鄒永勝

中國(guó)石油西南管道公司

中國(guó)石油西南管道公司（以下簡(jiǎn)稱“公司”）所轄管道途經(jīng)7省1市（滇、黔、桂、川、渝、陜、甘、寧），管道穿越地區(qū)大部分山高谷深、河流縱橫、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，部分區(qū)域地質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)烈、地震發(fā)育密集。截至2017年10月底，公司在役管線里程達(dá)9354千米，其中70%為山區(qū)管道，管道沿線并行敷設(shè)里程長(zhǎng)，多處采用跨越方式通過(guò)。中緬原油管道（一期）與中緬天然氣管道同溝并行敷設(shè)段長(zhǎng)達(dá)600余千米，部分管段與云南成品油管道三管并行，同溝、同橋、同隧，創(chuàng)國(guó)內(nèi)管橋跨越主跨最長(zhǎng)、多管同跨、荷載最大、橋隧直連、地質(zhì)條件最復(fù)雜、跨越國(guó)際河流等多項(xiàng)之最。西南山區(qū)管道沿線復(fù)雜的地質(zhì)條件、地理環(huán)境以及建設(shè)路由國(guó)內(nèi)罕見，安全運(yùn)行保障壓力巨大。公司通過(guò)加強(qiáng)管道完整性管理，尤其是結(jié)合西南山區(qū)運(yùn)行特點(diǎn)，強(qiáng)化地質(zhì)災(zāi)害與水系風(fēng)險(xiǎn)管控，推行管道本質(zhì)安全管理等工作，確保了新建管道的順利投產(chǎn)以及在役管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1  地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控

1.1  地質(zhì)災(zāi)害類型及發(fā)育現(xiàn)狀分析

地質(zhì)災(zāi)害是西南山區(qū)管道風(fēng)險(xiǎn)類型中最為突出的一種。以2017年專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害排查為例，共發(fā)現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)1134處。其中，水毀是西南管道沿線發(fā)育最多的地災(zāi)類型（如圖1所示），共675處，占比達(dá)59.5%。

圖1 2017年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型及數(shù)量

公司各條管道地質(zhì)災(zāi)害分布類型及數(shù)量如圖2所示。其中，中緬油氣管道沿線地災(zāi)發(fā)育數(shù)量最多，共508處，占比達(dá)44.8%。這與其沿線復(fù)雜的地形地貌、水文及氣象環(huán)境息息相關(guān)，地災(zāi)防治工作相比其他管道也更加嚴(yán)峻。

圖2 各管道地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量與占比

1.2  地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)體系及評(píng)價(jià)模型建立

1.2.1 構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害影響因素指標(biāo)體系

針對(duì)西南山區(qū)管道沿線常見的地質(zhì)災(zāi)害類型，結(jié)合其發(fā)生機(jī)理、基本特征，綜合考慮地形地貌、地質(zhì)環(huán)境條件等內(nèi)在因素以及地震、降水、人類工程活動(dòng)等外在誘發(fā)因素，分析管道沿線各災(zāi)種致災(zāi)因子及其敏感性。以滑坡為例，通過(guò)對(duì)64個(gè)滑坡典型樣本進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，共有25個(gè)因素對(duì)滑坡發(fā)育較為敏感。根據(jù)各因子敏感性以及野外調(diào)查中因子獲取的難易程度，最終篩選出坡度、坡面形態(tài)、土體類型、歷史滑塌、現(xiàn)今變形、土體狀態(tài)、滑體厚度、降雨以及地震烈度共9個(gè)因子共同構(gòu)成單體管道滑坡災(zāi)害的影響因子指標(biāo)體系。

1.2.2 建立地災(zāi)作用下管道數(shù)值模型

針對(duì)滑坡、崩塌、泥石流、水毀等典型地質(zhì)災(zāi)害，分類分工況建立數(shù)值計(jì)算模型。以滑坡災(zāi)害為例，按管道穿越滑坡的方式（橫穿、縱穿、斜穿）分類建立基本數(shù)值模型（圖3），再根據(jù)管道埋深、管徑、管材等建立具體的數(shù)值計(jì)算模型，探究在滑坡的作用下，管道的失效、破壞過(guò)程以及機(jī)理，以了解地質(zhì)災(zāi)害對(duì)管道的影響規(guī)律。

