史 航

中國石油天然氣管道工程有限公司

《油氣輸送管道完整性管理規范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“完整性規范”）作為管道管理的先進(jìn)理念和最佳實(shí)踐方法，涵蓋管道建設、運營(yíng)至報廢的整個(gè)生命周期過(guò)程。管道建設階段從規劃設計開(kāi)始，運用各項技術(shù)手段，將一項管道工程從設想（設計文件）通過(guò)施工變?yōu)楝F實(shí)的管道設施。油氣管道的基本屬性如管徑、管材、輸送壓力和溫度、敷設方式、長(cháng)度、所經(jīng)地區、穿跨越工程、管道站場(chǎng)設置、控制水平等等，都是經(jīng)設計確定的，設計不僅決定了管道建設條件的難易，也決定了運營(yíng)維護條件的優(yōu)劣。因此，為管道工程做出科學(xué)合理、高質(zhì)量的設計，是管道本質(zhì)安全的基礎，也是管道完整性管理的第一步。

本文結合管道設計工作，談一下如何在設計中考慮管道完整性管理的問(wèn)題。

1 完整性規范對設計方面的要求

1.1 一般要求

完整性規范第4章對設計提出了基本（一般）的要求：“完整性管理應貫穿管道全生命周期，包括設計、采購、施工、投產(chǎn)、運行和廢棄等各階段”（4.1條），“新建管道的設計、施工和投產(chǎn)應滿(mǎn)足完整性管理的要求”（4.2條）。設計作為管道項目的謀劃階段，也是管道完整性管理的開(kāi)始，該階段對管道的安全、質(zhì)量至關(guān)重要，是完整性管理的基礎。所以要求管道的設計必須滿(mǎn)足完整性管理的要求。規范中對設計階段的數據采集、高后果區識別、風(fēng)險評價(jià)都提出了要求，并要求“積極采用新技術(shù)”（4.7條），當然也包括設計的新技術(shù)。

1.2 數據采集與整合

數據采集是完整性管理的第一步。完整性規范規定：“數據采集與整合工作應從設計期開(kāi)始，并在完整性管理全過(guò)程中持續進(jìn)行”（4.3條）�！皯�明確管道全生命周期不同階段需采集數據的種類(lèi)和屬性，并按照源頭采集的原則進(jìn)行采集”（5.1.1.1條）�！皵祿�來(lái)源包括設計、采購、施工、投產(chǎn)、運行、廢棄等過(guò)程中產(chǎn)生的數據，還包括管道測繪記錄、環(huán)境數據、社會(huì )資源數據、失效分析、應急預案等”（5.1.1.2條）�！肮艿栏木�(xiàn)時(shí)，應測量新的中心線(xiàn)，并及時(shí)進(jìn)行數據更新”（5.1.3.1.3條）。以上條文，強調了作為管道基礎數據來(lái)源——設計的重要性。

設計數據在建設階段是不斷完善的，完善之后需要向運營(yíng)單位提交�！霸谠囘\行之前，管道建設單位應將管道設計資料、中心線(xiàn)數據、施工記錄、評估報告、相關(guān)協(xié)議等管道數據提交給運營(yíng)單位”（5.2.1條）�！皯�采用結構化的實(shí)體數據模型，實(shí)現全生命周期數據的管理和有效維護”（5.3.2條）�！皯�采取管理措施確保數據精度和時(shí)效性”（5.3.5條）。從以上看出，設計在各階段（至投產(chǎn)交付）都有具體的數據采集與整合的任務(wù)。

1.3 高后果區識別

高后果區識別是完整性管理的第二步。首先是設計階段的高后果區識別：“在建設期開(kāi)展高后果區識別，優(yōu)化路由選擇。無(wú)法避繞高后果區時(shí)應采取安全防護措施”（4.4條），“建設期識別出的高后果區應作為重點(diǎn)關(guān)注區域。試壓及投產(chǎn)階段應對處于高后果區管段重點(diǎn)檢查，制定針對性預案，做好沿線(xiàn)宣傳并采取安全保護措施”（6.3.1條），“地區發(fā)展規劃足以改變該地區現有等級時(shí)，管道設計應根據地區發(fā)展規劃劃分地區等級”（6.3.4條）。設計人員掌握管道沿線(xiàn)詳細的自然、人文、評價(jià)等各類(lèi)資料，劃分地區等級、識別高后果區是管道線(xiàn)路設計的工作之一，設計中采取合理的技術(shù)應對措施，對管道運營(yíng)安全起到保障作用。

