何仁洋 楊永 王海濤 李仕力

中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院

2010年實(shí)施的《石油天然氣管道保護(hù)法》從管道規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行保護(hù)、與其他工程相交相遇等方面有力地保障了管道外部安全。 2014年實(shí)施的《特種設(shè)備安全法》及其配套的條例、安全技術(shù)規(guī)范對(duì)油氣管道本體的設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用等環(huán)節(jié)提出更具體的質(zhì)量控制要求。 2015年實(shí)施的GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》進(jìn)一步促進(jìn)了管道安全管理水平的提升[1]。

隨著管道服役期的增長，當(dāng)前管道腐蝕、疲勞等老化問題影響管道的本質(zhì)安全，新建管道的長距離、大口徑、高壓力和高鋼級(jí)等特點(diǎn)也給管道本質(zhì)安全帶來更大的挑戰(zhàn)[2]。

1 油氣管道本質(zhì)安全的內(nèi)涵

本質(zhì)安全在國外也稱為內(nèi)在安全[3]，一般意義指工藝過程、機(jī)械設(shè)備、裝置等生產(chǎn)條件的安全[4]。國內(nèi)從更廣泛的意義對(duì)本質(zhì)安全進(jìn)行了界定，定義為運(yùn)用組織架構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)、管理、規(guī)范及文化等手段在保障人、物及環(huán)境的可靠前提下，通過合理配置系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的基本交互作用、規(guī)范交互作用及文化交互作用的耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)外在和諧性，從而達(dá)到設(shè)備可靠、管理全面、系統(tǒng)安全及安全文化深入人心，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)可控事故的長效預(yù)防[5]。對(duì)應(yīng)于事故致因認(rèn)識(shí)的過程，本質(zhì)安全可以劃分為三個(gè)層次[6]。第一層次為基本安全階段，第二層次為規(guī)范安全階段，第三層次為文化安全階段，本質(zhì)安全是三個(gè)層次的有機(jī)整合，又包含非常復(fù)雜的交互作用關(guān)系，一個(gè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全都要經(jīng)歷基本安全和規(guī)范安全階段。

油氣管道本質(zhì)安全可定義為：采用基于失效模式的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化制造（鋼管、閥門和管件等）、安裝（焊接、防腐、開挖和回填等）和檢測(cè)試驗(yàn)（無損檢測(cè)、壓力試驗(yàn)等）等環(huán)節(jié)的過程質(zhì)量管控，在服役期內(nèi)持續(xù)開展風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患治理，確保在整個(gè)服役周期內(nèi)管道結(jié)構(gòu)和功能完整，安全和可靠運(yùn)行。

2 油氣管道本質(zhì)安全的影響因素

我國油氣管道的本質(zhì)安全目前主要處于基本安全和規(guī)范安全階段。國內(nèi)學(xué)者對(duì)油氣管道本質(zhì)安全的研究側(cè)重于管理體系建設(shè)及評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化[7]。采用的方法偏向于專家咨詢和理論分析，對(duì)管道事故研究不夠深入。筆者結(jié)合典型事故教訓(xùn)，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)行等各階段分析影響油氣管道本質(zhì)安全的因素。

（1）規(guī)劃階段。部分新建管道選線對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程前瞻不足，在短時(shí)間內(nèi)地區(qū)等級(jí)由人煙稀少的一、二級(jí)發(fā)展為人口稠密的三、四級(jí)，致 使原有管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)不合規(guī)；城市軌道交通與油氣管道交叉現(xiàn)象頻繁，增大了管道的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和公共安全風(fēng)險(xiǎn)。個(gè)別管道選線未能充分考慮沿線地質(zhì)災(zāi)害影響，包括崩塌、滑坡、泥石流、活斷層錯(cuò)動(dòng)、采空區(qū)或巖溶塌陷等[8]。如2001年，格拉成品油管道及其部分設(shè)備受地震引起的地表破裂帶影響而遭受不同程度的毀壞，主要就是因?yàn)樵诠艿涝O(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)未能充分考慮管道所處地區(qū)處于活動(dòng)斷層和高地震烈度地帶[9-10]。