圖3 橫穿（a）、縱穿（b）、斜穿（c）模型示例

（1）滑坡災(zāi)害作用下，管道的失效除與埋深、管材、管徑、壁厚等因素有關(guān)外，還與滑坡在管道上的滑動(dòng)方向有關(guān)。管材強(qiáng)度越高，管道壁厚及管徑越大，其能承受的滑坡作用力越大，但抵抗變形的能力越小。

（2）對(duì)于橫穿滑坡的管道，在滑坡災(zāi)害作用下，管道受滑坡作用力最大處位于管道中部或與滑面相交處，相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變也較大，即管道容易在相應(yīng)處發(fā)生破壞。

（3）對(duì)于縱穿滑坡的情況，在滑坡區(qū)后緣主要為管道拉應(yīng)力集中區(qū)、滑坡中部偏前緣為管道彎曲應(yīng)力集中區(qū)、滑坡前緣為管道受壓應(yīng)力集中區(qū)，管道容易在對(duì)應(yīng)處破壞。

（4）對(duì)于斜穿滑坡的情況，其受力形式為橫穿和縱穿的結(jié)合，與滑坡的交角不同，主導(dǎo)因素不同，應(yīng)力分布差異較大。

1.2.3 單體管道和區(qū)域管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)模型

（1）單體管道地質(zhì)災(zāi)害

以滑坡為例，單體管道滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用基于指標(biāo)評(píng)分法的半定量評(píng)價(jià)模型，其指標(biāo)體系如圖4所示。圖中可以看出，滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)包含了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概率和管道失效后果兩部分，各部分又可進(jìn)一步細(xì)分至下一級(jí)指標(biāo)。

圖4 管道滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

最終，通過(guò)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概率和管道失效后果構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣，判別滑坡風(fēng)險(xiǎn)（表1）。

（2）區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害

區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)需綜合考慮危險(xiǎn)性與易損性兩方面因素，其模型為風(fēng)險(xiǎn)=危險(xiǎn)性×易損性。以秦嶺大巴山高中山區(qū)輸油管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為例，構(gòu)建的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖5所示。最終，通過(guò)GIS空間分析功能實(shí)現(xiàn)區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

圖5 管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系示例

1.2.4 開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

（1）單體管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

利用建立的管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合SY/T 6828—2011《油氣管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排查的各類地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，在排查的1134處地質(zhì)災(zāi)害中，主要是中等風(fēng)險(xiǎn)（490處）和較低風(fēng)險(xiǎn)（433處）災(zāi)害占比較多，其次是低風(fēng)險(xiǎn)（149處）、較高風(fēng)險(xiǎn)（59處）、高風(fēng)險(xiǎn)（3處）。

（2）區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

將建立的區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于5條管線，共涉及289個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分段。其中，高風(fēng)險(xiǎn)段126.3 km/7段、較高風(fēng)險(xiǎn)段910.1 km/68段、中等風(fēng)險(xiǎn)段2255.7 km/103段、較低風(fēng)險(xiǎn)段2429.1 km/105段、低風(fēng)險(xiǎn)段123.9 km/6段。

1.3 地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)圖形庫(kù)及水系應(yīng)急防控平臺(tái)建設(shè)

1.3.1 地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)圖形庫(kù)

為提高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控能力及信息化水平，公司研發(fā)了管道沿線地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性圖形庫(kù)系統(tǒng)（圖6），實(shí)現(xiàn)了直觀展示與可視化操作。目前已完成6大類24小類共計(jì)360余萬(wàn)條數(shù)據(jù)的建庫(kù)及三維場(chǎng)景、三維模型的建設(shè)，同時(shí)還包含地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)查詢統(tǒng)計(jì)分析、等高線分析、坡度坡向分析等共計(jì)40多個(gè)子功能。

圖6 管道沿線地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性圖形庫(kù)系統(tǒng)

