陳向新：管道建設期實施完整性管理的核心問題
管道建設期實施完整性管理的核心問題
陳向新1譚鈺山2張振永2
1.中國石油和化學工業聯合會；
2.中石油管道工程設計研究院
管道完整性管理是以管道安全、設施完整性、運行可靠性為目標並持續改進的系統管理體系，貫穿管道全生命周期，包括設計、採購 、施工、投產、運行和廢棄等各階段。管道建設階段作為管道全生命周期的重要一環，建設質量的優劣和所處環境條件是管道運行期管理的基礎，其很大程度上決定了運行維護條件的優劣和管道能否安全平穩運行，因此認真做好建設期的風險管理、從源頭上識別和消減風險至關重要。本文結合建設期完整性管理要求和近幾年管道建設實例，提出管道設計、施工應重視和改進的核心問題。
1建設期完整性管理的主要內容
管道設計、施工階段均包括數據採集、高後果區識別（HCA）、風險評價、完整性評價和風險消減與維修維護等內容（見表 1），其中影響管道安全運行和完整性管理的關鍵問題，應重點關注。
可行性研究階段。通過各項評價和政府核准，選擇經濟合理的宏觀路由。管道線路選擇以現場踏勘調研取得相關數據為主。完整性管理數據收集包括可研報告、沿線環境數據、專項評價報告及評審意見等。高後果區識別包括沿線高後果區的調查和識別（含規劃調查與分布預測）。風險評價包括對專項評估報告審核、危害因素識別和高後果區評價等。風險消減與維修維護主要是根據高後果區識別和風險評價的結果，對管道路由進行調整和設計防控措施。
初步設計和施工圖設計階段。隨著管道的勘測數據不斷完善和設計方案的逐漸細化，完整性管理的數據採集、高後果區識別、風險評價等工作需要重新循環開始，結合沿線環境數據的變化和新增高後果區情況，進行風險評價和落實調整優化設計。在初步設計階段，管道完整性評價需要針對管道設計路由圖、工藝流程圖、收發球裝置等進行可行性評估，以保證滿足後期運行內外檢測和完整性評價的需要；施工圖設計階段主要針對設計方案（包括施工期間的設計變更）進行高後果區識別和風險評價等工作。
2建設期完整性管理的核心問題
2.1 提升設計理念和方法
目前管道設計方案比選主要是基於建設期的工程量、施工難易和投資，運行維護多採用定性描述，其維護成本和管道失效風險難以進行量化計算。同時，國內外目前多採用的基於應力的設計方法，亦不能實現管道設計、施工和運行維護的有機統一，對於採用的新工藝、新材料和新方法，同樣不能說明其安全可靠度。為此，推廣採用基於可靠性的管道設計方法和建立管道全生命周期費用模型，以彌補現有設計方法和經濟比選的不足。
2.2 完善設計文件內容
管道完整性管理是個持續過程。一項管道工程從管道前期可行性研究到建設施工至投產，時間跨度較長，管道周邊環境受到經濟快速發展的影響變化較快。為保證管道的可實施性，管道路由在不同階段需要不間斷地開展數據採集、高後果區識別和風險評價及消減等工作。
目前國內管道設計在初步設計階段均開展了管道高後果區識別、風險評價及消減等工作，但在管道可行性研究和施工圖設計及施工階段尚未推行這項工作。應結合《油氣輸送管道完整性管理規範》，完善相關設計文件內容與深度編製規定。
2.3 重視做好管道選線
（1）做好多方案路由比選
可行性研究階段，對不少於3個宏觀路由走向方案進行比選，擇優推薦。初步設計階段，應結合各專項評價報告和地方報批情況，進一步進行局部路由方案的比選和調整。方案比選時不應局限於單純建設期的技術經濟比較，應統籌考慮運行期的維護成本和潛在失效風險成本，即進行管道全生命周期費用比選。
（2）選定線路依法合規
