《管道保護》編輯部：本質(zhì)安全是指通過(guò)設計等手段使生產(chǎn)設備或生產(chǎn)系統本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì )造成事故的功能。石油天然氣管道作為線(xiàn)性工程和�；�品運輸設施，其本質(zhì)安全有哪些特點(diǎn)，實(shí)現的路徑又是什么？帶著(zhù)這個(gè)大家所關(guān)心的問(wèn)題，編輯部專(zhuān)訪(fǎng)了中國石油天然氣管道工程有限公司（管道設計院）王學(xué)軍總經(jīng)理，請王總結合當前我國管道行業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)，闡述管道行業(yè)本質(zhì)安全設計體系的初步框架，包括設計原則、設計程序、評價(jià)方法以及實(shí)現手段等，并提出相關(guān)建議。

編輯部：我們一般理解，本質(zhì)安全就是通過(guò)追求企業(yè)生產(chǎn)流程中人、物、系統、制度等諸要素的安全可靠及和諧統一，使各種危害因素始終處于受控狀態(tài)，進(jìn)而逐步趨近本質(zhì)型、恒久型安全目標。請您介紹一下，本質(zhì)安全設計理念最初是如何提出的？

王學(xué)軍：本質(zhì)安全由英國化工安全專(zhuān)家克萊茲（Trevor Kletz）于1976年首次提出。他認為“預防事故的最佳方法不是依靠更加可靠的附加安全設施，而是通過(guò)消除危險或降低危險程度以取代那些不安全裝置，從而降低事故發(fā)生的可能性和嚴重性”。該理念的提出引起了人們的高度關(guān)注，隨后開(kāi)展了大量的研究，出現了本質(zhì)安全設計、評價(jià)等系列技術(shù)和管理實(shí)踐。

根據克萊茲的本質(zhì)安全理念，要保證本質(zhì)安全就要避免危險的存在，減少危險原料和工藝的使用，而不是在發(fā)現危險后進(jìn)行防控。為此，需要開(kāi)展危險源辨識，并在工藝、設備等設計中采取相應的措施并付諸實(shí)踐。2010 年，�；�勒（A.M.Heikkila）對本質(zhì)安全理念進(jìn)行了總結，將本質(zhì)安全定義為“在化工和制造業(yè)中，通過(guò)設計等手段使生產(chǎn)設備或生產(chǎn)系統本身具有安全性，具備即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì )造成事故的功能�！贝硕�義體現了本質(zhì)安全的源頭、途徑以及目標，被行業(yè)普遍接受。

本質(zhì)安全設計是把本質(zhì)安全這種想法，通過(guò)合理的規劃，周密的計劃，并以各種感覺(jué)形式傳達出來(lái)的過(guò)程。在每次方案選擇時(shí)均要考慮如何消除、降低危險，使用更安全的原料，采用更安全的工藝條件，進(jìn)行容錯設計，盡可能消除產(chǎn)品缺陷，降低人為操作失誤、機械故障和蓄意破壞造成危險的可能性和事故后果。不同行業(yè)的危險源不同，導致事故的風(fēng)險因素也不盡相同，先期開(kāi)展本質(zhì)安全設計的行業(yè)根據自身的特點(diǎn)提出了較為系統的設計原則、程序和評價(jià)方法。

在設計原則上，化工、石油化工等過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域，提出了5項技術(shù)原則：①消除原則，消除所有危險物質(zhì)；②最小化原則，不使用或使用最少量的危險物質(zhì)；③替代原則，采用安全的或危險性小的原料、設備或工藝替代或置換危險的物質(zhì)或工藝；④緩和原則，采用相對安全的過(guò)程操作條件，以降低危險物質(zhì)的危險性；⑤簡(jiǎn)單化原則，采用更簡(jiǎn)單和友好型單元以降低出錯和誤操作的機會(huì )等。在過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)裝置領(lǐng)域，本質(zhì)安全設計的技術(shù)原則主要有避免產(chǎn)生多米諾效應、杜絕不正確的安裝、使操作者清楚了解裝置/設備的狀態(tài)、容忍操作失誤、采用較少的儀表和較簡(jiǎn)單的控制系統，以及所有裝置的控制系統其軟件應該一致等。

