付勇 陳宏健 李冰 付軍 朱世豪
(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司;3.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司)
2013年青島“11.22”特大輸油管道爆炸事故發(fā)生后,油氣管道的安全性受到政府和公眾的極大關(guān)注,石油石化企業(yè)也在不斷加強(qiáng)油氣管道管理,努力確保生產(chǎn)安全。截至2017年底,中國(guó)石油天然氣股份有限公司(簡(jiǎn)稱中國(guó)石油)油氣田管道總長(zhǎng)度已經(jīng)超過了30.0×104km,其中,使用年限10年以上的管道為 11.5×104km,占管道總長(zhǎng)度的 36%,部分管道處于極端地理環(huán)境或輸送高壓、酸性等危險(xiǎn)介質(zhì),這些都造成了較大的、潛在的安全隱患。
管道完整性管理是指管理者根據(jù)最新信息,對(duì)管道運(yùn)營(yíng)中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià),并不斷采取針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施,將風(fēng)險(xiǎn)控制在合理、可接受的范圍內(nèi),使管道始終處于可控狀態(tài),預(yù)防和減少事故發(fā)生,為其安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障[1-2]。管道完整性管理是近年來發(fā)展成熟并在油氣長(zhǎng)輸管道和煉廠等相似領(lǐng)域得到成功應(yīng)用的一種管理方法。2014年,中國(guó)石油首次在油氣田開展管道完整性管理探索和實(shí)踐,逐漸形成了一套發(fā)展成熟并得到成功應(yīng)用的油氣田管道完整性管理做法,并取得了顯著成效。
油氣田管道點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、數(shù)量龐大,敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜。管道類型多樣,主要包括油氣集輸管道、凈化油氣管道、供水管道、污水管道、注水管道等多達(dá)數(shù)十種。管道規(guī)格不一,工藝參數(shù)差異大,輸送距離相對(duì)較短,管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,呈網(wǎng)狀、條狀、枝狀分布。另外,油氣田管道輸送介質(zhì)復(fù)雜,大多數(shù)管道存在如 H2S、Cl-等危害因素,且具有高溫、高壓等特點(diǎn)[3]。
與長(zhǎng)輸管道不同,油氣田管道輸送介質(zhì)及周邊環(huán)境均較為復(fù)雜,腐蝕較為嚴(yán)重,各區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)差異較大,風(fēng)險(xiǎn)管理難度大。同時(shí),由于油氣田管道總里程較長(zhǎng),實(shí)施完整性管理面臨較大的成本壓力。此外,對(duì)于直徑較小的集輸管道,無法開展內(nèi)檢測(cè),且介質(zhì)及流態(tài)復(fù)雜,內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)難度大。
面對(duì)諸多挑戰(zhàn),中國(guó)石油在缺乏系統(tǒng)完整的解決方案,且無成熟案例可借鑒,更無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)體系做支撐的情況下,在油氣田上首次全面開展了管道完整性管理工作。
針對(duì)油氣田管道的特點(diǎn)和存在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),中國(guó)石油以完整性管理試點(diǎn)工程為切入點(diǎn),配套開展科研攻關(guān),制定了《油氣田管道完整性管理規(guī)定》,明確了油氣田管道完整性管理原則、目標(biāo)、職責(zé)、工作流程等核心內(nèi)容,形成了一套以分類分級(jí)管理為基礎(chǔ)、風(fēng)險(xiǎn)管理為核心、區(qū)域管理為手段、日常維護(hù)管理為支撐的油氣田管道完整性管理做法。
油氣田管道完整性管理工作流程包括數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、檢測(cè)評(píng)價(jià)、維修維護(hù)、效能評(píng)價(jià)5個(gè)環(huán)節(jié)。首先對(duì)全部管道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并進(jìn)行高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),篩選出高后果區(qū)管道和高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)管道(“雙高”管道);然后根據(jù)主控風(fēng)險(xiǎn)因素,確定“雙高”管道的檢測(cè)評(píng)價(jià)內(nèi)容,通過檢測(cè)評(píng)價(jià)分析管道的腐蝕狀況,對(duì)于腐蝕較嚴(yán)重的管道需制定維修維護(hù)方案,修復(fù)后要進(jìn)行效能評(píng)價(jià),確保管道修復(fù)完整。工作流程見圖1。
圖1 油氣田管道完整性管理工作流程
分類管理有利于按類實(shí)施不同的管理策略,針對(duì)油氣田管道復(fù)雜多樣的特點(diǎn),采用不同的檢測(cè)技術(shù)與評(píng)價(jià)方法。分級(jí)管理能按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高低明確工作重點(diǎn),是解決油氣田管道龐大的規(guī)模與有限的資金及人力資源之間矛盾的有效方法。
2.1.1 管道分類
按照介質(zhì)類型、壓力等級(jí)和管徑等因素,將管道劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類管道。管道分類方法見表1。
表1 油氣田管道分類
2.1.2 管道風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)
管道風(fēng)險(xiǎn)=失效概率×失效后果,管道失效概率主要考慮運(yùn)行年限、穿孔次數(shù)、陰極保護(hù)方式等因素,失效后果主要考慮輸送介質(zhì)、敷設(shè)方式、埋設(shè)地類、管道類別、管道規(guī)格等因素。其中,敷設(shè)方式、埋設(shè)地類根據(jù)輸送介質(zhì)分別從安全和環(huán)境影響兩方面評(píng)價(jià)失效后果,管道類別、管道規(guī)格主要從對(duì)生產(chǎn)的影響角度評(píng)估失效后果。按照風(fēng)險(xiǎn)大小可將管道劃分為高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)、中風(fēng)險(xiǎn)級(jí)和低風(fēng)險(xiǎn)級(jí)三個(gè)等級(jí)。管道風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法見圖2。
