美国城市燃气管道完整性管理体系与成效

郭保玲，乔 佳，董久樟，马旭卿，张雪娇

(北京市燃气集团研究院，北京 100011)

1 概述

长输管道完整性管理始于20世纪70年代的美国[1]，经过多年的研究和实践，已成为行业认可的管道全寿命周期安全管理模式。2016年3月实施的GB 32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》，标志着我国油气管道完整性管理正式进入全面推广应用阶段。由于城市燃气管道管材种类多，管径范围广，压力级制多，长输管道的完整性管理经验不完全适用于城市燃气管道。

深圳市燃气集团股份有限公司是国内最早探索建设期完整性管理，并在城市燃气管道安全管理中实施应用的燃气公司[2]。城市燃气企业借鉴长输管道完整性管理的成功经验，建立城市燃气管道完整性管理体系，成为城市燃气管道安全运营的研究重点之一。本文研究美国城市燃气管道完整性管理体系，分析完整性管理的成效。

2 美国燃气管网完整性管理体系

2.1 完整性管理法规及指南

① 法规

城市燃气管道完整性管理(Distribution Integrity Management Program，DIMP)的研究开始于2004年，最初是由美国交通部总监察长办公室(U.S. Department of Transportation，Office of Inspector General，DOT-OIG)建议应用完整性管理法规提高城市燃气管网安全性。

在2004年7月的美国国会听证会上，DOT-OIG指出最近颁布的联邦法规(49 CFR Part 195.450、195.452，49 CFR Part 192，Subpart O)要求危险液体和长输管道运营商进行完整性管理，但联邦法规并未要求城市燃气运营商进行完整性管理，而是建议城市燃气运营商实施完整性管理[3]。此后，美国国家管道和危险材料安全管理局(Pipeline & Hazardous Materials Safety Administration，简称PHMSA)组织编制DIMP法规，经过多次讨论修改，历时近5年时间形成DIMP法规(49 CFR Part192，Subpart P)，该法规是美国城市燃气运营商开展完整性管理的纲领性文件。DIMP法规明确要求所有的城市燃气运营商应当在2011年8月2日以前按照要求的7要素(见表1)制定完整性管理计划。

表1 美国城市燃气管道完整性管理7要素

DIMP法规流程见图1。由图1可知，DIMP法规实施的基础是管网系统信息的识别(了解系统设计和材料特性、运行条件和环境以及维护和运行历史)，进而识别管网现有和潜在威胁。在此基础上进行管网风险评价及分级，确定并实施风险减缓措施，之后进行效能评价，根据效能评价结果，定期进行评估与改进，并且每年向PHMSA报告完整性管理的结果。

图1 DIMP法规流程

② 指南

PHMSA作为主管部门，在制定DIMP法规的同时，还组织编制了完整性管理指南。2006年，PHMSA和国家管道安全代表协会(NAPSR)在给美国燃气协会(AGA)下属的天然气管道技术委员会(GPTC)的联合请愿书中，提出由GPTC制定城市燃气管道完整性管理指南。2009年，GPTC发布第一版完整性管理指南，并定期进行修订和更新。2018年，发布了最新版GPTC Z380.1—2018《GPTC Guide for Gas Transmission，Distribution，and Gathering Piping Systems》(《输气、城市燃气及集气系统指南》)，附录G-192-8为燃气管网完整性管理指南——《Guide Material Appendix G-192-8 Distribution Integrity Management Program》。该指南旨在指导大型城市燃气企业执行DIMP法规。

PHMSA于2013年发布了完整性管理指南《Distribution Integrity Management Guidance for Master Meter and Small Liquefied Petroleum Gas Pipeline Operators》(《小型LPG运营企业完整性管理指南》[4])，指导单一气源供应且用户数量少于100户的液化石油气运营商执行DIMP法规。

2.2 完整性管理机构及职责

为推动DIMP法规的实施，PHMSA作为主管部门，牵头组织编制DIMP法规。在法规制定以及实施过程中，美国的城市燃气企业、美国燃气协会(AGA)、研究机构、公众代表和国家管道安全代表协会也起到了至关重要的作用。由AGA组织培训，帮助燃气运营企业理解和执行DIMP法规。各机构职责见表2。