在具體實(shí)踐中，盡管根據技術(shù)原則開(kāi)展了本質(zhì)安全設計，但是并不能完全消除風(fēng)險，還需要采取相應的安全措施使風(fēng)險處于可接受范圍內。一般考慮設置多層防護，例如為了確保核電站的安全, 在本質(zhì)安全設計的基礎上采用4道屏障和5道防線(xiàn)等多重安全防護策略。國際電工標準IEC 61511《機能安全—過(guò)程工業(yè)安全儀表系統》中典型的過(guò)程工業(yè)防護層，在本質(zhì)安全設計的基礎上設置了6道防護層：①基本過(guò)程控制系統；② 監測報警系統；③安全儀表系統；④機械防護；⑤結構防護；⑥程序防護。

在本質(zhì)安全設計程序上，強調全生命周期，每個(gè)階段都有相應的重點(diǎn)工作內容和管理制度。

在本質(zhì)安全評價(jià)方法上，先后出現了指數型評價(jià)方法、模糊理論型評價(jià)方法及圖示型評價(jià)方法等。

編輯部：本質(zhì)安全這種理念在管道行業(yè)經(jīng)常被提及，據我們了解，至今還沒(méi)有形成行業(yè)特有的設計原則、遵循的程序和評價(jià)方法。請您就構建管道行業(yè)本質(zhì)安全設計體系談?wù)劸唧w思路。

王學(xué)軍：本質(zhì)安全設計首先需要全面認識所設計的系統，這樣才能有針對性地進(jìn)行危險源識別。在構建管道行業(yè)本質(zhì)安全設計體系中，要著(zhù)重分析把握管道行業(yè)存在的以下特點(diǎn)。

（1）天然氣管道正在由單條管道、區域管道向全國管網(wǎng)發(fā)展。截至2020年，國內已建成天然氣管道10.2萬(wàn)千米，除了部分新建管道外，已建管道分別由中石油、中石化、中海油以及各省市建設，可能存在重復建設、結構不盡合理等問(wèn)題。同時(shí)為了實(shí)現“碳達峰、碳中和”目標，天然氣將是重點(diǎn)發(fā)展的清潔能源，合理利用沿海LNG、四川頁(yè)巖氣等資源，保證天然氣供應、改善環(huán)境將是今后一段時(shí)間的主要任務(wù)。為此需要統籌考慮，加快互聯(lián)互通，形成天然氣全國一張網(wǎng)。

（2）輸送介質(zhì)易燃易爆并朝著(zhù)多樣化發(fā)展。管道輸送的油品或氣體其閃點(diǎn)或燃點(diǎn)都較低，一旦泄漏遇到火源后很容易發(fā)生燃燒和爆炸。油品泄漏還會(huì )污染土壤和水體造成嚴重的環(huán)境問(wèn)題。隨著(zhù)國家新能源、碳減排等政策的出臺，今后管道輸送的介質(zhì)將更加多樣化，例如輸氫管道、摻氫/混氫管道、二氧化碳管道等都將陸續建設。

（3）輸送方案朝著(zhù)高壓、大口徑、高鋼級發(fā)展。提高壓力、加大管徑均可提高單管輸量，從而提高輸送效益。與之相應的需要提高管道強度。目前國內已建設管徑1422 mm，壓力12 MPa，鋼級L555M的管道。這類(lèi)管道儲存大量的能量，是一種危險源。

（4）管道沿線(xiàn)自然和社會(huì )環(huán)境多變。國內已建管道橫跨東西，縱貫南北，途經(jīng)高山峽谷、平原、水網(wǎng)、沙漠等各種地形地貌，通過(guò)人煙稀少的西北地區、地質(zhì)條件復雜的西南山區、人員分散聚居的西南/華中/東北地區及人員密集的沿海地區，今后建設的管道仍然需要繼續分布在上述區域中。管道所處環(huán)境不同，其風(fēng)險也有所區別，失效后果差異也較大，應該區別對待。

