何仁洋 楊永 王海濤 李仕力

中國特種設備檢測研究院

2010年實(shí)施的《石油天然氣管道保護法》從管道規劃建設、運行保護、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《特種設備安全法》及其配套的條例、安全技術(shù)規范對油氣管道本體的設計、制造、安裝及使用等環(huán)節提出更具體的質(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范》進(jìn)一步促進(jìn)了管道安全管理水平的提升[1]。

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

1 油氣管道本質(zhì)安全的內涵

本質(zhì)安全在國外也稱(chēng)為內在安全[3]，一般意義指工藝過(guò)程、機械設備、裝置等生產(chǎn)條件的安全[4]。國內從更廣泛的意義對本質(zhì)安全進(jìn)行了界定，定義為運用組織架構設計、技術(shù)、管理、規范及文化等手段在保障人、物及環(huán)境的可靠前提下，通過(guò)合理配置系統在運行過(guò)程中的基本交互作用、規范交互作用及文化交互作用的耦合關(guān)系，實(shí)現系統的內外在和諧性，從而達到設備可靠、管理全面、系統安全及安全文化深入人心，最終實(shí)現對可控事故的長(cháng)效預防[5]。對應于事故致因認識的過(guò)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)層次的有機整合，又包含非常復雜的交互作用關(guān)系，一個(gè)系統要實(shí)現本質(zhì)安全都要經(jīng)歷基本安全和規范安全階段。

油氣管道本質(zhì)安全可定義為：采用基于失效模式的設計方式，優(yōu)化設計，強化制造（鋼管、閥門(mén)和管件等）、安裝（焊接、防腐、開(kāi)挖和回填等）和檢測試驗（無(wú)損檢測、壓力試驗等）等環(huán)節的過(guò)程質(zhì)量管控，在服役期內持續開(kāi)展風(fēng)險管控和隱患治理，確保在整個(gè)服役周期內管道結構和功能完整，安全和可靠運行。

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范安全階段。國內學(xué)者對油氣管道本質(zhì)安全的研究側重于管理體系建設及評價(jià)指標優(yōu)化[7]。采用的方法偏向于專(zhuān)家咨詢(xún)和理論分析，對管道事故研究不夠深入。筆者結合典型事故教訓，從規劃、設計、制造、施工、運行等各階段分析影響油氣管道本質(zhì)安全的因素。

（1）規劃階段。部分新建管道選線(xiàn)對我國經(jīng)濟發(fā)展及城市化進(jìn)程前瞻不足，在短時(shí)間內地區等級由人煙稀少的一、二級發(fā)展為人口稠密的三、四級，致 使原有管道強度設計系數不合規；城市軌道交通與油氣管道交叉現象頻繁，增大了管道的安全運行風(fēng)險和公共安全風(fēng)險。個(gè)別管道選線(xiàn)未能充分考慮沿線(xiàn)地質(zhì)災害影響，包括崩塌、滑坡、泥石流、活斷層錯動(dòng)、采空區或巖溶塌陷等[8]。如2001年，格拉成品油管道及其部分設備受地震引起的地表破裂帶影響而遭受不同程度的毀壞，主要就是因為在管道設計規劃時(shí)未能充分考慮管道所處地區處于活動(dòng)斷層和高地震烈度地帶[9-10]。

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

（3）制造階段。我國對油氣管道用管材、管件、閥門(mén)及附件制造實(shí)施了較為嚴格的安全監管，如要求制造單位取得相應的制造許可證，對埋弧焊鋼管進(jìn)行制造監督檢驗，以及對油氣管道用管體、管件進(jìn)行型式實(shí)驗。近年來(lái)少見(jiàn)因管道元件制造質(zhì)量發(fā)生事故的報道。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域貫穿整個(gè)直焊縫內部，且部分短管直焊縫內表面對接不重合，約差為15度。隨著(zhù)新建管道工程采用高鋼級鋼管越來(lái)越多，為滿(mǎn)足標準要求的力學(xué)性能指標，不同制管廠(chǎng)的制造工藝存在較大的差異，未能統一高鋼級鋼管和管件專(zhuān)用技術(shù)條件，從而為管件制造過(guò)程質(zhì)量控制帶來(lái)較大挑戰。

