1 前言
　　城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)長期埋設(shè)在地下，受到各種不確定性因素的影響和破壞，會不同程度地出現(xiàn)了腐蝕等缺陷，給系統(tǒng)安全帶來潛在的巨大危害。一旦發(fā)生事故，不僅經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且易成為社會不穩(wěn)定因素，因此必須對城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)安全評價給予高度重視。
　　完整性管理(Integrity Management Program，IPM)就是為滿足安全管理的客觀需要，近幾年發(fā)展起來的以管道安全為目標(biāo)的系統(tǒng)管理體系，內(nèi)容涉及管道設(shè)計、施工、運行、監(jiān)控、維護(hù)、更換等全過程[1]。簡單地說，完整性管理體系就是在前期對整個燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性、風(fēng)險性評價的基礎(chǔ)上，利用完整性檢測技術(shù)評估運行狀態(tài)指標(biāo)，確定再評價周期等。它反映了燃?xì)夤艿腊踩芾韽膯我话踩繕?biāo)向提高效率、增加綜合經(jīng)濟(jì)效益的多目標(biāo)發(fā)展的趨勢。

2 完整性管理
2.1 概 述
　　美國管道安全局最新頒布的規(guī)定強(qiáng)制性要求燃?xì)膺\營商必須對所管轄的天然氣管道實施完整性管理，并提供了四種可供選擇的方案[2]：內(nèi)部檢測技術(shù)、壓力試驗、直接評價、其他能夠評價管道現(xiàn)狀的技術(shù)(允許使用沒有寫入該規(guī)定的方法)。規(guī)程指出單一技術(shù)的應(yīng)用不可能全面闡明潛在的事故誘因，應(yīng)該在考慮風(fēng)險評價結(jié)果、缺陷類型、方法有效性和可行性等之后，進(jìn)行選擇、組合，從各自不同的角度出發(fā)，最終得到不同類型的評價報告[3]。可見，完善的天然氣管道完整性管理技術(shù)結(jié)合了在線檢測技術(shù)，水力靜壓試驗，直接評價和腐蝕控制等措施，至少包括以下內(nèi)容[4]：① 決定哪些管段處于高危地區(qū)(High Consequence Areas，HCAs)；②具有針對性的評價計劃；③具有連續(xù)性的完整性評估方案；④整合、分析與完整性有關(guān)的數(shù)據(jù)和失效后果，確定評價后管道如何維修的標(biāo)準(zhǔn)等；⑤識別和評價用來保護(hù)高危地區(qū)的防護(hù)和減緩措施；⑥度量完整性管理方案的有效性；⑦權(quán)威人士對評價結(jié)果和數(shù)據(jù)分析的認(rèn)可。 專業(yè)的3S站 3s8.cn
2.2 完整性管理的基本步驟
　　通用的完整性管理程序包含以下幾個步驟：
　　(1)預(yù)準(zhǔn)備階段
　　本階段工作的主要內(nèi)容有：①根據(jù)客觀情況劃分管段，確定失效類型，例如國際管道研究委員會(Pipeline Research Committee Internationa1， PRCI)將天然氣管道失效原因歸納為3種時間類型、9種失效類型、21種小類，再加上未知原因，共22小類。②分別對各管道進(jìn)行評價并將結(jié)果匯總，確定需要優(yōu)先考慮的管段和重點預(yù)防的失效類型。③收集管道完整性管理數(shù)據(jù)，包括管道原始施工圖和監(jiān)測記錄、管材合格證書、制造設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)、管道設(shè)計與工程報告、管道調(diào)查和試驗報告、管道監(jiān)測計劃、運行和管理計劃、應(yīng)急處理計劃、事故報告、技術(shù)評價報告、操作規(guī)范和相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。④依靠專家或公眾社會對某事件達(dá)成的共識所量化的經(jīng)驗值。
　　(2)風(fēng)險評價階段
　　利用風(fēng)險評價得到不同管段的風(fēng)險指標(biāo)和不同失效原因的風(fēng)險指標(biāo)，比較其結(jié)果，確定需要優(yōu)先開展管道完整性評價的管段區(qū)域和需要優(yōu)先預(yù)防的失效原因。
　　(3)完整性評價階段
　　對需要優(yōu)先評價的管段，采用綜合檢測技術(shù)的結(jié)果評價管道的完整性。
　　(4)維修、調(diào)整、制定預(yù)防措施和確定再評價間隔周期階段