表2 各机构职责

2.3 完整性管理检查手册

完整性管理的基础是信息数据的采集，PHMSA根据DIMP法规的规定制定了完整性管理检查手册，以此评估城市燃气企业的完整性管理情况。完整性管理检查手册规定了燃气企业向PHMSA递交报告的格式、内容及指导说明，为燃气管道风险评价提供了数据采集标准和数据资源。主要的3类城市燃气完整性管理检查手册见表3。

表3 主要的3类城市燃气完整性管理检查手册

2.4 开挖呼叫中心及信息化软件

① 开挖呼叫中心

“811”开挖呼叫中心成立于2007年，由美国公共地下管线联盟(CGA，成员包括城市燃气运营商在内的地下设施运行商、保险业及相关委员会)负责运行管理，要求任何施工作业方在开挖之前必须拨打“811”，告知开挖计划。城市燃气运营商根据开挖地点的管网情况，提出开挖意见，标志管道位置，并对开挖地段管线进行监测，以减少开挖破坏。

② 信息化软件

SHRIMP是APGA与安全完整性基金会(SIF)在PHMSA的支持下开发的在线应用软件，过程中得到了政府和行业管道安全专家组成的顾问团队的指导。软件满足DIMP法规中7要素要求，提供了PHMSA年报中的管道基础信息及数据，可根据具体的施工、检测及维修历史，评价DIMP法规中规定的导致泄漏的原因。在此基础上建立风险评价数学模型，提供风险控制措施及效能评价方法，形成书面计划。

3 美国城市燃气完整性管理成效

① PE管应用不断增长

2011年，DOT-OIG和PHMSA号召加快修复和更换风险最高的管道基础设施，此后超期服役管道、铸铁管、无防腐层钢管等高风险管道逐步被更换为PE管。截至2018年底，全美城市燃气管道总长度达210.5×104km，其中钢质管道、PE管道占管道总长度的97%，PE管道占比更是达到56.7%。钢质管道近年来处于负增长，PE管道则处于正增长。PE管道主要用于小口径管道，其中50 mm管径以下占比达70%。2010—2018年全美城市燃气管道长度见表4。

表4 2010—2018年全美城市燃气管道长度 km

② 泄漏率明显下降

截至2018年底，全美已经有1 482家城市燃气运营商开展完整性管理。自2010年推行DIMP法规以来，美国城市燃气管道安全得到了大幅提升。根据PHMSA数据，2010—2018年美国城市燃气管道长度与泄漏率(单位管道长度泄漏次数)见图2。由图2可知，虽然管道长度持续增长，但全美城市燃气管道泄漏率从2010年的0.072 km-1下降到2018年的0.058 km-1，下降了19.4%。

图2 2010—2018年美国城市燃气管道长度与泄漏率

2018年美国城市燃气管道泄漏原因比例见表5。由表5可知，2018年美国城市燃气管道泄漏原因中腐蚀失效导致的泄漏比例最高，其次为开挖损坏、设备失效以及材料、焊口原因。

表5 2018年美国城市燃气管道泄漏原因比例

③ 开挖损坏率下降

自“811”开挖呼叫中心成立以来，PHMSA和CGA不断在社区、学校等公共场所进行宣传，倡导企业、个人在进行任何开挖之前，拨打全国范围内的免费电话号码811来预防开挖损害，避免事故及伤亡发生。

根据PHMSA数据，2010—2018年，“811”开挖呼叫中心接到的城市燃气管道的开挖作业来电数量不断增长，但开挖损坏率(出现损坏的开挖次数占年总开挖次数的比例)在逐年下降。2010—2018年美国城市燃气管道开挖损坏率见表6。由表6可知，美国城市燃气管道开挖损坏率由2010年的0.382%，下降到2018年的0.271%。这说明“811”开挖呼叫中心的成立，对降低美国城市燃气管道开挖损坏率起到了很好的作用。

表6 2010—2018年美国城市燃气管道开挖损坏率