国家重大生命线——压力管道的完整性管理
□文/何仁洋,黄 辉,杨绪运，蔡景明·中国特种设备检测研究院压力管道事业部
压力管道分为长输管道、公用管道、工业管道、动力管道和集输管道,主要用于原油、成品油、天然气、人工煤气、蒸汽和工业用危险介质的输送,是国民经济建设的重要基础设备和人民生活的重要基础设施,在国民经济中占有极为重要的战略地位,被称为国家重大生命线。
以长输管道为例,就全球而言,目前已建成的230多万公里管道中,输气管道占60%,原油管道和成品油管道各占15%,化工和其他类管道不足10%。
目前,世界长输管道总长度已超过世界铁路总里程,成为能源运输的主要方式,世界上100%的天然气、85%以上的原油运输是通过管道输送实现的。发达国家的成品油远距离运输主要靠管道。欧美国家和中东产油区的油品运输现已全部实现了管道化。
我国现有长输管道10万公里,集输管道30万公里,公用管道20万公里,工业管道约28.72万公里。
由于压力管道输送的多为易燃易爆或有毒有害介质,一旦发生事故,往往并发火灾、爆炸、环境污染,各国政府对其都采取了比较严格的安全管理措施,并纳入强制性、法制化轨道。为了有效确保管道安全运行,世界各国针对压力管道,建立了以完整性管理为核心的技术,逐步完善压力管道的安全完整性技术法规与标准体系。
中美两国压力管道安全完整性法规与标准体系
美国长输管逍安全法规标准体系
自1865年美国建成世界上第一条输油管道至今,管道运输业已有近146年的历史。美国拥有危险液体管道27.6万公里、天然气输送管道47.5万公里,配气管线306万公里,管道总长度位居世界第一,也是世界上管道技术最为先进的国家。
美国2002年颁布了《管道安全改进法》(HR3609)、2006年颁布了《管道检测、保护、执法安全法令》(s.3961),它们既是对美国《管道安全法》(49- USC-601)的补充,同时也大力推行了完整性管理的法令。
按照法律的要求,美国运输部颁布了联邦规章(Code of Federal Regulations ，CFR),49-CFR-190～198系列。基于大量坚实的技术研究与工程实际经验,形成了一套体系完善的法规与标准体系。包括:管道完整性管理标准、管道安全检测标准、管道安全评价标准、管道维修与维护标准、管道完整性检测评价人员资质标准等内容,它完全支撑了美国法律、法规要求。
我国压力管道安仝法规标准体系
随着我国经济持续、快速发展,特别是石油化工、能源、电力、冶金、城市建设的发展,人民生活水平的提高,社会对压力管道的需求也迅速增加,压力管道安全逐步成为了国家公共安全的重要组成部分。
以长输管道为例,我国自1958年建设第一条长输管道以来,经历了三个建设高峰期,第一个高潮在20世纪70年代,源于大庆、辽河、胜利等东部大型油田的开发,共建成陆上油气管道6500km,其中输油管道占73%,输气管道占27%;第二个高潮出现在20世纪80～90年代,是服务于新疆塔里本及吐哈、四川、长庆等西部油气田的开发,2001年底有长输油气管道23000km,其中,输油管道占44%,输气管道占56%;第三个高潮出现在20世纪末,当时是为了满足我国东部和西部地区油气田的进一步开发、国外油气资源的引进以及天然气工业的快速发展,2010年长输管道累计10万公里。
2001～2010年,我国平均每年建设油气管道超过5500km，而实际上,国内管道建设能力约为12000km/年(中石油系统8000km/年,中石化系统4000km/年),管道建设能力进入鼎盛时期。根据《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》,“十二五”期间,我国将建设中哈原油管道二期、中缅油气管道境内段、中亚天然气管道二期以及西气东输三线、四线工程,输油气管道总长度达到15万公里左右。
鉴于国家高度重视压力管道的重大战略地位，我国相继出台了有关法律、法规、标准,如:《中华人民共和国石油天然气管道保护法》、《特种设备安全监察条例》、《危险化学品安全管理条例》,部门规章《中央企业安全生产禁令》、《压力管道安全管理与监察规定》、《石油天然气管道安全监督与管理暂行规定》，安全技术规范《压力管道定期检验规则:长输(油气)管道》(TSG D7003-2010)、《压力管道定期检验规则:公用管道》(TSG D7004-2010),相关文件《特种设备安全发展战略纲要》(埋地管道部分),标准《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》、《基于风险的埋地钢质管道外腐蚀性检测评价方法》,以规范和规划压力管道行业的发展, 关于压力管道全过程安全完整性监管体系的基本框架也已经建立。
