趙磊 茹克建 李光照 馬亮 于方涌

1中國石油管道有限責(zé)任公司西部塔里木輸油氣分公司

2中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院

3中油南充燃?xì)庥邢挢?zé)任公司

4中油國際管道公司中烏天然氣管道項目

5中國石油青海油田分公司管道輸油處

輸油管道輸送介質(zhì)具有高壓力、易燃、易爆特性，一旦發(fā)生油品泄漏和火災(zāi)爆炸事故，會造成嚴(yán)重?fù)p失和環(huán)境污染，例如，青島“11.22”中石化輸油管道泄漏爆炸事故造成62人死亡、136人受傷，經(jīng)濟(jì)損失7.5億元[1]。保障輸油管道安全運(yùn)行具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和政治意義。

美國是世界上最早針對危險液體管道和輸氣管道實施完整性管理的國家。從20世紀(jì)80年代開始，管道運(yùn)營商借鑒過程工業(yè)的風(fēng)險管理技術(shù)開展管道風(fēng)險識別和評價工作。21世紀(jì)，通過科研攻關(guān)、管理對標(biāo)、工業(yè)管道試驗以及行政立法等途徑，美國管道行業(yè)建立了成熟、完善的油氣管道完整性管理體系[2]。美國管道完整性標(biāo)準(zhǔn)體系核心是ASME B31.8S—2014《氣體管道完整性管理系統(tǒng)》和API Std 1160—2013《危險液體管道完整性管理規(guī)范》兩項標(biāo)準(zhǔn)。因此，持續(xù)跟蹤研究美國管道標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗和制修訂信息，對于提高我國管道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平具有重要意義[3]。

1 美國液體管道完整性標(biāo)準(zhǔn)簡介

美國石油學(xué)會（American Petroleum Institute，API）標(biāo)準(zhǔn)具有很高的權(quán)威性和通用性，很多API標(biāo)準(zhǔn)被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO認(rèn)可采用[4]。美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API Std 1160—2013《危險液體管道的完整性管理/Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines》是美國管道完整性管理領(lǐng)域的綱領(lǐng)性文件。我國石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6648—2006進(jìn)行的修改采標(biāo)了API Std 1160—2001。API Std 1160的最新版本是2013年版，它集中反映了近十年來美國液體管道完整性管理的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

限于篇幅，本文重點研究API Std 1160—2013新修訂的重要技術(shù)性條款，以及與API Std 1160—2001的重要差異，供國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制修訂機(jī)構(gòu)和管道完整性管理技術(shù)人員參考。為表述方便，API Std 1160—2001簡稱2001版，API Std 1160—2013簡稱2013版。

2 2013版重要技術(shù)性變更

2013版新增“美國聯(lián)邦法規(guī)49CFR 195.452《管道安全法》強(qiáng)制性要求管道運(yùn)行商按照API Std 1160制定液體管道完整性管理的程序”。這表明美國將管道完整性管理上升到國家公共安全和聯(lián)邦政府管轄的層級。我國制定了GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，但還缺少管道完整性方面的配套技術(shù)法規(guī)，與2010年頒布的《石油天然氣管道保護(hù)法》協(xié)調(diào)配合[5]。

2001版本標(biāo)準(zhǔn)適用范圍是原油、成品油和輕質(zhì)液態(tài)烴管道，2013版本標(biāo)準(zhǔn)適用范圍除上述類型管道外，還適用于其他液體管道系統(tǒng)，例如漿體管道、毒性或腐蝕性液體管道等。2001版本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的完整性管理程序和方法適用于管道線路部分，2013版除適用于管道線路部分外，還適用于所有管道設(shè)施，包括管道站場、庫區(qū)和分輸設(shè)施。

2.1 新增術(shù)語和定義

2013版新增API RP 1109《液態(tài)石油管道標(biāo)識設(shè)施》、NACE SP 0204《應(yīng)力腐蝕開裂直接評價方法》等7項規(guī)范性引用標(biāo)準(zhǔn)。

2013版新增異?；顒樱ˋctionable Anomaly）、完整性評估（Integrity Assessment）、重要區(qū)域（Critical Location）、外腐蝕直接評價（External Corrosion Direct Assessment）、超聲導(dǎo)波檢測（Guided Wave Ultrasonic Testing，GWUT）、氫致裂紋（Hydrogen-induced Cracking，HIC）、內(nèi)檢測 （In-line Inspection）、完整性管理程序（Integrity Management Program）、內(nèi)部腐蝕直接評估（Internal Corrosion Direct Assessment，ICDA）、修復(fù)作業(yè)（Remediation Action）、安全運(yùn)行壓力（Safe Operating Pressure）、應(yīng)力腐蝕開裂直接評價（Stress Corrosion Cracking Direct Assessment）等術(shù)語和定義。