　　通過管道維修、運行工況調(diào)整和預(yù)防措施來消除或減緩檢測中發(fā)現(xiàn)的安全隱患，提高管道安全性，是對檢測評價的響應(yīng)。再評價周期主要根據(jù)維修標(biāo)準(zhǔn)、維修數(shù)量和預(yù)防措施有效性來確定，基本原則是：經(jīng)過本次維修后的殘余缺陷到下個周期的完整性檢測中不會發(fā)展成危險性缺陷。工程技術(shù)人員可以根據(jù)客觀需要來選擇適宜的方法確定再評價周期，例如通過比較管材最小屈服極限、管道最大操作壓力、按檢測缺陷預(yù)測的失效壓力三個數(shù)值，即可按照約定法即可確定再評價周期等。
2.3 在線檢測
　　在線檢測使用管內(nèi)移動的傳感設(shè)備，通過無損探測技術(shù)(Non-Destructive Testing，NDT)識別、定位和描述金屬損失、管道變形、縫狀缺陷、管位移動等情況，是測量在役管道機(jī)械、腐蝕、焊接缺陷的有效方法，也是為監(jiān)測和管理管道風(fēng)險提供可靠信息的最重要手段。它所提供的數(shù)據(jù)有助于量化腐蝕速率、事故后果嚴(yán)重性，確定再檢測時間間隔，能夠定量給出風(fēng)險評價結(jié)果，提供管道維護(hù)和整改方案等。但是，它不能測得缺陷發(fā)生的具體位置，也不能預(yù)測其未來發(fā)展趨勢，所以必須采用其他方法作為補(bǔ)充，而且要每隔一段時間進(jìn)行再評價[5]。
　　根據(jù)最初探測目標(biāo)，在線檢測技術(shù)適用于以下幾種情況：
　　(1)金屬損失：探測、測量腐蝕造成的損失特征量。根據(jù)不同的側(cè)重點還可以檢測制造缺陷、焊接問題、機(jī)械損傷、凹坑、褶皺、迭層、水壓試驗造成的裂紋等其他缺陷。常用方法有漏磁探傷和超聲波法。
　　(2)變形：探測、測量凹坑、褶皺、彎曲半徑等特征量。
　　(3)裂縫：所能探測的裂縫位于管體或焊縫，包括疲勞裂紋、沿焊縫方向的疲勞裂紋、由焊接質(zhì)量差造成的各種裂縫等。具體方法有超聲波檢測、環(huán)向漏磁、電磁檢測和彈性波長試驗。
　　(4)繪制管位移動圖。
　　美國ASME B31.8S規(guī)范認(rèn)為“在線探測技術(shù)的有效性取決于取樣管道的特定條件和設(shè)備選擇是否得當(dāng)”。因此，制定高效、可行、經(jīng)濟(jì)的預(yù)案，對數(shù)據(jù)作必要的初步評價，提高項目管理水平，提供長期的系統(tǒng)維護(hù)方案，有助于大幅度提高在線檢測技術(shù)的應(yīng)用水平。
2.4 水壓試驗
　　水壓試驗(也稱為流體靜力學(xué)壓力試驗)是確保管道完整性運行的有效方法之一，能夠檢查出隨時間變化的缺陷，如普遍腐蝕、腐蝕疲勞和疲勞裂紋等。該方法能夠發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)部腐蝕、外部腐蝕、疲勞裂紋、損傷、制造與施工質(zhì)量不佳等多種危害管道安全的問題，并且只需要開挖對管道完整性有確定性風(fēng)險的部位，施工工程量有限，因而使用范圍廣泛。但是試驗時必須注意以下幾個關(guān)鍵問題：①必須停止待測管道供氣。②為確保試驗用液體介質(zhì)(例如水)在管內(nèi)流動，待測管道應(yīng)封閉成環(huán)。③經(jīng)驗表明，隨著試驗壓力升高，典型的管材缺陷開始生長。如果該缺陷接近失效極限，即使停止試驗或保持壓力值不變，延性剪切作用仍會繼續(xù)，且作用大于該缺陷造成的管道失效。當(dāng)管道位于失效邊緣時，剪切作用會給管道造成非常嚴(yán)重的損傷，在后面的壓力試驗中(即使壓力值小于前一次試驗值)導(dǎo)致管道失效[6]，因而必須確定合理的試驗壓力。
2.5 直接評價
　　直接評價(Direct Assessment，DA)是分析歷史數(shù)據(jù)、地上測量結(jié)果，確定特定缺陷造成的風(fēng)險部位的過程。優(yōu)點是不影響正常供氣，不需要對管道做預(yù)先處理。缺點是使用范圍有限，如果缺乏詳細(xì)資料，要進(jìn)行有針對性的開挖工程，獲取可靠的數(shù)據(jù)。
　　針對不同問題，直接評價又分為內(nèi)部腐蝕直接評價、外部腐蝕直接評價、應(yīng)力腐蝕直接評價。其中，內(nèi)部腐蝕直接評價(Internal Corrosion Direct Assessment，ICDA)針對的是短期內(nèi)可能存在濕氣及游離水的輸送干氣的鋼質(zhì)管道。該方法假設(shè)積水最多的部位最容易發(fā)生內(nèi)部腐蝕。所以，首先對積蓄電解液的部位做詳細(xì)檢查，認(rèn)為該點的剩余強(qiáng)度就是系統(tǒng)剩余強(qiáng)度的最小值。如果該處沒有發(fā)生腐蝕，那么認(rèn)為其它部位更不可能發(fā)生腐蝕。因此，關(guān)鍵之處是發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部可能發(fā)生水原始積聚的部位。