城镇燃气管网完整性管理体系研究与实践

孙青峰 杨玉锋 赵春磊 薛 庆 张华兵 魏然然

1.中国石油天然气销售分公司 2.中国石油管道分公司管道科技研究中心 3. 北京科技大学

0 引言

城镇燃气管网输送的介质具有高压、易燃、易爆的特点，加之其大多都位于人口密集的区域，一旦发生管道泄漏，则后果相当严重。近年来，燃气事故屡见报端，给人民的生命财产安全带来了不小的损失。根据美国1998—2017年的统计数据，美国全部管道系统（含天然气长输管道、输油管道、城镇燃气管网等）所有重大事故中，城镇燃气管网导致的事故占比超过80%[1-5]。

当前，国际上采用完整性管理的理念在天然气长输管道上取得了成功经验，近年来，国内外开始将完整性管理的方法应用于城镇燃气管网，通过对城镇燃气管网开展针对性的检测、监测、风险评价、完整性评价等风险管控手段，实现对城镇燃气管网风险的预控，以期提高城镇燃气管网安全运行的水平[6-7]。

1 国内外相关技术的进展

1.1 国外相关技术及标准进展

早在20世纪70年代美国就开始了油气管道安全评价与完整性管理，早期主要针对长输油气管道，其中长输管道完整性管理自2001年开始实施，城镇燃气管网完整性管理自2011年开始实施[8]。目前，美国拥有全世界最庞大的管道系统，其管道完整性管理分类情况如表1所示。

表1 美国管道系统完整性管理分类表

2009年，美国将城镇燃气管网完整性管理要求纳入联邦法规，规定了燃气管网系统开展完整性管理的最低要求，要求2011年8月开始所有燃气企业必须制订完整性管理方案，并针对运行的管道实施完整性管理，同时制订了系列法规、标准和指南用于规范完整性管理工作[9-12]。

城镇燃气管网完整性管理标准是实施管道完整性管理的重要指导性文件，为推进完整性工作实施，美国政府部门、行业协会等机构，从不同角度制订了标准、指南文件，规范了燃气管网完整性管理工作内容和要求。其中，以联邦法规P部分《城镇燃气管网完整性管理》[13]为总纲领性文件，政府主管部门管道和危险材料安全管理局（Pipeline & Hazardous Materials Safety Administration，PHMSA）制订了《城镇燃气管网完整性管理实施导则》[14]、《小型液化石油气完整性管理指南》[15]和《城镇燃气管网完整性管理检查手册》[16]，行业协会美国燃气协会（American Gas Association，AGA）制订了《城镇燃气管网完整性管理指南》[17]等，基本构建了城镇燃气管网完整性管理标准体系，支撑完整性管理工作的实施。

加拿大城镇燃气管网完整性管理的纲领性文件是国家标准《油气管道系统》（CSA Z662）[18]，该标准在附录中提出了加拿大开展城镇燃气管网完整性管理的目标、原则，制订了工作流程图和各个环节的技术要求，并提出需要对全部管道和设施开展完整性管理。与美国的标准体系相比较，加拿大在城镇燃气管网完整性管理标准体系方面相对薄弱。

1.2 我国燃气管网完整性管理进展

2010年以来，我国逐步开展城镇燃气管网完整性管理相关研究工作，基于技术研究和实践经验在标准建设方面取得了一定的进展，组织编制了《燃气系统运行安全评价标准：GB/T 50811—2012》[19]、《城镇燃气管网泄漏检测技术规程：CJJ/T 215—2014》[20]、《城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程：CJJ 51—2016》[21]等标准规范，推动了完整性管理的发展。燃气企业方面，中国石油天然气销售公司（昆仑能源）、深圳燃气集团股份有限公司、中国石油西南油气田分公司、北京燃气集团有限公司等大型企业在燃气管网完整性管理体系建设与技术研究方面取得了阶段性进展。