2.2 完整性管理程序

2013版給出了管道完整性管理流程圖（圖1），相對2001版進(jìn)行較大修改調(diào)整，主要是實現(xiàn)了管道完整性管理的流程閉環(huán)[6]，新增重要區(qū)域風(fēng)險識別、計算再評價時間間隔、泵站和終端油庫評價、再評價數(shù)據(jù)更新等階段/環(huán)節(jié)。2001版中的實施檢測和/或減緩措施，在2013版中劃分為實施評價和/或減緩措施和實施風(fēng)險預(yù)防和/或減緩措施兩個階段/環(huán)節(jié)。

2.3 識別管道泄漏對高后果區(qū)的影響

該章節(jié)名稱在2001版中是“識別高后果區(qū)”。2013版新增“管道運(yùn)行商應(yīng)在泄漏后果影響嚴(yán)重的重要區(qū)域優(yōu)先進(jìn)行管段檢驗、評價和維護(hù)”。2013版新增確定高后果區(qū)的邊界應(yīng)考慮的因素，包括可能泄漏介質(zhì)數(shù)量、泄漏介質(zhì)擴(kuò)散方式、高揮發(fā)性油品在土壤和空氣中擴(kuò)散程度、油品在地表聚集或流動、火災(zāi)或爆炸可能的人員傷害區(qū)域等。2013版新增識別位于高后果區(qū)外但可能對高后果區(qū)造成影響的管段，方法是模擬分析泄漏介質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入高后果區(qū)的場景。針對管道高后果區(qū)信息的應(yīng)用范圍，2013版和2001版差異見表1。

圖1 管道完整性管理流程Fig.1 Pipeline integrity management procedure

表1 管道高后果區(qū)信息的應(yīng)用范圍Tab.1 Application scope of pipeline high consequence areas information

2.4 數(shù)據(jù)收集、審查和整合

針對管道完整性管理所需的數(shù)據(jù)類型，2013版分為四類，2001版分為五類，見表2。

表2 管道完整性管理數(shù)據(jù)類型Tab.2 Data types of pipeline integrity management

2001版和2013版均列出了數(shù)據(jù)類型以及用于管道風(fēng)險評價的相關(guān)因素，差異如下：

（1）管道屬性。2001版中“設(shè)計運(yùn)行壓力和安全系數(shù)”，2013版變更為“最大運(yùn)行壓力MOP，最大穩(wěn)態(tài)運(yùn)行壓力MSSOP”。2001版中“閥門位置、試驗要求、閥關(guān)閉時間”，2013版變更為“閥門位置、類型和性能特性”。

（2）施工因素。2013版新增“涂層施工方法（管溝敷涂、工廠敷涂以及管道接頭現(xiàn)場敷涂）”“土壤電阻系數(shù)”。

（3）管道運(yùn)行參數(shù)和歷史記錄。2013版新增“體積流速”“閥門檢驗”“標(biāo)識”“緩蝕劑”“清管周期”“空中及地面巡線頻率”“公眾警示程序”“統(tǒng)一電話系統(tǒng)”和“開挖監(jiān)視政策”。

（4）管道完整性評價歷史記錄。2013版新增“直流電壓梯度檢測”“管中電流檢測”和“土壤電阻率調(diào)查”。

2.5 實施風(fēng)險評價

2001版定義管道風(fēng)險為導(dǎo)致泄漏事故發(fā)生概率和泄漏后果嚴(yán)重性的乘積，通過風(fēng)險評價方法得到一個風(fēng)險評估值，給出了好的風(fēng)險評價方法的特征、選擇風(fēng)險評價方法應(yīng)考慮的問題，以及計算風(fēng)險概率的變量。但未給出推薦的、明確的風(fēng)險評價方法。

2013版給出了4種普遍認(rèn)可的風(fēng)險評價方法，簡述如下：

（1）技術(shù)專家法。由專門從事管道完整性的技術(shù)專家負(fù)責(zé)，參與管道設(shè)計施工、腐蝕防護(hù)、檢驗檢測、維護(hù)管理等，亦參考相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和行業(yè)參考數(shù)據(jù)等。

