埋地钢质管道风险评估技术体系研究与工程示范

陶雪荣

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

埋地钢质管道风险评估技术体系研究与工程示范

陶雪荣

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

“埋地钢质管道风险评估技术体系研究与工程示范”针对20世纪末困扰政府安全监察、企业安全生产的瓶颈性技术难题，在“十五”国家科技攻关计划和自然科学基金仪器专项的支持下，在10多家单位、70多名科技人员的共同努力下，历时9多年，建立了具有完全自主知识产权的埋地钢质管道风险评估和腐蚀防护检测技术的工程方法，开发了具有发明专利的管道探测设备，为从根本上扭转疲于堵漏抢险、无奈盲目更新的高成本、低成效的被动式管理局面，提供了急需技术和方法手段。该成果2009年获国家安监总局第四届安全生产科技成果一等奖，本文以该成果推荐书为基础，综述了项目背景、成果及其应用情况。

埋地管道 风险评估 不开挖检测 技术体系 工程应用

1 立项背景

埋地管道是国民经济、人民生活的重要基础设施，是国家重大生命线。用于输油输气的埋地管道主要有长输管道、集输管道和燃气管网，以钢质管道为主，主要失效模式是腐蚀，普遍采取防腐层＋阴极保护的腐蚀防护措施，以延长寿命、保障安全。此类设施一旦发生事故，经济损失惨重、社会影响恶劣、环境污染严重。如：2003年12月19日，兰成渝管线发生泄漏，致使停输14小时，附近的宝成铁路中断运行近6小时，近百对列车被阻，108国道被迫封锁，公路运输中断，附近的清江河水石油类物质超标7951倍。因此，各国政府普遍采取强制性的监管措施，推行风险管理，要求企业定期向社会公告风险控制措施，以腐蚀防护状况检测和腐蚀评价为核心的定期检验制度已经形成，并纳入了法制化、规范化轨道，同时也拉动了检测监测技术的发展、能力的形成。我国政府也在向此方向推进。

截止到2007年，我国埋地钢质管道经过30多年的发展，已拥有长输管道5万公里、集输管道30万公里、燃气管网9万公里。这些管道尤其是老管道，总体来说，施工质量问题多、技术档案不全、腐蚀情况不清、具体位置不明、检验制度缺乏、检测方法空白、检测设备进口。对于企业，安全管理水平普遍处于疲于堵漏抢险、无奈盲目更新的高成本、低成效的被动局面；对于政府，亟待摸清管道安全状况，建立和推行科学合理、经济有效的监管措施和技术规范。

实施动态风险管理与控制，是科学合理、经济有效地保障埋地管道安全生产的必由之路。针对我国实际情况，推行埋地钢质管道风险管理的必要技术条件至少包括：1）符合国情的风险评估工程方法；2）腐蚀防护系统工程检测方法（尤其是不开挖检测评价方法）；3）经济适用高效可靠的管道探测设备；4）准确掌握失效模式及影响因素等。因此，围绕埋地钢质管道风险评估技术体系的建立和实施，开展技术配套、重点突出的系统性科学研究和工程示范，提高安全技术水平，意义重大。

2 总体思路

研究、建立和实施符合本国国情的埋地管道风险评估技术体系，是科学合理、经济有效地保障国家重大生命线安全的必由之路。根据埋地钢质管道的技术特点、主要失效模式，面对我国埋地钢质管道的现状和安全生产与安全监管中的突出技术问题，要想对我国埋地管道实施现代风险管理，变被动抢险、盲目更新为主动预防、科学维护，除了建立符合国情的埋地钢质管道风险评估工程方法以外，还必需具有埋地管道腐蚀防护不开挖检测技术和能力、具有埋地管道位置走向探测技术和能力、全面系统掌握埋地管道的失效模式和影响因素。

本成果以科学、经济、合理地保障埋地钢质管道安全为目的，针对我国埋地钢质管道的现状和政府安全监管、企业安全生产中存在的突出问题，围绕风险评估技术体系的建立和实施，由埋地钢质管道风险评估工程方法、支撑风险评估的3项核心技术（腐蚀防护状况不开挖检测技术、埋地管道位置走向探测技术、失效模式及影响因素分析）和对研究建立风险评估技术体系起到明确研究方向作用的“我国城市燃气埋地管道技术调研分析”组成，来源于“十五”国家科技攻关计划和自然科学基金仪器专项的6项核心成果：1）城市燃气埋地钢质管道风险评估工程方法；2）埋地钢质管道腐蚀防护系统不开挖检测评价方法；3）埋地钢质管道腐蚀防护工程检验方法；4）管线探测雷达的研究与开发；5）城市燃气埋地钢质管道失效模式及影响因素分析；6）城市燃气埋地管道技术调研和分析，是紧密相关、综合集成、系统配套的有机整体，详见图1、图2。

3 主要成果

本成果系统解决了长期困扰政府安全监察、企业安全生产的瓶颈性技术难题，建立了具有完全自主知识产权的埋地钢质管道风险评估和腐蚀防护检测技术的工程方法，开发了具有发明专利的管道探测设备，为政府推行科学合理、经济有效的安全监管措施、保障国家重大生命线安全，从根本上扭转疲于堵漏抢险、无奈盲目更新的高成本、低成效被动局面，提供了急需技术和方法手段。本成果具有创新性、先进性、系统性、适用性、经济性，达到国际先进水平，获国家发明专利、实用新型专利和计算机软件著作权各1项，具体包括：