（2）設(shè)計(jì)階段。本質(zhì)安全要求采取更安全的設(shè)計(jì)手段防止事故發(fā)生，不能僅考慮滿足規(guī)范規(guī)定的基本功能。多起管道事故發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)過程未充分考慮油氣管道的失效模式、組合載荷、焊接接頭強(qiáng)度匹配和熱影響區(qū)軟化效應(yīng)的影響；未考慮管道敷設(shè)時(shí)從巖石等硬質(zhì)地基向軟土地基過渡的不同地基沉降而產(chǎn)生的附加載荷，未采取有效的預(yù)防措施而增大了管道的軸向應(yīng)力，造成管道在載荷組合條件（壓力、溫差應(yīng)力、殘余應(yīng)力、不均勻沉降、應(yīng)力集中）下發(fā)生斷裂。目前，在基于管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)中一般只考慮內(nèi)壓、溫差和彈性敷設(shè)產(chǎn)生的軸向載荷以及地震載荷的校核，對(duì)普通的土體沉降、彎管等位置的附加軸向載荷考慮不足。目前管道失效時(shí)的遠(yuǎn)端應(yīng)變一般小于0.5%，應(yīng)進(jìn)一步研究管道的軸向載荷和應(yīng)變的校核。

（3）制造階段。我國對(duì)油氣管道用管材、管件、閥門及附件制造實(shí)施了較為嚴(yán)格的安全監(jiān)管，如要求制造單位取得相應(yīng)的制造許可證，對(duì)埋弧焊鋼管進(jìn)行制造監(jiān)督檢驗(yàn)，以及對(duì)油氣管道用管體、管件進(jìn)行型式實(shí)驗(yàn)。近年來少見因管道元件制造質(zhì)量發(fā)生事故的報(bào)道。但2010年9月美國加利福尼亞州天然氣管道發(fā)生破裂，造成66人傷亡，事故原因之一是管道未焊透區(qū)域貫穿整個(gè)直焊縫內(nèi)部，且部分短管直焊縫內(nèi)表面對(duì)接不重合，約差為15度。隨著新建管道工程采用高鋼級(jí)鋼管越來越多，為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的力學(xué)性能指標(biāo)，不同制管廠的制造工藝存在較大的差異，未能統(tǒng)一高鋼級(jí)鋼管和管件專用技術(shù)條件，從而為管件制造過程質(zhì)量控制帶來較大挑戰(zhàn)。

（4）施工階段。施工質(zhì)量對(duì)管道本質(zhì)安全的影響不容忽視。管道施工工序多、環(huán)境條件惡劣、作業(yè)人員不固定等造成施工質(zhì)量控制困難，其中焊接質(zhì)量、開挖回填及腐蝕防護(hù)是重要因素。 2018年貴州晴隆天然氣管道泄漏燃爆事故直接原因是環(huán)焊縫脆性斷裂導(dǎo)致，現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在組合載荷的作用下造成環(huán)焊縫脆性斷裂。導(dǎo)致環(huán)焊縫質(zhì)量問題的因素包括現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行X80鋼級(jí)管道焊接工藝不嚴(yán)、現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求低、施工質(zhì)量管理不嚴(yán)等。

（5）運(yùn)行階段。運(yùn)行階段主要影響因素在于能否嚴(yán)格落實(shí)國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道本體缺陷和預(yù)防危害管道安全的第三方損壞等[11-12]。2013年青島東黃輸油管道因腐蝕減薄破裂，大量原油泄漏進(jìn)入密閉空間，引發(fā)爆炸造成62人死亡、 136人受傷、直接經(jīng)濟(jì)損失75 172萬元。該管道在事故發(fā)生前進(jìn)行兩次檢測(cè)，未能有效檢測(cè)出管道本體的缺陷。國外“合于使用”評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有API 579―1―2016《Fitness-for-Service》和BS 7910―2013《Guideon Methods for Assessing the Acceptability of flawsin metallic structures》，國內(nèi)常用SY/T 6477―2017《含缺陷油氣輸送管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法》和GB/T 19624―2019《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》。 4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都采用了失效評(píng)估圖技術(shù)（FAD），主要考慮脆性斷裂和塑性失穩(wěn)的失效模式。油氣管道行業(yè)對(duì)局部應(yīng)變集中的失效模式及基于局部應(yīng)變的斷裂控制準(zhǔn)則的研究還有待加強(qiáng)。