中国石油结合长输管道完整性管理经验，从2010年开始立项研究城镇燃气管网完整性管理，针对燃气管网体系建设、风险评价、检测监测等关键技术开展了科技攻关。编制并发布了《城镇燃气管网完整性管理导则：Q/SY 05015—2016》[22]、《城镇燃气管网泄漏检测技术规范：Q/SY 05014—2016》[23]、《城镇燃气埋地钢质管道外防腐层检测技术规范：Q/SY 05018—2017》[24]等共9项城镇燃气管网完整性管理技术标准，在标准建设方面走在国内前列。2017年开始中国石油天然气销售公司（昆仑能源）组织开展燃气管网完整性管理体系建设、试点与推广工作。

深圳燃气集团股份有限公司由其下属输配分公司统筹完整性管理工作，经过近6年系统推进，制订了管网完整性数据采集标准，发布体系文件，开发了完整性数据采集系统，初步建立了燃气管网完整性管理体系，实现了管道风险预控管理，提升了燃气管理安全管理水平，取得燃气业务优良安全业绩。完整性管理信息系统建设方面，建立了完整性管理系统，并结合GIS系统、建设期数据管理系统等信息化手段，统一管理城镇燃气管网基础数据、巡检业务、泄漏管理、应急预案。

北京燃气集团有限公司重点针对燃气管道完整性管理体系、完整性管理关键技术、基础信息的共建共享、老旧燃气管道升级改造等方面做了较多的研究和实践工作。开发了城镇燃气管网完整性管理系统和安全风险评估系统两个信息化平台，用于推进完整性管理工作的实施[25-27]。

2 燃气管网完整性管理体系建设

2.1 差异分析

与长输管道相比，燃气管网具有明显不同的特点，详细对比分析如表2所示。长输管道是大口径、高压力、分支少，一般为钢质管道；而燃气管网是口径小、压力低、分支多，管材包括钢质管道、铸铁管道、PE管道等；长输管道与燃气管道的损坏方式也不相同，长输管道主要失效形式是管道破裂，而燃气管道由于压力低，主要失效形式是微泄漏或渗漏，这种泄漏难以被管道自身的监控系统及时发现，一旦泄漏的气体积累一定时间后，再引起爆炸。综上所述，城镇燃气管道的完整性管理与长输管道的完整性管理有很大的不同，世界各国也是区别对待，分步推进。

表2 长输管道与燃气管网的差异对比表[28-30]

鉴于城镇燃气管网与长输管道存在的差异，长输管道完整性管理的成功经验和技术手段难以直接应用于燃气管网。燃气企业需要根据燃气管网的特点和管理现状，建立适合于城镇燃气管网的完整性管理体系，并形成完整性管理技术方法，通过建立具有城镇燃气管网特色的完整性管理体系，规范管理工作中的各项要求。

2.2 燃气管网完整性体系要点

城镇燃气管网与长输管道最大的差异是压力等级和管道材质，进而导致主导风险因素不同，完整性管理是基于风险的管理，基于城镇燃气管网风险特性，其完整性管理应关注以下要点。

1）高压、次高压管道压力等级为0.4～4.0 MPa，这两个等级的燃气管道与长输管道比较接近，可参照长输管道完整性管理工作，借鉴长输管道完整性管理主要技术成果。完整性管理核心包括管道本体风险管理、地质灾害治理和杂散电流治理等，主要是通过内检测、外检测、风险评价、地质灾害治理、杂散电流排流等手段确保高压、次高压管道本体安全，管理手段与长输管道完整性管理相近。

2）中压管道主要为聚乙烯管道（PE管），强度较低，交叉施工频繁，完整性管理核心是防止第三方损坏；同时燃气管网阀门分支较多，连接头广泛分布，管道泄漏和渗漏频繁发生。基于上述特点，针对中、低压管道，通过采取精准掌握管道中线坐标、提高线路巡护质量、开展泄漏检测等手段来控制管道风险。