1）首次建立了适合我国管道实际状况、安全技术法规标准、价值取向的，针对管道可行性论证、设计审查、竣工验收和在用阶段的城市燃气埋地钢质管道风险评估工程方法，包括（1）区段划分；（2）通用模版和修正模型相结合的失效可能性评分，适用于国家、企业的共同需求和特殊需求，并将模糊数学、层次分析、专家意见、工程实践相结合，确定各因素权重；（3）综合考虑人员伤亡、直接经济损失和无形损失的失效后果评分，采用高斯烟羽扩散模型和伤害模型计算破坏面积；（4）绝对和相对等级相结合的风险等级划分，采用Monte Carlo法确定各等级界限。

图1 成果内容关联图

图2 成果内容系统集成图

2）首次给出了6种埋地钢质管道防腐层不开挖检测技术的适用性、优化组合方法及检测精度和灵敏度，量化了管道规格、埋深、土壤电阻率对防腐层检测参量的影响程度，量化了阴保电位的IR降并提出指导工程化应用的真实保护电位分布的简约化模型和适用条件，建立了以DCVG和CIPS组合检测为基础的防腐层缺陷点的定位与大小评判模型；创造性提出了以电流衰减率为参量的防腐层评价模型并给出了沥青和三层PE的评价指标，以及基于现行标准和检测数据层次分析、灰色关联分析的腐蚀防护状况综合评价模型。

3） 首次从全过程、完整性的角度，系统分析确定了影响埋地钢质管道腐蚀防护系统有效性的主要因素，在工程验证的基础上，给出了管道沿线腐蚀环境、腐蚀防护系统设计、腐蚀防护产品质量、施工安装质量、运行维护措施、有效性检测等环节的所有控制点、检验检测内容、评价指标以及工程检测方法，首次研究制定了国家标准《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》。

4）研制出检测精度和效率优于国外同类产品的管道探测雷达，在硬件方面：实现信号精确同步控制，定时单位8ps；研制出延长重采样接收机，保证高频信号采样的稳定性和可靠性；天线采用背腔加裙边，提高了发射效率；在软件方面：提出水平预测滤波组合算法和多向量层位识别算法；开发了异常图形编辑系统，实现了时间剖面转化为谱剖面的解释系统，利用克力格算法实现了平面、等高和立体模型的三维综合解释系统，为资料解释提供了新的判别参数。

5）首次全面、系统地建立了埋地钢质管道失效树并进行最小割集和结构重要度分析，确定了失效模式、主要影响因素及重要程度。

6）对我国43个典型城市或地区的埋地燃气管道数量、材质、工况、介质、事故原因、维护成本和国内外埋地管道检测监测技术进行系统、全面的调研和分析，为研究建立我国埋地管道风险评估技术体系确定了研究方向。

4 应用情况

本成果针对安全技术基础薄弱、事故隐患突出、后果严重的埋地钢质管道，系统解决了长期困扰政府安全监察、企业安全生产的瓶颈性技术难题，科学解决了安全性和经济性的关系问题，方法类成果已全部形成标准草案并纳入了法规标准制修订计划，设备类成果已实现商品化，并销售15套。为我国实施科学合理、经济有效的埋地管道安全监管措施，保障国家重大生命线安全，从根本上扭转安全生产普遍处于疲于堵漏抢险、无奈盲目更新的高成本、低成效被动局面，提供了急需技术和方法手段，有力促进了我国埋地钢质管道安全技术水平的提高，有效带动了相关行业的技术进步，取得了重大社会效益。

本成果在2003～2006年期间，成功应用于天津市燃气高压管网、西宁市燃气管网、张家口干管与中压环网和上海、南京、珠海等城市部分燃气管道以及中石油、中石化、中海油所属的长输管道、集输管道（合计3000多公里）的安全管理和检测评价，为企业掌握所辖管道的风险状况、科学采取维护检修措施，提供了科学依据和技术指导。并通过避免管道的盲目更新和有针对性地科学安排维护检修计划，为企业节约了大量资金（如：2003年为天津燃气集团、珠海燃气公司节支2亿多元），取得了重大的间接经济效益。

本成果2009年获国家安监总局第四届安全生产科技成果一等奖。

获奖单位：中国特种设备检测研究中心、北京航空航天大学、中国矿业大学（北京）、天津燃气集团有限公司、中国船舶重工集团公司第七二五研究所、中国石油大学（北京）、北京化工大学、北京工业大学、西南石油大学

获奖人员：钟群鹏、左尚志、陶雪荣、张 峥、彭苏萍、陈 钢、何仁洋、阎永贵、杨 峰、张天华、翁永基、姚安林、杨剑锋、王新华、费学欣

Research and Practical Application of Buried Steel Pipeline Risk Assessment Technology

Tao Xuerong
(Chinese Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)

Aim at bottleneck technical problems which perplexed government security supervision and enterprise production safety in 1990s, under the support of the “10th fve” National Science and Technology Research Program and the NNSF Instrument Plan of China, with the endeavor of more than 70 technical personnel from more than 10 enterprises for 9 years, “Research and Practical Application of Buried Steel Pipeline Risk Assessment Technology” established engineering method of risk assessment and corrosion protection detection for buried steel pipeline with completely proprietary intellectual property rights, developed pipeline detection equipment with patent for invention, provided a much-needed technology means and methods to fundamentally reverse passive management situation with high cost and low effectiveness which is mainly on the effort of plugging emergency rescue and helpless blindly update. The result won the frst prize of the fourth production safety of scientifc and technological achievement award of the State Administration of Work Safety in 2009, this thesis summarized the background, achievement and its application situation based on the result recommendation.

Buried pipeline Risk assessment Non-excavation detection Technology system Practical application

X924．2

B

1673-257X（2017）03-0017-03

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．002

陶雪荣(1958～)，女，研究员，中国特种设备检测研究院副总师，长期从事科技管理工作。

2017-03-06）