（2）相對風(fēng)險值評價法。基于管道完整性數(shù)據(jù)、泄漏后果，研發(fā)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值計算，合理確定每項危險的加權(quán)危險系數(shù)，對比不同管段風(fēng)險值，稱為相對風(fēng)險值評價法。

（3）基于案例分析模型構(gòu)建導(dǎo)致泄漏事故因素的故障樹，并以此計算可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）概率分析法。考慮異常事件，例如管道運(yùn)行壓力超標(biāo)的概率和不確定性，根據(jù)概率最高的事件確定事故預(yù)防和改進(jìn)措施。

2.6 完整性評價

2.6.1 管道威脅因素

2013版根據(jù)國際管道研究委員會（PRCI）研究成果，參考美國機(jī)械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8S氣體管道威脅因素基于與時間是否相關(guān)的劃分方法，規(guī)定了危險液體管道威脅因素，該部分是2013版新增的重要內(nèi)容。

（1）與時間相關(guān)的威脅，應(yīng)定期評估和監(jiān)測外腐蝕、內(nèi)腐蝕、選擇性焊縫腐蝕（外部或內(nèi)部）、應(yīng)力腐蝕裂紋、循環(huán)應(yīng)力疲勞破壞。

（2）根據(jù)其內(nèi)部承壓、應(yīng)力疲勞情況，可能與時間相關(guān)的威脅包括：①制造缺陷（熱影響區(qū)造成的管子裂紋以及含硬點缺陷管子）；②施工缺陷（包括有缺陷環(huán)焊縫、對焊縫、彎頭、螺紋滑扣、管道斷裂和對管缺陷）；③機(jī)械損傷（以前損壞的管道后來引發(fā)故障或故意破壞）。

（3）與時間無關(guān)，屬于不可預(yù)測的隨機(jī)事件包括：①設(shè)備故障（包括O型墊圈、控制/泄壓設(shè)備故障、泵密封/填料故障等）；②機(jī)械損壞（瞬時故障或者惡意破壞）；③誤操作；④氣候和外力（寒冷氣候、雷電、暴雨或洪水，以及地表運(yùn)動）。

2.6.2 內(nèi)檢測工具

2001版中管道內(nèi)檢測技術(shù)較簡略，包括金屬損失工具（腐蝕檢測工具）、裂紋檢測工具和幾何工具等。目前美國長輸管道內(nèi)檢測已形成專業(yè)化、成熟的產(chǎn)品和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[7]，2013版新增了美國內(nèi)檢測標(biāo)準(zhǔn)以及智能清管器檢驗標(biāo)準(zhǔn)，例如NACE SP 0102、API 1163、ASNT ILI-PQ等，新型內(nèi)檢測包括漏磁檢測工具（MFL）、超聲波探傷（UT）、幾何工具和管道徑向檢定工具等。

2013版修改了管道內(nèi)檢測結(jié)果的響應(yīng)策略，其中嚴(yán)重和緊急威脅要求管道運(yùn)營商立即采取措施，例如開挖管道進(jìn)行維修，或者降低運(yùn)行壓力等，在2001版中要求30天內(nèi)對內(nèi)檢測結(jié)果響應(yīng)，這是重要變更內(nèi)容。須立即響應(yīng)的情形包括以下幾點：①不考慮管徑尺寸，金屬損失量大于80%管道公稱壁厚；②基于金屬損失量，計算管道剩余強(qiáng)度，預(yù)測管道破裂壓力值〔適用的管道剩余強(qiáng)度計算方法包括但不僅限于美國機(jī)械工程師協(xié)會（ASME）B31G〕小于1.1倍的由于異常瞬變事件產(chǎn)生的最大瞬變壓力值，或者不確定最大瞬變壓力值小于1.1倍的根據(jù)異常工況建立的最大操作壓力MOP；③任何可能產(chǎn)生裂紋的凹坑（不論位于任何時鐘位置）；④任何含有應(yīng)力增加跡象的凹坑（位于管道4點和8點時鐘位置）；⑤深度大于公稱管徑6%，位于管道頂部的凹坑（位于管道4點和8點時鐘位置）。

2.6.3 水壓試驗

2013版新增按照API 1110進(jìn)行壓力試驗，適用于與時間相關(guān)的缺陷評價，規(guī)定了與內(nèi)檢測技術(shù)結(jié)合使用評價腐蝕狀況應(yīng)注意的問題、再次試壓周期以及適用范圍等，例如，如果裂紋失效壓力較大，在較低試驗壓力下（試驗壓力一般應(yīng)大于或者等于1.25倍的管道最大運(yùn)行壓力值，持續(xù)時間4～8 h）難以發(fā)現(xiàn)較深的異常凹坑等。