油氣管道與周邊設施的關係涉及眾多法律法規和標準規範，如《城鄉規劃法》《管道保護法》《飲用水水源保護區污染防治管理規定》《自然保護區條例》《公路安全保護條例》《鐵路安全管理條例》《電力設施保護條例》《軍事設保護法》等法律法規，以及《輸氣管道工程設計規範》《輸油管道工程設計規範》《石油天然氣工程設計防火規範》《油氣輸送管道穿越工程設計規範》和《鐵路工程設計防火規範》等，管道設計人員應充分掌握並嚴格執行。
（3）與地方部門溝通協調
在設計各階段，積極與地方各相關部門溝通和協調，如西氣東輸三線中段路由涉及1 198個報批部門，包括規劃、國土、林業、環保、水利、文物、交通等。可行性研究階段一般到區縣級部門報批，在初步設計階段還要延伸到鄉鎮報批，甚至要協調村級組織。
（4）與專項評價有效銜接
在可行性研究階段，需要進行環評、安評、地質災害、地震安全、水土保持、礦產壓覆和文物調查等專項評價。為保證工作有序進行，避免返工，對於設計提供的路由，各專項評價宜先進行資料收集和現狀調查，確定無制約性因素再開展評價工作，評價結論和建議應與設計單位進行溝通、確認，保證方案的一致性。
2.4 合理劃分地區等級
近幾年在役管道由於地區等級升高被迫對存在重大隱患的管段進行改線的事例屢見不鮮，應引起高度重視。應按照《輸氣管道工程設計規範》對地區等級劃分規定，進行相關設計工作。當地區發展規劃足以改變該地區現有等級時，管道設計應根據地區發展規劃劃分地區等級，且遵循「宜高不宜低」的原則，科學確定沿線地區等級，以便為後續發展留有充分裕量。
2.5 重視高後果區識別
《油氣輸送管道完整性管理規範》《輸氣管道工程設計規範》分別規定高後果區劃分標準和。設計係數選取條件。管道設計應針對一、二級地區詳細調查管道兩側各200 m範圍內特定場所分布情況，對於學校、醫院以及其他公共場所，應嚴格按照三級地區選取設計係數。
2.6 做好線路用管設計
（1）管型選擇
對於大口徑輸油氣管道宜採用埋弧焊鋼管（直縫或螺旋縫），對於中口徑輸油氣管道，宜選用埋弧焊鋼管或高頻焊鋼管，對於小口徑輸油氣管道，宜選用無縫鋼管或高頻焊鋼管。
（2）強度和韌性
管道按照不同的設計係數進行壁厚計算，並通過強度、剛度和穩定性校核，進行管道韌性設計。輸油管道鋼管母材和管體焊縫以滿足不起裂為原則，所需的韌性值相對較低；輸氣管道鋼管母材除滿足不起裂外，還要求具有止裂能力，因此其韌性值相對要高，如西氣東輸二線一級地區鋼管母材韌性值要求為200 J。
（3）可焊性良好
管道鋼管在現場要進行環焊縫的焊接施工，要求具有良好的焊接操作性能和良好的環焊縫力學性能。輸氣管道X70、X80等高鋼級管材，自保護葯芯焊絲半自動焊的環焊縫的衝擊韌性波動較大，常出現不達標現象。為此，對於高鋼級鋼管尤其是X80鋼，對其合金成分應作出嚴格的限定。
2.7 嚴格控制焊接施工
國內某研究機構對2011～2012年國內新建11 000公里管道環焊縫的8處失效原因進行了研究，研究表明：75%屬於焊接施工缺陷，主要是衝擊韌性不符合要求和內壁起裂；25%是由於外部荷載，如地面移動和強力組對引起。為控制管道環焊縫質量，規避環焊縫斷裂風險，應做好如下幾點。
（1）採用自動焊接工藝
高鋼級管道的焊接施工量大，傳統的自保護葯芯焊絲半自動焊衝擊韌性不易保證，應大力推進採用自動焊接工藝。在建的中靖聯絡線、陝京四線、漠大複線和中俄東線天然氣管道工程，自動焊接的應用規模均超過50%。
（2）控制連頭碰死口施工
