熊健 馮騁

中國石油天然氣管道工程有限公司

 

從2004年起，美國油氣管道監管單位PHMSA將管道高后果區作為重點(diǎn)監管對象，不僅關(guān)注油氣管道各類(lèi)事件（事故、失效、泄漏）的數據統計，同時(shí)還對各油氣管道運營(yíng)商關(guān)于檢測、評價(jià)、維修等管道完整性管理工作進(jìn)行跟蹤與監管。通過(guò)篩選與整理PHMSA公開(kāi)發(fā)布的數據，分析和掌握近年來(lái)全美油氣管道完整性管理的趨勢與規律，有利于社會(huì )共同參與油氣管道的安全保護。分析表明美國基于裂紋內檢測的完整性評價(jià)管道里程及比例不斷增加，油氣管道第三方損壞風(fēng)險得到有效管控，從而避免了管道過(guò)度維修。其做法可為國內油氣管道完整性管理工作提供借鑒。

1  美國管道完整性管理基本要素與分類(lèi)

（1）輸氣管道。PHMSA記錄并公開(kāi)了全美輸氣管道高后果區長(cháng)度、重大事故、失效、泄漏、評估（基線(xiàn)檢測與重新評估）以及管道修復等數據。重大事故：指輸氣管道運營(yíng)商報告的發(fā)生住院治療的死亡或人身傷害事故，以及按1984年美元計算財產(chǎn)損失超過(guò)5萬(wàn)美元的事件。失效：來(lái)源于A(yíng)SME/ANSI B31.8S，指管道某個(gè)部件或位置已經(jīng)完全不能使用或雖然仍然可以使用但不能達到性能要求，或嚴重惡化已不可靠或不安全，不能繼續使用。 泄漏：導致意外氣體泄漏的故障。管道評估：可能基于多種方法、設備和工具。 

（2）輸油管道。PHMSA提供了全美輸油管道高后果區長(cháng)度、大規模泄漏、評估（基線(xiàn)檢測與重新評估）和修復的統計數據。大規模泄漏：指造成人員死亡或需要住院治療的受傷人員；財產(chǎn)損失超過(guò)5萬(wàn)美元；泄漏油品超過(guò)5桶；發(fā)生火災或爆炸；造成水體污染。 

2  輸氣管道完整性管理數據分析

（1）高后果區管道長(cháng)度。根據統計，全美輸氣管道高后果區長(cháng)度保持在約2萬(wàn)英里（3.2萬(wàn)公里）左右，對應非高后果區管道長(cháng)度（約27萬(wàn)英里）變化較小，2020年高后果區管道占比為7.1%。

（2）失效后果及原因。2004—2020年， 8%天然氣管道失效發(fā)生在高后果區。對比高后果區和非高后果區每10000英里泄漏事故，每年前者泄漏概率都超過(guò)了后者，見(jiàn)圖 1。說(shuō)明雖然對高后果區采取了更嚴格的管控措施，但由于輸氣管道高后果區基本位于人員活動(dòng)較為頻繁與復雜地段，管道失效管控難度相對非高后果區更大。

2004—2020年，輸氣管道泄漏后有11%被立即點(diǎn)燃，5%發(fā)生了爆炸事故。1%失效事故導致人員死亡，2%失效事故導致人員受傷。泄漏主因包括設備故障（65.6%）、外部腐蝕（12.7%）、施工缺陷（5.7%）。事故主因包括第三方損壞（29%）、設備故障（16.3%）、氣象與外力（13.9%），地質(zhì)災害導致的土體移動(dòng)是主要外力因素。失效主因包括設備故障（33.1%）、第三方損壞（20.3%）、外部腐蝕（15.8%）。

（3）檢測。2004－2012年，每年輸氣管道開(kāi)展基線(xiàn)檢測里程約1000～5000英里，從2012年后下降到1000英里以?xún)龋?019年除外）。而從2012年后，開(kāi)展管道完整性評價(jià)的管道里程則增加較多，每年基本保持在2000 ～5000英里水平。

（4）完整性評價(jià)。統計近10年來(lái)管道完整性評價(jià)數據顯示，目前全美輸氣管道主要開(kāi)展基于內檢測（腐蝕+變形）的完整性評價(jià)工作，基于壓力試驗、直接評價(jià)或其他方法的完整性評價(jià)管道里程均較少。

2019年、2020年基于內檢測（裂紋）及內檢測（其他）的完整性評價(jià)管道里程出現較大增加，說(shuō)明美國日益關(guān)注油氣管道裂紋缺陷，并積極采用了各類(lèi)新型檢測設備開(kāi)展完整性評價(jià)，見(jiàn)圖 2。