1.4 風(fēng)險評價(jià)

“應在設計階段和施工階段進(jìn)行危害識別和風(fēng)險評價(jià)，根據風(fēng)險評價(jià)結果進(jìn)行設計、施工和投產(chǎn)優(yōu)化，規避風(fēng)險；設計與施工階段的風(fēng)險評價(jià)宜參考或模擬運行條件進(jìn)行”（7.1.2條）。這一條非常重要，設計在施工之前，能夠首先識別出各段管道的危害和風(fēng)險，就能做出針對性地設計，采取技術(shù)措施規避風(fēng)險。

“建設期各階段的風(fēng)險評價(jià)宜作為各階段工作成果的評估依據之一。在風(fēng)險評價(jià)報告所提出的風(fēng)險消減措施應得到有效落實(shí)”（7.3.3.6條），“應對提出的風(fēng)險消減措施建議的有效性進(jìn)行分析”（7.3.8.2條），“如未滿(mǎn)足風(fēng)險可接受標準，應改進(jìn)管道完整性管理活動(dòng)或改進(jìn)管道設計施工管理活動(dòng)”（7.4.3條）。以上各條均包含對設計的要求。

1.5 運營(yíng)階段完整性管理需要設計的配合

完整性評價(jià)、風(fēng)險削減與維修維護、效能評估這些完整性管理工作（完整性規范第8、9、10章）雖然以運營(yíng)單位為主，但設計單位作為技術(shù)服務(wù)與咨詢(xún)部門(mén)，可以且有能力參與這些工作，持續地為管道的完整性管理服務(wù)。比如管道需要改造、維護時(shí)，也需要進(jìn)行設計，設計單位就要根據規范的要求、業(yè)主的需求，做出完善的設計，達到完整性管理的要求。

從以上幾方面看出，完整性規范對管道設計做出了多項要求，這些新的要求是全面提高我國油氣管道設計、建設、管理水平的需要。管道設計人員必須認識到，管道設計不能僅“滿(mǎn)足設計規范”，同時(shí)要符合完整性規范要求。設計時(shí)考慮長(cháng)遠了，設計站位高了，設計質(zhì)量也就提高了。

2 貫徹執行完整性規范的幾項重要工作

2.1 設計階段的數據采集與整合

2.1.1 線(xiàn)路數據的質(zhì)量

規劃設計階段根據介質(zhì)性質(zhì)、輸送量、輸送距離等計算分析得出管徑、壓力、溫度等工藝參數。參數與資源、市場(chǎng)、管線(xiàn)或管網(wǎng)特征等條件關(guān)聯(lián)度大，基于大量的管道水力計算與分析的經(jīng)驗，數據的準確性是較好的。

管道線(xiàn)路與管道長(cháng)度、經(jīng)過(guò)地區的人口密度、沿線(xiàn)的地形地質(zhì)條件、經(jīng)過(guò)河流山體等障礙物的情況密切相關(guān)，包含了復雜的自然和社會(huì )因素，對完整性管理來(lái)說(shuō)是重點(diǎn)。線(xiàn)路選線(xiàn)需要設計人員秉持認真科學(xué)的態(tài)度，深入現場(chǎng)實(shí)地勘查，廣泛收集資料，線(xiàn)路數據的質(zhì)量就好。

舉一例子：某管道穿過(guò)山區，管道若爬山敷設，給施工和后期運營(yíng)管理帶來(lái)困難，投資也較高，并存在地質(zhì)災害的風(fēng)險。若從山間谷地中穿過(guò)，埋設容易、投資少，但谷地內人口較密集，屬于高后果區，存在第三方損害的風(fēng)險。受青島輸油管道泄漏爆炸事故的影響，地方政府、企業(yè)和設計單位均不愿讓管道穿越人口密集區，而采取管道經(jīng)過(guò)城鎮外圍的山區，或經(jīng)過(guò)人口分布最少的地帶，這樣選擇的線(xiàn)路可以說(shuō)數據質(zhì)量較好。