圖2 油氣田管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣
2.2.1 Ⅰ類管道
對(duì)于Ⅰ類管道,推薦采用半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,必要時(shí)開展定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)或地質(zhì)災(zāi)害、第三方破壞等專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。Ⅰ類管道高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作應(yīng)每年開展1次,并形成《高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)報(bào)告》。如發(fā)生管道改線、周邊環(huán)境重大變化時(shí),應(yīng)及時(shí)開展識(shí)別并更新識(shí)別結(jié)果。
2.2.2 Ⅱ類管道
對(duì)于Ⅱ類管道,推薦采用半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上,開展高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),重點(diǎn)對(duì)其高后果區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)段實(shí)施有針對(duì)性的檢測(cè)評(píng)價(jià),并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及時(shí)采取維修維護(hù)措施,使風(fēng)險(xiǎn)處于可控狀態(tài)。
2.2.3 Ⅲ類管道
對(duì)于Ⅲ類管道,推薦采用區(qū)域高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,突出失效統(tǒng)計(jì)分析、腐蝕分析、區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)類比分析等內(nèi)容。該類管道的完整性管理以加強(qiáng)日常維護(hù)管理為主要手段,重點(diǎn)抓好區(qū)域腐蝕控制。
主要根據(jù)管道的材質(zhì)、建設(shè)年限、介質(zhì)類型、服役環(huán)境、運(yùn)行條件和腐蝕規(guī)律等方面的相似性劃分區(qū)域,以區(qū)域?yàn)閱卧_展高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及腐蝕控制等工作,提高工作效率和經(jīng)濟(jì)性。
日常維護(hù)管理是油氣田管道完整性管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容,也是減緩風(fēng)險(xiǎn)的一種有效手段。完整性管理理念應(yīng)融入到日常管理中,重點(diǎn)是要做好管道腐蝕控制、管道巡護(hù)、第三方管理、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防等工作。在強(qiáng)化日常維護(hù)管理的基礎(chǔ)上,根據(jù)管道分類,采取差異性的數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)管理、檢測(cè)評(píng)價(jià)和維修策略,達(dá)到提升本質(zhì)安全和節(jié)約資金投入的最佳平衡。
2015—2018年,中國(guó)石油上游板塊開展了油氣田管道完整性管理試點(diǎn)工程,探索油氣田管道完整性管理模式。2015年,試點(diǎn)“管道檢測(cè)評(píng)價(jià)和修復(fù)技術(shù)”;2016年,試點(diǎn)“全流程完整性管理”;2017年,試點(diǎn)“全生命周期、全區(qū)塊和全流程完整性管理”理念與方法;2018年,基于“全生命周期、全區(qū)塊和全流程完整性管理”理念培育示范工程。
通過試點(diǎn)工程,全面實(shí)踐和檢驗(yàn)了油氣田管道完整性管理理念,有效驗(yàn)證了“五步法”完整性管理工作流程在上游板塊的適用性和可操作性,掌握了管道各種檢測(cè)技術(shù)和修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)和適用性,總結(jié)形成了適合中國(guó)石油生產(chǎn)特點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)、合理、可行的管道檢測(cè)修復(fù)技術(shù)方法。建立了涵蓋數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、檢測(cè)評(píng)價(jià)、維修維護(hù)、效能評(píng)價(jià)等方面的完整性管理技術(shù)體系框架,攻克了油氣管道高后果區(qū)識(shí)別、定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、管道失效識(shí)別與統(tǒng)計(jì)、外腐蝕直接評(píng)價(jià)、換管維修、外夾套修復(fù)、局部修補(bǔ)、陰極保護(hù)、涂層防護(hù)、緩蝕劑防腐等12項(xiàng)技術(shù)。技術(shù)體系框架見圖3。
圖3 油氣田管道完整性管理技術(shù)體系框架
通過開展油氣田管道完整性管理試點(diǎn)工程,修復(fù)管道缺陷3萬多處,管道失效率平均降低30%以上,管道使用壽命平均延長(zhǎng)10年,減少管道維護(hù)工作量1/3,消減了存在的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。投入產(chǎn)出比較高,2015—2017年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益近6.4×108元,取得了顯著的成效。
針對(duì)油氣田管道的特點(diǎn)和存在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),中國(guó)石油率先在油氣田開展了管道完整性管理工作,力爭(zhēng)做到由事后被動(dòng)維修轉(zhuǎn)變?yōu)榛陲L(fēng)險(xiǎn)的完整性管理。經(jīng)過幾年的不斷探索和實(shí)踐,中國(guó)石油逐漸形成了一套發(fā)展成熟并得到成功應(yīng)用的油氣田管道完整性管理做法。
目前,還存在小口徑管道智能內(nèi)檢測(cè)、含硫天然氣管道高后果區(qū)識(shí)別、非金屬管道完整性檢測(cè)及評(píng)價(jià)等完整性管理技術(shù)難題需要解決。今后,需要不斷探索和完善油氣田管道完整性管理理論和技術(shù)方法,并采取經(jīng)濟(jì)有效的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施,將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍內(nèi),降低管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和維護(hù)費(fèi)用,使完整性管理工作成為提升油氣田管道本質(zhì)安全的重要手段。