管道連頭碰死口時容易出現錯邊和斜接，同時受制於兩端固定約束作用，會產生焊接殘餘應力，環焊縫容易發生開裂失效。因此管道連頭碰死口要放在彎管兩側的直管段處，同時要求管道連頭處兩側管道要預留足夠的未回填長度，以便自由調整。
2.8 做好管道防腐補口
腐蝕是除外力破壞之外的管道第二大失效因素。做好管道防腐、補口的設計施工至關重要。
山區石方等地段管道宜採用3PE防腐層，沙漠等地段可採用單層熔結環氧粉末防腐層或雙層熔結環氧粉末防腐層。3PE防腐層管道宜採用熱熔膠型熱收縮帶(套)和液體聚氨酯補口。熔結環氧粉末防腐層管道宜採用熔結環氧粉末塗料靜電噴塗補口，或採用無溶劑液體環氧塗料補口，也可採用熱熔膠型熱收縮帶（套）補口。為避免傳統的手工熱縮帶補口帶來的施工質量問題，應大力推進機械化補口和干膜施工。
2.9 開展石方段變形檢測
管道經過山區石方段施工時易受到磕碰，或因溝底不平或細土回填不到位，管底部分容易形成凹坑。根據統計數據，大於2%管徑深度的凹坑密度在0.15～0.76個/km左右，且凹坑多位於管底5:00-7:00點鐘位置。為及時開挖驗證和消除超標凹坑，山區石方段的大口徑管道宜在管道試壓後採用智能變形檢測。中緬油氣管道、蘭成原油管道和在建的陝四線、中俄東線天然氣管道等均在建設期採用了智能變形檢測，取得了較好的效果。
2.10 加強地質災害防治
建設期的地質災害規避和處理是管道完整性管理的一個重點。可行性研究階段應開展管道沿線地質災害調查、評估，為管道地質災害的防治提出建議，並對建設項目場地適宜性做出評價。初步設計階段要完成管道全線的地質災害調查、勘察評價和防治工程的初步設計，並納入工程概算。施工圖設計階段要完成管道全線的地質災害防治工程的詳細勘察和施工圖設計。施工階段要開展地質災害防治工程施工，進一步實現線路優化、設計優化，施工採用信息法施工，預防管線施工誘發地質災害。
2.11 做好數據採集錄入
良好的地理信息平台和完善的數據採集系統是完整性管理的必備條件，管道相關數據的完整和準確直接決定管道全生命周期完整性管理的成敗。基礎數據的積累、完善、及時錄入等，大部分在管道建設期內完成。建設期採集的數據包括管道屬性數據、管道環境數據、設計文件、施工記錄和評價報告等。各個階段的參與者，應各司其責，錄入完整、準確、具有時效的數據，以保障後期管道內檢測數據分析和風險評估等工作。
3結束語
做好管道建設期的完整性管理，對於提高油氣管道本質安全，保障管道運行期輸送安全意義重大。我們要努力學習和掌握完整性管理的精髓，摒棄「合乎規範就是好的設計」觀念，將「安全第一、環保優先、以人為本、經濟實用」的設計理念融入管道建設各個環節，努力建設質量一流的管道，為實現管道長期平穩、安全運行打好堅實基礎。
作者：陳向新，男， 1956年生，教授級高級工程師。1983—2000年在管道設計院工作，先後擔任線路室主任，院副總工程師，副院長等。參加了20餘條長輸管道的設計工作，其中陝京一線、陝銀線、中洛複線、忠武線任設計負責人。 2000年調西氣東輸工作，先後擔任技術處長，冀寧管道項目經理，壓縮機項目經理，總經理助理等，參加了西一線建設的全過程工作。 2007年調管道建設項目經理部，任副總經理。先後參加和主持了西二線、西三線、漠大一線、二線、中緬線、陝三線等30餘條管道的設計、施工、竣工投產等完整的建設管理工作。
來源：《管道保護》2017年第5期（總第36期）
編輯：鄧智超
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