根據上面分析的管道特點(diǎn)及其風(fēng)險因素，在本質(zhì)安全設計中應考慮以下原則。

（1）先整體后局部原則。全國形成天然氣一張網(wǎng)是目前管道建設的重點(diǎn)，為此，先要考慮整張網(wǎng)的運行安全和供應安全，要在整合資源、細化市場(chǎng)的前提下合理布局管道。在人口密集區域，可與城市管網(wǎng)結合，將高壓管道布置在城市邊緣，通過(guò)城市管網(wǎng)滿(mǎn)足用戶(hù)需求。建設規�？煽紤]管容余量，重要通道考慮備用，保證管網(wǎng)有充足的運輸能力和靈活調運能力。然后，根據單條管道在整個(gè)管網(wǎng)中的定位，結合不同區域管道的環(huán)境條件以及管道特性，有針對性地分析可能存在的風(fēng)險，開(kāi)展本質(zhì)安全設計。

（2）全生命周期原則。管道本質(zhì)安全設計從項目規劃開(kāi)始，要貫穿全生命周期可行性研究、初步設計、施工圖設計、材料/設備制造、施工、運行及報廢的整個(gè)過(guò)程。每個(gè)階段有其重點(diǎn)任務(wù)和工作程序。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)從宏觀(guān)到微觀(guān)、從整體到細節、由淺入深由虛到實(shí)的過(guò)程，同時(shí)也是一個(gè)風(fēng)險不斷被識別、不斷被評估和應對的過(guò)程。

（3）全要素原則。管道本質(zhì)安全設計涉及工程的所有物理要素，包括輸送工藝和自動(dòng)控制，站內總圖布置、工藝流程、安全儀表系統及其他輔助設施，線(xiàn)路中的一般管段、穿跨越管段及特殊地形地貌和地質(zhì)條件的管段等。要保證工藝、材料、設備、安全系統等自身的本質(zhì)安全，降低事故概率。要保證施工、檢測裝備的安全可靠和技術(shù)先進(jìn)性，以保證工程建設質(zhì)量。

除了物理要素外，人是本質(zhì)安全設計的決定因素。為此，要求設計人員具備相應的資質(zhì)，施工、檢測等各個(gè)環(huán)節的人員取得崗位資質(zhì)，運行人員需經(jīng)過(guò)培訓以降低誤操作的概率。同時(shí)，與本質(zhì)安全相關(guān)的技術(shù)標準及最佳實(shí)踐也應逐漸建立，以設計標準化、規范化和持續總結保證管道本質(zhì)安全。

（4）全過(guò)程原則。實(shí)現本質(zhì)安全設計還需建立完善管理制度，開(kāi)展全過(guò)程管理，執行設、校、審制度，履行文件放行審批程序和材料/設備訂貨招標程序。施工過(guò)程落實(shí)施工監理、焊口檢測、隱蔽工程檢查、施工驗收等程序。運行階段健全管道巡護、高后果區管控、完整性管理、第三方施工監護、人員培訓、管道報廢等制度。

編輯部：構建管道行業(yè)本質(zhì)安全設計體系，需要建立一套科學(xué)的本質(zhì)安全設計程序，對此您是怎么考慮的？

王學(xué)軍：設計是本質(zhì)安全的源頭，施工是保障，運行是保持，只有相關(guān)方各負其責，才能實(shí)現本質(zhì)安全設計的初衷。下面是一張管道本質(zhì)安全設計流程圖，它貫穿于管道從規劃到報廢的全生命周期。為方便大家理解，我作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。

在規劃階段，要通過(guò)管網(wǎng)層面的評估，明確待建管道的定位，初步分析可能的風(fēng)險因素。

在可行性研究階段，重點(diǎn)是遵循法律法規，開(kāi)展管道選線(xiàn)和站址選擇，并及時(shí)開(kāi)展環(huán)境影響評價(jià)、安全預評價(jià)、地質(zhì)災害評價(jià)等專(zhuān)項評價(jià)，保證路由和站址的依法合規，同時(shí)要開(kāi)展風(fēng)險因素識別，高后果區識別等工作。

在初步設計階段，要優(yōu)化工藝流程、操作程序，合理布置總圖，以及路由細化、穿跨越精細化設計、高后果區管控，并開(kāi)展HAZOP、SIL、LOPA、QRA等評價(jià)分析。對于高鋼級管道、氫氣管道、二氧化碳管道等，要做好線(xiàn)路用管的選擇和焊接工藝的確定工作。