目前對設計文件的審查，主要集中在工藝、自動(dòng)控制、建筑等專(zhuān)業(yè)，對于線(xiàn)路方案審查較少，如果設計文件上沒(méi)有標明通過(guò)敏感地區，專(zhuān)家們一般看不出問(wèn)題。因此，一些管道項目的線(xiàn)路設計質(zhì)量不好，比如：沿線(xiàn)的城鎮規劃、敏感目標調研不夠造成遺漏，復雜地區的管道線(xiàn)路從地圖上一筆劃過(guò)，缺少隧道、穿越、建構筑物和經(jīng)濟作物賠償量，概算投資偏少等，這就給后續設計和建設造成很大難度，施工中可能會(huì )大量改線(xiàn)，不滿(mǎn)足管道完整性管理的數據要求。

2.1.2 設計數據要根據施工改動(dòng)及時(shí)修改

目前我國城鄉建設發(fā)展很快，城鎮規劃區不斷擴大，農林牧漁和旅游項目遍地開(kāi)花，給管道路由選擇帶來(lái)很大難度。土地使用者對于管道通過(guò)普遍不予支持。設計中征求地方各部門(mén)的意見(jiàn)一般只能取得“原則同意”的批復，施工時(shí)由于村民不同意、賠償要價(jià)太高等原因，已設計好的線(xiàn)路會(huì )出現較多的改線(xiàn)，若設計不能根據改線(xiàn)的調整及時(shí)做出施工圖，管道采集的數據就不是真實(shí)的，不真實(shí)的數據將直接影響管道完整性管理。

完整性規范中考慮到線(xiàn)路數據的準確性（見(jiàn)上述4.3條、5.1.3.1.3款），但具體實(shí)施還存在問(wèn)題�！队蜌忾L(cháng)輸管道工程施工及驗收規范》（GB 50369-2014）規定：“管道下溝后應對管頂標高進(jìn)行測量，直線(xiàn)段應每100 m測一點(diǎn)，曲線(xiàn)段可對起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行測量”（第12.1.7條）。該規范僅要求測量管頂標高，而且直線(xiàn)段100 m測一點(diǎn)、曲線(xiàn)段僅測量3點(diǎn)，數據太少，更主要的是缺少“管頂三維坐標數據”。完整性規范附錄B中要求給出沿線(xiàn)管道各控制點(diǎn)（中線(xiàn)樁位）的坐標和高程，而控制點(diǎn)之間每隔一段距離（比如每道焊口或間隔2、3道焊口）還應該在下溝后（回填之前）進(jìn)行焊口管頂的三維坐標數據的準確測量，才能夠保持管道中線(xiàn)數據的準確。

目前普遍發(fā)現管道竣工圖的中線(xiàn)數據不準確，缺少管頂現場(chǎng)三維數據的專(zhuān)業(yè)測量是主要原因，而后期運營(yíng)管理中的中線(xiàn)數據測量只能用探管設備（雷迪）+部分開(kāi)挖驗證，其數據的精度相比直接測量誤差大得多。近期施工的中俄原油二線(xiàn)等工程要求下溝階段進(jìn)行管頂三維坐標測量，是一種很好的方法。

2.2 線(xiàn)路選擇需關(guān)注風(fēng)險點(diǎn)與高后果區

根據沿線(xiàn)各類(lèi)評價(jià)資料和數據，以現場(chǎng)的實(shí)際條件，按照完整性規范劃定地區等級，確定特定場(chǎng)所，編制高后果區識別報告，應該是比較容易的。難點(diǎn)在于沿線(xiàn)未來(lái)發(fā)展規劃的不確定性和掌握程度，在無(wú)規劃時(shí)，設計人員應能夠對當地的城鎮發(fā)展作出比較準確的預判，以避免將來(lái)發(fā)生管線(xiàn)被占壓和演變?yōu)楦吆蠊麉^。這樣編制出的設計文件才稱(chēng)得上高水平。