（4）施工階段。施工質(zhì)量對管道本質(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(kāi)挖回填及腐蝕防護是重要因素。 2018年貴州晴隆天然氣管道泄漏燃爆事故直接原因是環(huán)焊縫脆性斷裂導致，現場(chǎng)焊接質(zhì)量不滿(mǎn)足相關(guān)標準要求，在組合載荷的作用下造成環(huán)焊縫脆性斷裂。導致環(huán)焊縫質(zhì)量問(wèn)題的因素包括現場(chǎng)執行X80鋼級管道焊接工藝不嚴、現場(chǎng)無(wú)損檢測標準要求低、施工質(zhì)量管理不嚴等。

（5）運行階段。運行階段主要影響因素在于能否嚴格落實(shí)國家強制標準規范，及時(shí)發(fā)現管道本體缺陷和預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)濟損失75 172萬(wàn)元。該管道在事故發(fā)生前進(jìn)行兩次檢測，未能有效檢測出管道本體的缺陷。國外“合于使用”評價(jià)標準主要有API 579―1―2016《Fitness-for-Service》和BS 7910―2013《Guideon Methods for Assessing the Acceptability of flawsin metallic structures》，國內常用SY/T 6477―2017《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價(jià)方法》和GB/T 19624―2019《在用含缺陷壓力容器安全評定》。 4項標準都采用了失效評估圖技術(shù)（FAD），主要考慮脆性斷裂和塑性失穩的失效模式。油氣管道行業(yè)對局部應變集中的失效模式及基于局部應變的斷裂控制準則的研究還有待加強。

3 油氣管道本質(zhì)安全的提升

（1）完善法規及技術(shù)標準體系。針對影響管道本質(zhì)安全的因素，及時(shí)對相關(guān)法律法規進(jìn)行修訂，補充完善管道本質(zhì)安全的相關(guān)規定要求；開(kāi)展油氣輸送管道安全規劃、設計、施工和保護研究，強化紅線(xiàn)意識，加強源頭管控，分析總結有關(guān)事故事件教訓；完善相關(guān)特種設備安全技術(shù)規范，建立健全既適合油氣輸送管道行業(yè)特點(diǎn)、又符合特種設備安全監管要求的相關(guān)標準體系、長(cháng)輸管道檢驗檢測技術(shù)體系和機構及人員準入體系[13]。

（2）加強安全監管。應急管理部、市場(chǎng)監管總 局、國資委、能源局等有關(guān)部門(mén)明確職責，協(xié)調合作，完善油氣輸送管道保護和安全監管工作體制機制，建立覆蓋規劃、設計、施工、運行和報廢等管道全生命周期的責任體系，實(shí)施有效監管和服務(wù)。

（3）落實(shí)企業(yè)主體責任。本質(zhì)安全主張通過(guò)工程技術(shù)措施消除、控制系統中的危險源，創(chuàng )造安全的生產(chǎn)作業(yè)條件。企業(yè)承擔安全主體責任，保證足夠的安全投入以提高本質(zhì)安全水平。新建管道要加強招標、設計、材料、施工、檢測等各環(huán)節的質(zhì)量控制，確保新建管道的本質(zhì)安全；在役管道要嚴格落實(shí)長(cháng)輸管道法定檢驗制度，不斷提高法定檢驗覆蓋率，加強管道完整性管理，持續開(kāi)展管道高后果區管控、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、高強鋼管道的建設、運行、維護技術(shù)難題[14]，如：加強焊縫區低強匹配和軟化效應，不等厚焊接接頭環(huán)焊縫微區性能、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(zhuān)項工藝規程；加強在役管道的環(huán)焊縫材料性能、應力及各類(lèi)缺陷等在線(xiàn)檢測評價(jià)技術(shù)，以及局部應變控制準則等研究。

（5）加快信息技術(shù)應用。在標準統一和數字化管道的基礎上，以數據全面統一、感知交互可視、系統融合互聯(lián)、供應精準匹配、運行智能高效、預測預警可控為目標，通過(guò)“端+云+大數據”體系架構集成管道全生命周期數據，提供智能分析和決策支持，用信息化手段實(shí)現管道的可視化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化管理，最終形成具有全方位感知、綜合性預判、一體化管控、自適應優(yōu)化的能力，且安全高效運行的智能油氣管網(wǎng)[15]。

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作者簡(jiǎn)介：何仁洋， 1970年生，博士，研究員，中國特種設備檢測研究院副院長(cháng)，中國石油大學(xué)（北京）碩士生兼職導師，享受?chē)鴦?wù)院特殊津貼，國務(wù)院安委會(huì )專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì )特種設備專(zhuān)業(yè)委員會(huì )委員，長(cháng)期從事壓力管道檢驗評價(jià)、標準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，現從事壓力管道材料適用性評價(jià)及失效分析工作，聯(lián)系方式：18602621710， 59311286@163.com。