3）将泄漏检测作为城镇燃气管网完整性管理关键工作。长输管道完整性管理重点工作是控制管道的本体安全，避免管道泄漏事故的发生。城镇燃气管网由于自身特点要完全避免泄漏的发生非常困难，且其本身压力和管径较低，泄漏危害后果小于长输管道，因此，燃气管网完整性管理工作要点要从控制管道泄漏和防止泄漏转化为事故这两方面开展，即在长输管道完整性管理基础上，重视泄漏检测工作，通过泄漏检测及时发现和处置泄漏，避免泄漏演化为火灾、爆炸等危害事故。通过加强泄漏检测，采用车检、人检等多手段检测，及时发现泄漏，避免泄漏扩展为事故[31-32]。

2.3 完整性管理体系构成

城镇燃气管网完整性管理应贯穿管道全生命周期，包括设计、采购、施工、投产、运行和废弃等各阶段。采用风险最低、合理可行原则，控制城镇燃气管网运行风险。基于国内外技术标准，结合城镇燃气管网风险特点和管理重点，确定城镇燃气管网完整性管理工作内容和流程（图1）。

图1 完整性管理工作流程图

图1中6个环节是完整性管理的关键环节，每个环节对于不同压力等级的管道都包含不同的技术要求。在完整性管理工作中，落实上述6个关键环节需要5个支持要素，分别为法规标准、体系文件、支持技术、系统平台和组织机构。

中国石油为推进燃气管网完整性管理工作的落实，制订了完整性管理总体规划，研发了关键支持技术，制订了技术标准，建立了体系文件，体系文件列表见表3。体系文件包括7个方面，13项内容，规范了完整性管理工作要求，统一了工作表单，提出了完整性考核要求，涵盖完整性管理的主要管理环节。

表3 燃气管网完整性管理体系列表

城镇燃气管网完整性管理与长输管道完整性管理不同，显著特点在于数据管理和泄漏管理两个方面。

数据管理方面，数据采集需要制订详细的数据采集管理规定和数据采集模板，明确数据采集的要求。城镇燃气管网高压、次高压数据管理工作与中低压数据管理工作差异较大，在体系建设中分别采用《高压次高压管道数据采集管理规定》和《中低压管道数据采集管理规定》明确不同压力等级的数据采集要求。基于数据标准开展数据采集，采集的数据主要包括设计、施工、运行、检测、监测、评价数据等，应建立统一数据库管理建设期和运行期全生命周期数据。

泄漏管理是城镇燃气管网完整性管理的主要特点，包括泄漏检测、泄漏处置和泄漏数据管理3个方面（图2）。通过《燃气管网泄漏检测及处置技术规定》和《燃气管网泄漏数据管理程序》两个体系文件规范泄漏管理的主要工作。其中泄漏检测是泄漏管理的核心工作，一般包括：泄漏点初检、定位、风险分析、确定泄漏检测与处置优先级、记录等工作内容。泄漏数据管理主要包括泄漏失效数据采集表单、上报流程、失效库建设和统计分析等内容。

图2 泄漏管理图

2.4 完整性体系实施

基于研发的完整性体系文件，选取了A、B两家项目公司开展了完整性管理实践。A公司共有燃气管道376.7 km，其中高压管道28.7 km，中压管道348 km；包括11个工业用户、650个公服用户、约80 000户居民用户。B公司有高压管道22 km，次高压管道3 km，中压管道102 km，低压管道36 km；包括45个工业用户，64个商服用户，约22 500户居民用户。