1.3.2 水系圖及水系應(yīng)急防控平臺(tái)建設(shè)

公司研制的水系圖及水系應(yīng)急防控平臺(tái)的主要功能包括水系圖制作、穿越點(diǎn)和攔截點(diǎn)定位、線路走向定位、航拍圖與影像圖編輯、測(cè)距、河流洪水流速及到達(dá)關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)間計(jì)算、物資類型與存放位置以及攔油方案等。圖7為平臺(tái)APP攔截點(diǎn)信息和攔截方案界面展示。

圖7  攔截點(diǎn)信息和攔截方案界面

1.4 管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工程建設(shè)

公司結(jié)合地災(zāi)評(píng)價(jià)體系/模型的建立以及流域風(fēng)險(xiǎn)分析，開展地災(zāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警工程建設(shè)，并在圖形庫(kù)系統(tǒng)中開發(fā)面向地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)設(shè)備管理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、預(yù)警預(yù)報(bào)、應(yīng)急管理、地災(zāi)APP等業(yè)務(wù)于一體的應(yīng)用模塊，促進(jìn)管道安全智能運(yùn)行。

2 建設(shè)期管道智能測(cè)徑及缺陷改造

從2013年開始，公司開展了一系列管道投產(chǎn)前驗(yàn)收檢測(cè)（智能測(cè)徑），投產(chǎn)前管內(nèi)無(wú)輸送介質(zhì)以及無(wú)動(dòng)力源等客觀條件導(dǎo)致檢測(cè)難度大，若用常規(guī)檢測(cè)設(shè)備效果難以管控。因此，需要對(duì)設(shè)備設(shè)施等進(jìn)行合理改造。

2.1 動(dòng)力源選擇及檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)改造

2.1.1 空壓機(jī)排量選擇

綜合考慮山區(qū)取水及排水等問(wèn)題，選擇利用空壓機(jī)提供壓縮空氣作為推動(dòng)清管器/檢測(cè)器運(yùn)行的動(dòng)力裝置。

若空壓機(jī)排量過(guò)小，則進(jìn)氣量不足導(dǎo)致檢測(cè)器前進(jìn)速度過(guò)慢，甚至因檢測(cè)器兩端無(wú)法建立起足夠壓差而導(dǎo)致檢測(cè)器無(wú)法正常運(yùn)行。若排量過(guò)大，檢測(cè)器運(yùn)行速度會(huì)過(guò)快而影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致檢測(cè)器撞擊盲板致使檢測(cè)器和收球筒損壞�？諌簷C(jī)的排量、壓力、數(shù)量需求宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及管道屬性等因素綜合確定，建議如表2所示。若線路較長(zhǎng)、落差較大、管內(nèi)存水過(guò)多，智能測(cè)徑除加強(qiáng)空壓機(jī)配置外，還需配備增壓機(jī)。

2.1.2  檢測(cè)器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

受空壓機(jī)配置數(shù)量及輸出排量的限制，新建管道實(shí)施智能測(cè)徑期間，在檢測(cè)器運(yùn)行下游不具備建立背壓條件，檢測(cè)器在管內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，忽快忽慢，屬于躥動(dòng)性運(yùn)行。檢測(cè)器在此工況環(huán)境下運(yùn)行，瞬間啟動(dòng)速度最大能達(dá)到30 m/s。因此，投產(chǎn)前智能測(cè)徑對(duì)檢測(cè)器的性能要求更高，需要在檢測(cè)設(shè)備常規(guī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。如優(yōu)化皮碗結(jié)構(gòu)增加其密封性和支撐能力，確保檢測(cè)器能順利運(yùn)行；優(yōu)化探頭機(jī)械機(jī)構(gòu)增加其耐磨性和穩(wěn)定性，確保高速運(yùn)行狀態(tài)下探頭完好且能采集真實(shí)數(shù)據(jù)；優(yōu)化電子系統(tǒng)保證檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理器和存儲(chǔ)器在高速運(yùn)行時(shí)仍能正常采集數(shù)據(jù)且不丟失數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)示意見圖8。