在材料/設備制造階段，要細化技術(shù)要求并嚴格按照技術(shù)規格書(shū)的要求制造，對于新材料、新設備還要組織鑒定，必要時(shí)駐廠(chǎng)監造。

在施工圖階段，主要落實(shí)初步設計方案、安全評價(jià)報告及評審意見(jiàn)、HAZOP分析報告的建議措施、SIL定級報告措施，開(kāi)展管道結構優(yōu)化、可施工性審核，提出焊接總體要求、數字化交付等。

在施工階段，重點(diǎn)是按圖施工、嚴格執行焊接工藝、保質(zhì)保量完成管道防護施工、對設計變更開(kāi)展安全評估，并組織安全條件驗收、施工數據采集和交付等。當前高鋼級管道的現場(chǎng)焊接、山區管道防護工程等是施工階段實(shí)現本質(zhì)安全的重點(diǎn)環(huán)節。

在運行階段，開(kāi)展完整性管理、管道巡護、定期檢測、風(fēng)險評價(jià)和預先維修，消減安全風(fēng)險，保持管道本質(zhì)安全狀態(tài)，并及時(shí)向設計單位和施工單位反饋管道事故、故障及處理情況，為改進(jìn)本質(zhì)安全設計提供基礎資料。

編輯部：您剛才系統介紹了構建管道行業(yè)本質(zhì)安全設計體系的總體思路，這對我國管道行業(yè)從源頭上改進(jìn)和提升本質(zhì)安全來(lái)講具有重要意義。為此您還有哪些設想和建議？

王學(xué)軍：一是完善本質(zhì)安全設計/評價(jià)方法。本質(zhì)安全評價(jià)應該分層次，首先是整個(gè)管網(wǎng)層面的評價(jià)，目前還沒(méi)有成熟的模型和方法。然后是單條管道層面的評價(jià)，國內有相關(guān)研究但是還不成熟。單條管道各子系統的評價(jià)方法相對成熟，工藝系統有HAZOP、RAM等方法，安全儀表系統有LOPA、SIL等方法，管道線(xiàn)路有定性、半定量和定量風(fēng)險評價(jià)方法等。在管道線(xiàn)路設計上，國際上正在研究采用安全等級替代地區等級。

二是要加快管道事故（事件）數據庫建設。本質(zhì)安全設計需要遵循PDCA過(guò)程（即策劃—實(shí)施—檢查—反饋四個(gè)過(guò)程）。數據為這個(gè)循環(huán)過(guò)程提供了基礎保障。數字化可以提供管道全生命周期的所有信息，其中包括事故數據。事故數據一方面為改進(jìn)設計提供直接借鑒，另一方面也為安全評價(jià)和完整性管理提供基礎數據，為此應加快建立我國管道事故（事件）數據庫。

三是積極推進(jìn)智能管道建設。智能管道建設是在標準統一和管道數字化基礎上，通過(guò)精準感知運營(yíng)狀態(tài)和內外部環(huán)境，統籌全局智能輔助決策，支撐管道安全輸送和高效運營(yíng)。智能管道建設是實(shí)現本質(zhì)安全的重要抓手，要以站線(xiàn)一體化三維數字化協(xié)同設計為源頭，集成采辦、施工、運維數據，構建管道數字孿生體，通過(guò)數字化和智能化技術(shù)應用，形成管網(wǎng)系統泛在感知、安全評價(jià)、應急處置等新型安全能力，以提高運維效率，增強管道的安全可靠性。

建議從行業(yè)層面制訂和完善管道本質(zhì)安全相關(guān)標準，增強其系統性、全面性、技術(shù)適用性和銜接一致性。同時(shí)針對上述問(wèn)題開(kāi)展進(jìn)一步研究，持續完善管道本質(zhì)安全理念，盡快建立管道本質(zhì)安全技術(shù)和評價(jià)管理體系，不斷提升管道本質(zhì)安全水平。

編輯部：感謝您接受我們的采訪(fǎng)。