完整性管理实施以1年为周期，主要包括明确管理部门、体系文件宣贯、实施完整性管理、结果上报和考核。在明确管理部门和人员后，对完整性管理体系文件的技术要求进行了系统宣贯，使得各级管理人员和操作人员明确完整性管理目标、内容、流程、技术要求和考核要求。按照体系文件技术要求分别实施了数据采集、风险评价、泄漏检测、管道外检测等工作内容，并按照体系文件统一表单格式，按照规定时间节点上报工作完成情况。根据完整性管理持续改进的理念，年终对完整性实施情况开展了效能评估和考核。A、B两家公司在役管道中心线数字化率、新（改、扩）建管道中心线数字化率明显提升，风险评价覆盖率达到100%，管道泄漏检测覆盖率和高压次高压管道外检测覆盖率达到100%，管道泄漏自检发现率明显提升，总体泄漏次数和第三方施工导致泄漏频次出现下降趋势。

通过A、B两家公司完整性管理的实施，验证了完整性体系文件的可行性和有效性，并为体系的持续改进提供了依据。

2.5 体系建设经验与启示

城镇燃气管网完整性管理是一种新型的管理模式，依托中石油城镇燃气管网完整性管理推进工作，建立了统一的体系文件，并依托具体公司实施完整性管理，形成如下建设经验与启示。

1）将完整性体系文件纳入到QHSE体系。完整性管理体系文件应纳入到公司QHSE管理体系中，不应独立建立体系，体系文件设计和编制中注重与现有QHSE体系文件充分结合。

2）将数据管理作为体系文件建设的重要环节。高度重视燃气管网全生命周期数据采集工作，数据采集是实现燃气管道完整性管理的前提，加强建设期数据收集，综合竣工资料要求和运营期完整性管理数据需求，制订燃气管道建设期管道数据收集标准，实现管道数据的源头采集，保障数据准确性。

3）基于风险特点设置体系文件。深入分析高压、次高压和中压燃气管网的主要风险特点，明确燃气管网完整性管理的重点，是实现燃气管道完整性管理的关键。对高压、次高压燃气管网，充分借鉴长输管道完整性管理成熟做法，开展风险识别、内检测和腐蚀控制等措施，主要防控预防泄漏发生；对中低压燃气管网，主要管控第三方损坏。开展PE管道中心定位和泄漏检测工作，及时发现泄漏点，及时处置，防止泄漏事件演变为事故。

4）将体系文件内容固化到信息系统。重视管道管理完整性信息系统建设，将体系文件中规定的各项工作落实到信息系统中。完整管理业务涉及到的信息系统一般包括生产运行系统（压力监测、输量管理）、数据采集与数据库系统、完整性管理系统（侧重地图查询、信息查询和业务办理填报）、GIS系统（侧重数据维护和分析评价）和巡检系统等，根据完整性管理工作各个环节的不同，将体系文件中内容分别落实到不同的信息系统中，为实现燃气管道完整性有效管理提供系统支持。

5）要对体系持续改进。持续改进是完整性管理的重要特点，要结合国家法律、法规和相关企业的要求，每年至少开展一次QHSE体系中完整性管理业务文件的内部审核，分析其有效性和实用性，并制订改进措施，持续改进QHSE体系中完整性管理业务相关程序文件和作业文件。

3 结论

1）完整性管理是保障燃气管网安全运行的有效手段，国外在城镇燃气完整性管理方面已经建立了法规和标准体系，并且将完整性管理作为管控燃气管网风险的主要手段，国内燃气企业近年来也开展燃气管网完整性管理研究与实践工作，并取得了阶段性进展。

2）通过系统研究和实践，确定城镇燃气管网完整性管理主要工作，内容包括数据采集与管理、风险评价、泄漏管理、管道检测与评价、维修维护、效能评价与考核等6个关键环节；上述工作的落实需要法规标准、体系文件、支持技术、系统平台和组织机构等5个支持要素。

3）结合燃气管网完整性管理工作需要，建立了燃气管网完整性管理体系，包含13项体系文件，并重点对数据管理和泄漏管理两个关键环节体系文件进行了详细阐述。

4）总结了燃气管网完整性管理体系建设经验，包括：完整性体系文件纳入到QHSE体系、将数据管理作为体系文件建设的重要环节、基于风险特点设置体系文件、将体系文件内容固化到信息系统、对体系持续改进等。