圖8 管道投產(chǎn)前智能測(cè)徑檢測(cè)設(shè)備示意圖

2.2  管體缺陷改造

投產(chǎn)前智能測(cè)徑發(fā)現(xiàn)的許多管體凹陷，部分較深，部分位于焊縫上，須及時(shí)整改，消除隱患�！队蜌廨斔凸艿劳暾�性管理規(guī)范》（GB 32167―2015 ）和《在役油氣管道工程檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 51172---2016）等標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之前，主要結(jié)合國(guó)內(nèi)外油氣管道施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及在役管線缺陷修復(fù)等相關(guān)資料，制定了投產(chǎn)前凹陷整改方案，按照不同位置、不同類型、不同大小、運(yùn)行后承壓情況以及高后果區(qū)分布等綜合因素，采取換管、B型套筒等方式進(jìn)行永久性處理，確保管道進(jìn)入運(yùn)行期后本質(zhì)安全可控。

3 運(yùn)行期管道本質(zhì)安全管理

依據(jù)GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》及Q/SY 1180《管道完整性管理規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，公司嚴(yán)格按照管道完整性管理六步循環(huán)開展相關(guān)工作。

（1）結(jié)合西南山區(qū)地形地貌、氣象及流域特點(diǎn)，優(yōu)化西南山區(qū)管道高后果區(qū)識(shí)別距離范圍標(biāo)準(zhǔn)，并做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與防控工作。

（2）開展基于內(nèi)檢測(cè)的管道完整性評(píng)價(jià)，并結(jié)合高后果區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)段合理制定缺陷修復(fù)方案。同時(shí)，推行外檢測(cè)“自檢”模式，提高員工技能水平。

（3）加強(qiáng)管道內(nèi)腐蝕機(jī)理研究并制定和落實(shí)防控方案。通過(guò)實(shí)施橋梁健康監(jiān)測(cè)、管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)等技防措施監(jiān)測(cè)山區(qū)大落差跨越段在日常運(yùn)行、清管檢測(cè)及地災(zāi)等發(fā)生時(shí)的受力情況。

（4）加強(qiáng)第三方施工管理，開展軌跡巡線，推行“三色預(yù)警”機(jī)制，嚴(yán)防打孔盜油，試點(diǎn)應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，并在重點(diǎn)場(chǎng)所/地段安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)強(qiáng)化技防、信息防手段避免管道受外界破壞。

（5）強(qiáng)化汛期安全管理，推行“治早治小”模式，避免小隱患變成大工程。

（6）加強(qiáng)陰極保護(hù)與腐蝕防控，建成高壓直流干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接地極放電監(jiān)測(cè)。

（7）結(jié)合山區(qū)特點(diǎn)，優(yōu)化維搶修隊(duì)伍布局，強(qiáng)化區(qū)域聯(lián)防、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)建設(shè)，建立應(yīng)急搶險(xiǎn)支持平臺(tái)，并開展設(shè)備機(jī)具“小型化、輕型化”研究。

4 小結(jié)

西南山區(qū)管道沿線地形地貌復(fù)雜多樣，水系發(fā)達(dá)，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，應(yīng)急搶險(xiǎn)難度大，國(guó)內(nèi)可供借鑒的管理經(jīng)驗(yàn)有限。隨著《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》的深入應(yīng)用，公司對(duì)標(biāo)準(zhǔn)提出的各項(xiàng)要求不斷細(xì)化，夯實(shí)基礎(chǔ)管理，狠抓隱患整治，加強(qiáng)人防、物防、技防以及信息防的有機(jī)結(jié)合，以“智能管道、智慧管網(wǎng)”建設(shè)為目標(biāo)，積極探索西南山區(qū)管道完整性管理模式，確保管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。從實(shí)踐中可以看出，如何根據(jù)公司管道運(yùn)行特點(diǎn)，務(wù)實(shí)有效落實(shí)管道完整性管理各項(xiàng)要求，是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，需要不斷探索與完善。

作者：鄒永勝，中國(guó)石油西南管道公司副總經(jīng)理。

《管道保護(hù)》2018年第1期（總第38期）