外部腐蝕直接評價(External Corrosion Direct Assessment，ECDA)則是基于間接分析的結(jié)果，更準(zhǔn)確定位外部腐蝕的位置。由于實地開挖觀察腐蝕情況開銷大，通常根據(jù)管道現(xiàn)狀決定開挖點的位置和數(shù)量[7]。應(yīng)力腐蝕直接評價(Stress Corrosion Cracking Direct Assessment，SCCDA)的目的是明確管道系統(tǒng)是否容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋，裂縫是否嚴(yán)重和繼續(xù)生長。與管道內(nèi)部、外部腐蝕相比，應(yīng)力腐蝕缺陷直接導(dǎo)致的事故所占份額很小，失效機(jī)理復(fù)雜，研究對象主要集中在有外部腐蝕缺陷的管道應(yīng)力腐蝕缺陷[8]。但是，科技進(jìn)步將使其逐漸發(fā)展成為獨立性、操作性更強(qiáng)的評價方法。
3 結(jié)論及建議
　　綜上所述，完整性管理的關(guān)鍵是完善的基線評價方案，合理的整合數(shù)據(jù)和高級的數(shù)學(xué)模型。該技術(shù)以整個燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的可靠性評價和風(fēng)險評估為前提，三者構(gòu)成一個完整的體系，若跨越前兩個階段而直接采用在線檢測等技術(shù)，則未必能實現(xiàn)預(yù)期效果。
　　面對現(xiàn)代城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)系統(tǒng)向大容量、大規(guī)模、長輸送距離、多壓力級制等方向發(fā)展的趨勢，為逐步建立和完善燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全評價和管理體系，筆者提出以下幾點建議供參考：
　　(1)制定和完善我國城市燃?xì)夤艿佬袠I(yè)安全評價管理的強(qiáng)制性行業(yè)規(guī)范。
　　(2)建立安全評價數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)管理規(guī)范。一個完備的管道安全評價數(shù)據(jù)庫不僅為系統(tǒng)的可靠性評價、腐蝕情況預(yù)測、風(fēng)險評價、剩余強(qiáng)度計算、剩余壽命評估、檢測與維修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和必要依據(jù)。而且，能夠按照不同要求進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用、查詢等統(tǒng)計分析工作，以數(shù)據(jù)或圖形等多種形式給出結(jié)果，最終達(dá)到對在役管道的動態(tài)管理。存儲有關(guān)位置信息、商業(yè)分布、人口分布等空間信息和極大量數(shù)據(jù)時，可以引入數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)[9]。
　　(3)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的來源渠道、存儲方式各不相同，應(yīng)建立本行業(yè)數(shù)據(jù)流通交換機(jī)制，重視數(shù)據(jù)整合。
　　(4)建立數(shù)據(jù)庫與其他系統(tǒng)的對接通信機(jī)制。科技發(fā)展和管理者對數(shù)據(jù)的客觀需要，使數(shù)據(jù)管理方式跳躍式地從紙介存儲向地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System，GIS)發(fā)展，如美國管道安全局(Office of Pipeline Safety，OPS)的項目——全國管道地圖系統(tǒng)(National Pipeline Mapping System)就體現(xiàn)了這一趨勢[10]。除此以外，把管道安全評價數(shù)據(jù)庫和公司人員調(diào)配等企業(yè)管理資源數(shù)據(jù)庫對接，便于高層管理者或特定部門同時獲取高關(guān)聯(lián)度的人力資源、設(shè)備運行記錄和公司經(jīng)營防御性信息，對實現(xiàn)可靠、高效的電子文件管理系統(tǒng)(Electronic Document Management System，EDMS)、企業(yè)資產(chǎn)管理(Enterprise Asset Management，EAM)有不可替代的作用[11]。