3 油氣管道本質(zhì)安全的提升

（1）完善法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。針對(duì)影響管道本質(zhì)安全的因素，及時(shí)對(duì)相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行修訂，補(bǔ)充完善管道本質(zhì)安全的相關(guān)規(guī)定要求；開展油氣輸送管道安全規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和保護(hù)研究，強(qiáng)化紅線意識(shí)，加強(qiáng)源頭管控，分析總結(jié)有關(guān)事故事件教訓(xùn)；完善相關(guān)特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范，建立健全既適合油氣輸送管道行業(yè)特點(diǎn)、又符合特種設(shè)備安全監(jiān)管要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系、長輸管道檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)體系和機(jī)構(gòu)及人員準(zhǔn)入體系[13]。

（2）加強(qiáng)安全監(jiān)管。應(yīng)急管理部、市場(chǎng)監(jiān)管總 局、國資委、能源局等有關(guān)部門明確職責(zé)，協(xié)調(diào)合作，完善油氣輸送管道保護(hù)和安全監(jiān)管工作體制機(jī)制，建立覆蓋規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和報(bào)廢等管道全生命周期的責(zé)任體系，實(shí)施有效監(jiān)管和服務(wù)。

（3）落實(shí)企業(yè)主體責(zé)任。本質(zhì)安全主張通過工程技術(shù)措施消除、控制系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源，創(chuàng)造安全的生產(chǎn)作業(yè)條件。企業(yè)承擔(dān)安全主體責(zé)任，保證足夠的安全投入以提高本質(zhì)安全水平。新建管道要加強(qiáng)招標(biāo)、設(shè)計(jì)、材料、施工、檢測(cè)等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保新建管道的本質(zhì)安全；在役管道要嚴(yán)格落實(shí)長輸管道法定檢驗(yàn)制度，不斷提高法定檢驗(yàn)覆蓋率，加強(qiáng)管道完整性管理，持續(xù)開展管道高后果區(qū)管控、隱患排查和治理工作。

（4）推進(jìn)技術(shù)研究工作�；�于新建油氣管道的特點(diǎn)，亟需研究攻克大口徑、高強(qiáng)鋼管道的建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)技術(shù)難題[14]，如：加強(qiáng)焊縫區(qū)低強(qiáng)匹配和軟化效應(yīng)，不等厚焊接接頭環(huán)焊縫微區(qū)性能、承載能力和失效模式，環(huán)焊縫根焊焊趾位置形態(tài)、表面成型質(zhì)量的工藝控制方法，基于管道軸向載荷和應(yīng)變的校核等研究；進(jìn)一步研究X80鋼管的焊接工藝，改進(jìn)不等厚焊接接頭的坡口形式，制定不等厚焊接接頭專項(xiàng)工藝規(guī)程；加強(qiáng)在役管道的環(huán)焊縫材料性能、應(yīng)力及各類缺陷等在線檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)，以及局部應(yīng)變控制準(zhǔn)則等研究。

（5）加快信息技術(shù)應(yīng)用。在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和數(shù)字化管道的基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)全面統(tǒng)一、感知交互可視、系統(tǒng)融合互聯(lián)、供應(yīng)精準(zhǔn)匹配、運(yùn)行智能高效、預(yù)測(cè)預(yù)警可控為目標(biāo)，通過“端+云+大數(shù)據(jù)”體系架構(gòu)集成管道全生命周期數(shù)據(jù)，提供智能分析和決策支持，用信息化手段實(shí)現(xiàn)管道的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理，最終形成具有全方位感知、綜合性預(yù)判、一體化管控、自適應(yīng)優(yōu)化的能力，且安全高效運(yùn)行的智能油氣管網(wǎng)[15]。

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作者簡(jiǎn)介：何仁洋， 1970年生，博士，研究員，中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院副院長，中國石油大學(xué)（北京）碩士生兼職導(dǎo)師，享受國務(wù)院特殊津貼，國務(wù)院安委會(huì)專家咨詢委員會(huì)特種設(shè)備專業(yè)委員會(huì)委員，長期從事壓力管道檢驗(yàn)評(píng)價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)制定以及安全保障技術(shù)研究工作。

通訊作者：李仕力， 1986年生，碩士，工程師，現(xiàn)從事壓力管道材料適用性評(píng)價(jià)及失效分析工作，聯(lián)系方式：18602621710， 59311286@163.com。