2.3 做好管道安全設施設計

完整性規范提出了設計階段要進(jìn)行“管道安全設施設計”，提交有關(guān)安全監管機關(guān)審查，主要就是危害識別、風(fēng)險評價(jià)、風(fēng)險規避或削減措施。管道安全設施設計有規定的編制大綱和要求，關(guān)鍵要結合各項目的沿線(xiàn)具體條件，分段、逐個(gè)敏感點(diǎn)認真做出危害識別，對識別出的危害進(jìn)行科學(xué)分析評價(jià)，確定風(fēng)險大小、級別，并采取切實(shí)可行的、效果良好的技術(shù)措施，提出運營(yíng)維護中的建議。

3 對管道完整性管理工作的幾點(diǎn)建議

（1）管道完整性管理應從設計抓起

設計階段定義了管道的基本參數，將管道路由確定在各種不同的環(huán)境之內，設計質(zhì)量直接關(guān)系到施工條件的難易，運營(yíng)管理中保護、維護、調度、搶修等條件的完善程度，因此，完整性管理應從工程的源頭——設計抓起，為管道整個(gè)生命周期內各項完整性管理活動(dòng)奠定基礎。

管道企業(yè)（業(yè)主）應關(guān)注前期的工程規劃、設計，抓好各階段的設計評審，管道設計不僅要符合規范標準要求，達到技術(shù)可行、經(jīng)濟合理，還應滿(mǎn)足合規性，管道的抗風(fēng)險能力要足夠強，對周邊居民和環(huán)境造成的潛在風(fēng)險相對最小，并從各種運營(yíng)、保護條件方面保證設計方案的可靠性。

（2）選線(xiàn)等應作為完整性管理的重點(diǎn)

管道線(xiàn)路路由、站址一旦確定下來(lái)，并經(jīng)過(guò)國家要求的規劃選址、土地預審、各項評價(jià)，即便是路由和某些站址不優(yōu)化，甚至存在風(fēng)險，但核準、備案完成后基本就不可改變了。所以，業(yè)主和設計單位要將管道選線(xiàn)（包括敏感區、高后果區路由走向）、站場(chǎng)選址（包括截斷閥選址）作為設計階段關(guān)注的重點(diǎn)，聯(lián)合組織專(zhuān)家認真審核把關(guān)，使方案相對最優(yōu)，達到放心的程度，后期的完整性管理工作就會(huì )順暢很多。

（3）應重視施工變更和施工質(zhì)量控制

施工階段往往由于用地、賠償等因素被迫改線(xiàn)，造成管道線(xiàn)路坐標、穿越、地理條件、用地條件等發(fā)生變化，如開(kāi)挖施工改為定向鉆穿越等。改線(xiàn)后，按程序應編制“改線(xiàn)段施工圖”和變更的相關(guān)文件，但由于施工時(shí)機等原因，往往在變更設計之前就已經(jīng)施工了，這是造成管道基本數據不準確的主要原因。施工階段質(zhì)量對管道本質(zhì)安全影響很大。如施工質(zhì)量差，監理不到位，將給管道留下隱患�，F在經(jīng)常遇到的補口質(zhì)量不好、埋深不足、管體凹坑、管內雜質(zhì)多、地貌恢復不好、水工保護質(zhì)量差等問(wèn)題，留給運營(yíng)單位許多矛盾和需要整改的問(wèn)題，最終影響完整性管理工作的開(kāi)展。業(yè)主單位應明確施工、監理單位的質(zhì)量責任，采取切實(shí)措施加強各工序的質(zhì)量監督，完善檢驗手段，保證施工質(zhì)量。

（4）發(fā)揮設計在完整性管理中咨詢(xún)服務(wù)作用

設計單位可以為完整性管理工作提供各種技術(shù)服務(wù)，除了管道的改造、擴建的工程設計之外，還包括數據測量、數據恢復、高后果區復查、地區等級升高段勘測、含缺陷管段的評估與修復、新建工程和設施對管道的影響評估、管道保護設施加強、新技術(shù)在運營(yíng)管道上的應用等。北美、歐洲的工程公司新建管道的設計任務(wù)并不多，為管道運營(yíng)提供技術(shù)支持是最多的業(yè)務(wù)。在我國管道建設速度減緩后，完整性管理工作將成為管道設計單位的主要工作方向。

（作者：中國石油天然氣管道工程有限公司副總工程師，全國工程勘察設計大師）

《管道保護》2017年第2期（總第33期）