、外接金属物等缺陷），以此判别管道金属材料是否完好，以及对管道运营的可靠性和整体安全情况等进行全方位分析和评判的方法。完整性评价方法主要有内检测评价法、压力试验法和直接评价法等。各种检测方法特点如表3所示。

表3 管道完整性评价方法及特点列表

3.4 完整性数据的应用

在当前的天然气长输管道建设与运营管理过程中，对于完整性管理的评价依然是目前全生命周期管理的重中之重，并且要进一步完善完整性管理的评价基准，以保证完整性管理的实际价值得以体现。管道风险评价是管道完整性管理的最重要部分，因此采用半定量打分的（Kent 法）方法，以某条管道基础数据为例说明风险评价在完整性数据管理中的应用。

某管道全长为276.9 km，管径为DN600 mm，设计压力为8 MPa，设计输气能力为730 × 104t／a。根据管道分段原则，结合现场调查、专家意见，将管道划分为7个管段，各管段主要情况列入表4。

表4 各管段主要情况列表

通过实地踏勘，结合管道运行数据，采用Kent打分法以管段1为例进行分析评价，同时对其他几项指数进行分项评分后可以得到管段1的各项指数得分（表5）。

表5 管段1得分表

管段1的风险值可以计算：

对每个管段重复上述计算过程，可以得到此管道的风险分布结果（图6）。

图6 管道风险分布图

上述计算的管道风险结果，可以看出管段3和管段4属于高风险管段，因此将上述结果用于实际运行中，提前加强风险识别与管控，制定应对措施，降低风险发生，为完整性管理提供可靠的方法。

4 结论与展望

1）针对目前油气管道全生命周期管理过程中存在的问题与不足，特别是油气管线进入“老龄期”和总里程不断增加的现状，为保障油气管线的安全、经济、高效的运行，特提出了一套系统的以预防为主的管道完整性管理体系。

2）详细介绍了管道完整性的基本概念与理论，对完整性数据管理与完整性管理的关系进行了阐述，同时对管道完整性数据采集和数据管理的方法、内容与步骤进行简要介绍，为管道完整性管理提供准确的数据基础和支持。

3）最后通过实例和理论介绍了管道完整性系统中用到的一些数据分析技术，着重介绍了管道完整性管理过程中高后果区识别、风险评价、完整性评价在数据方面的应用，并介绍了基于半定量打分法对于风险评价在完整性管理过程中的实例，以保证油气管道安全平稳的运行。

4）未来，中国管道完整性管理必将以管道本体安全为核心，综合各类技术手段，全方位实现管网的高效运行与安全管控，以保障能源供给，实现智能管道，打造智慧管网。