2.6.4 其他完整性評價方法

除內(nèi)檢測技術(shù)和水壓試驗方法，2013版新增外腐蝕、內(nèi)腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂直接評價技術(shù)，以及超聲導(dǎo)波技術(shù)、外觀檢查、無損探傷、超聲波檢測、磁粉探傷、液體滲透檢驗等其他無損檢測評價方法。

2.6.5 修復(fù)策略

2001版規(guī)定管道修復(fù)建議參考《管道不停輸修復(fù)手冊/Pipeline In-service Repair Manual》，2013版更新為ASME B31.4—2009《液體和泥漿管道輸送系統(tǒng)》，新增低頻電阻焊、直流電阻焊、閃光焊焊縫修復(fù)選項等。

2.7 再評價周期

2001版規(guī)定了初次檢測，以及按照外腐蝕、內(nèi)腐蝕和壓力循環(huán)導(dǎo)致缺陷發(fā)展確定檢測周期的方法，腐蝕缺陷一般可通過內(nèi)檢測和響應(yīng)修復(fù)方法解決，如內(nèi)檢測不能確定的缺陷，水壓試驗周期應(yīng)根據(jù)缺陷的生長速率確定。

2013版對再評價周期進(jìn)行了整體性修改，建立了半定量經(jīng)驗評價方法，分別定義“裂紋異常增長速率”“疲勞裂紋擴(kuò)展速率”物理量，據(jù)此建立基于缺陷增長率的故障壓力/最大運(yùn)行壓力與響應(yīng)時間的關(guān)系曲線圖，再次評估的時間間隔應(yīng)為發(fā)生故障之最短計算時間的1/2或1/4，或者更短。

2.8 保障管道完整性的措施

針對預(yù)防第三方破壞的措施，2013版和2001版差異見表3，其中DIRT是美國埋地管道聯(lián)合委員會研發(fā)的分析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，統(tǒng)計了幾年來美國管道系統(tǒng)機(jī)械損傷的類型、財產(chǎn)損失等信息，可為管道運(yùn)營商提供最有效、最適宜的預(yù)防第三方破壞的措施和技術(shù)。針對腐蝕控制、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急響應(yīng)和降低運(yùn)行壓力，2001版和2013版基本一致。

表3 預(yù)防第三方破壞的措施Tab.3 The precaution measurement for the third party demage

2.9 泵站和管道系統(tǒng)的完整性管理

API Std 1160主要針對管道干線完整性管理，2001版中站場完整性管理比較簡略，未明確規(guī)定泵站、儲罐和管道系統(tǒng)的完整性管理的要素、理念和技術(shù)路線等，僅局限于設(shè)備數(shù)據(jù)收集、腐蝕控制和泄漏檢測等。美國站場完整性管理主要參照API RP 2611—2011《在役運(yùn)行的終端轉(zhuǎn)運(yùn)油庫管道系統(tǒng)的檢驗》。2013版新增了小管徑管道系統(tǒng)（指管徑小于50 mm的儀表管線、控制系統(tǒng)管線等）、盲管段、放空管線、污水排放管線的腐蝕特性，例如接觸腐蝕、保溫層滲水腐蝕、土壤-空氣界面腐蝕，以及預(yù)防冰堵的措施，并規(guī)定了適用于站場管道系統(tǒng)的檢測技術(shù)。

3 結(jié)束語

新版API Std 1160—2013集中反映了美國管道完整性管理的技術(shù)進(jìn)展，在管道完整性管理流程、管道泄漏對高后果區(qū)影響、數(shù)據(jù)收集、風(fēng)險評價方法、管道風(fēng)險因素識別、管道內(nèi)檢測結(jié)果響應(yīng)、預(yù)防第三方破壞措施，以及站場完整性管理等方面進(jìn)行了更新和增補(bǔ)。近年來中國石油頒布了Q/SY 1180《管道完整性管理規(guī)范》系列標(biāo)準(zhǔn)，通過借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)理念，對于改進(jìn)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。考慮我國石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6648—2006《危險液體管道的完整性管理》采標(biāo)版本為API Std 1160—2001，年代較久遠(yuǎn)，國外管道完整性管理技術(shù)發(fā)展較快，本文研究了新版API Std1160—2013標(biāo)準(zhǔn)重要技術(shù)性變更，建議針對SY/T 6648—2006進(jìn)行更新修訂。