设计、制造、安装、检验与维修改造等方面的行政许可工作已有序开展,长输管道与公用管道的使用登记、作业人员等环节的许可工作正在展开。
由于该项工作起步较晚`管理薄弱,现在仍然面临诸多法规与管理方面的问题和困难,主要表现在：(1)立法不完善，《特种设备安全监察条例》将压力管道纳入特种设备范围,明确了安全监管主体,但由于客观原因,没有对压力管道设计、安装、使用的安全监督管理提出具体规定,因此压力管道安全监察工作难以全面、有效开展。(2) 历史欠账多、基础薄弱,，由于安全管理基础差,安全投入不足,检验工作不到位,存在很多事故隐患。(3) 主体责任难以有效落实。因此,以安全完整性为基础的压力管道全过程监管体系，尚需进—步完善。
除此之外,我国压力管道的技术基础薄弱也是重要因素。法规只解决了“做什么”的问题,但是“如何做”的问题,需要标准来解决,我国现阶段针对在用环节的检测评价标准缺失,即使有部分行业标准,但基本上是照抄国外的指标体系,不符合中国国情。
全过程安全完整性标准体系
针对上述问题,配合已出台的管道安全法规,需要提出适合我国国情的压力管道全过程安全完整性标准体系。同时,针对法规中的具体技术问题,需要开展具体的技术研究,解决实践中的问题。在检测评价方面,已经颁布的《压力管道定期待检验规则:长输(油气)管道》(TSG D7003-2010)、《压力管道定期待检验规则:公用管道》(TSG D7004-2010),正在修订的《在用工业管道定期检验规程》,均提出了要求检验与评价的项目,但针对具体项目,则需要以技术研究成果为基础,提出具体实施办法,并在具体的检测评价标准中予以体现。尤其是TSG D7003和TSG D7004两部安全技术规范中,明确提出了基于失效模式的检测评价理念。
因此,针对不同的失效模式,基于风险评价理念,开展腐蚀控制、检测评价与维护抢修,建立相应的方法标准体系,是确保压力管道安全的基础。以管道全过程安全完整性为基础,需要建立并完善安全完整性全过程技术标准体系。本文结合作者实际工作经验和需求提出了基于失效模式的全过程安全完整性标准体系(图l)。
总体上,关于安全管理与维护抢修的标准体系不完善,国家标准方面还存在较大的缺失现象,而已经颁布的行业标准,可操作性不强,尚不能支撑国家法律、法规、部门规章、安全技术规范。具体特点如下：
(1)关于腐蚀控制方面:国内已参照国外的相关标准,结合我国工程实践,建立了较为完善的腐蚀控制体系,但是随着高强度管线钢的使用、管道输送压力增大、管道直径的增大,环境应力腐蚀导致的失效案例将越来越多,这方面的控制标准还是空白。
(2)基于失效模式的检测评价,在国家十五、十一五科技支撑课题、科技支撑计划项目以及国家行业公益科技项目的资助下,已制定了较完善的外腐蚀检测评价方面的标准,但在内腐蚀、应力腐蚀(含介质与环境)方面的检测评价标准,基本上是空白。
(3) 合理使用评价方面,缺少关于弯头、三通、特殊结构管等管件以及含扭矩的管道腐蚀性缺陷安全评定,关于裂纹与材料失效评估方面的标准也缺失,，并需要完善埋地管道在特殊工况与地表条件下的力学分析与安全评定标准。
(4)在维抢修方面,缺少补强方面的技术标准。
(5)在站场类,安全控制标准基本没有。
(6)安全运行过程监控(诊断)方面,基本是空白。
(7)目前,大量的电磁(漏磁、低频电磁、涡流、磁记忆、电磁超声、磁致伸缩、脉冲涡流)、声(超声波、超声导波)、红外、射线技术在管体腐蚀检测工程上得到的一定的应用,但缺少相关标准。
(8)已有的少部分国家和行业标准基本照搬国外的相关规定,缺少实验数据支撑,进而存在不适合中国国情,可操作性差等问题。
结束语
十二五期间,我国压力管道将取得长足的发展，但与美国相比,我国压力管道安全完整性全过程监管的法规与标准体系不完善。本文参照国内外法规标准体系,梳理了中国在压力管道安全完整性技术方面的法规与标准,提出了应建立或完善的压力管道全过程安全完整性技术法规与标准体系,从而真正做到让“法规解决了‘做什么’的问题,标准解决‘如何做’的问题”。并具体分析了建立我国的法规与标准体系所面临的几个技术难点。