圖 2 輸氣管道完整性評價(jià)統計（2010－2020年）

（5）管道維修。2004—2020年，高后果區管道隱患列入立即維修計劃的為3169處，占全部隱患維修計劃的18.83%，見(jiàn)圖 3。

3  輸油管道完整性管理數據分析

（1）高后果區管道長(cháng)度及泄漏統計。全美輸油管道高后果區長(cháng)度從2004年的7萬(wàn)多英里增加到2020年的9萬(wàn)多英里，遠超過(guò)輸氣管道高后果區長(cháng)度。占全部輸油管道里程比例長(cháng)期保持在40%以上，2020年為41.9%，其長(cháng)度比例也遠超輸氣管道。高后果區管道泄漏平均每年每1萬(wàn)英里發(fā)生10次，平均每年60～110次不等，見(jiàn)圖 4。

圖 4 輸油管道高后果區里程與大泄漏次數統計

（2）泄漏原因及后果。全美輸油管道失效泄漏的主要原因是機械故障（46%）、腐蝕失效（20%）、誤操作（14%），開(kāi)挖損壞導致的僅占4%。其中3%泄漏被點(diǎn)燃，導致爆炸的比例不足1%。58%泄漏導致土壤污染，8%導致水體污染。 位于高后果區的泄漏占比高達55%。

（3）完整性評價(jià)。2004—2006年，美國開(kāi)展了大量的輸油管道基線(xiàn)檢測工作，每年約6000～9000英里，之后基本維持在1000英里水平。有記錄的管道完整性評價(jià)工作開(kāi)始于2010年，其中2011—2013年每年4000～9000英里，其他年份為1000～2000英里。

目前全美輸油管道主要開(kāi)展基于內檢測（腐蝕+變形）的完整性評價(jià)工作，開(kāi)展基于壓力試驗、直接評價(jià)或其他方法的完整性評價(jià)管道里程均較少。2012年后，每年基于內檢測（裂紋）的完整性評價(jià)管道里程均超過(guò)1萬(wàn)英里，其他類(lèi)型內檢測管道里程也超過(guò)5000英里，見(jiàn)圖 5。

（4）管道維修。2004—2020年，高后果區管道隱患列入立即維修的為13 918次，占全部隱患維修的16%，而列入半年內計劃維修的達到70%，見(jiàn)圖 6。

4  結論與啟示

（1）不同于國內管道保護相關(guān)法律法規立足于“保護管道”的角度，美國油氣管道監管部門(mén)牽頭、推動(dòng)并監督油氣管道完整性管理，且管理的主要對象是對社會(huì )公眾及環(huán)境影響最大的高后果區。

（2）基于內檢測的管道完整性評價(jià)是目前油氣管道完整性管理的核心內容，且以金屬損失與變形內檢測為主。但美國近年來(lái)基于裂紋內檢測及其他新型內檢測技術(shù)的完整性評價(jià)管道里程和占比不斷提高，2020年基于裂紋內檢測的管道里程達到了1.6萬(wàn)英里，說(shuō)明裂紋內檢測等新型檢測技術(shù)在美國已逐步推廣使用。

（3）美國因第三方損壞導致管道發(fā)生泄漏的比例，輸氣管道占比為3.64%，輸油管道占比為4.00%，遠低于第三方損壞導致管道發(fā)生事故的比例（約為25%）。說(shuō)明通過(guò)建立全國 “One-Call” 系統以及管道運營(yíng)商實(shí)施的完整性管理舉措，即使出現第三方損壞事件，絕大多數也到得到了及時(shí)制止或管道抗力水平避免了管道發(fā)生泄漏。

（4）經(jīng)充分的管道完整性評價(jià)，多數油氣管道隱患并未立即進(jìn)行修復，而是列入維修計劃監管，避免過(guò)度維修工作，證明了完整性管理的有效性和經(jīng)濟性。

（5）PHMSA通過(guò)標準表單格式要求管道運營(yíng)商提供所有管道事件的具體信息，在后臺形成數據庫表格，并公開(kāi)發(fā)布供公眾查閱。這一做法有利于政府監管，幫助管道運營(yíng)商、施工承包商提高管道完整性管理水平和風(fēng)險管控重點(diǎn)，幫助民眾正確認識油氣管道的可靠性與危害，對國內管道完整性管理和風(fēng)險管控有一定借鑒意義。

 

本文數據來(lái)源：

（1）Pipeline and Hazard Material Safety Administration .https://www.phmsa.dot.gov/pipeline/gas-transmission-integrity-management/gt-im-performance-measures.2020-2-6/2021-11-30.

（2）Pipeline and Hazard Material Safety Administration .https://www.phmsa.dot.gov/pipeline/hazardous-liquid-integrity-management/hl-im-performance-measures.2020-1-28/2021-11-30.

 

作者簡(jiǎn)介：熊健，1981年生，高級工程師，2003年畢業(yè)于武漢大學(xué)信息工程專(zhuān)業(yè)，現從事油氣長(cháng)輸管道設計、完整性技術(shù)與管理工作。聯(lián)系方式：0316-2077470，xiongjian1314@cnpc.com.cn。