从系统控制理论谈天然气管道运输安全管理

许 洁，戴一伟

(中国石油北京天然气管道有限公司，北京 100101)

天然气作为清洁能源体系的主体能源之一，在国家能源战略绿色发展中发挥着不可替代的作用。随着我国经济的高质量发展和人民生活水平的日益提高，天然气消费需求量将越来越大，据预计，2025年我国天然气需求量将达到4 400×10m，年均增幅6.6%。近年来，我国天然气管道运输安全事故时有发生，究其原因，主要还是由于安全管理上存在一定的缺陷和漏洞所致。本文立足于天然气管道运输，从控制理论出发，系统分析了影响安全的主要因素，提出了安全管理措施。

1 系统控制理论及天然气管道运输安全影响因素分析

系统控制理论指出，一个问题的产生往往不是孤立的现象，而是系统内某部分出现问题，产生相互作用的结果。只有找出这些相关问题，分清主次，才能得到预期的结果。一旦问题出现负效益和有害的信号反馈时，就要及时修复和处理，使系统始终能够保持安全稳定的状态。这一思想和方法在天然气管道运输中对安全系统功能分析、危险辨识与控制、不安全行为与失误操作的预防与控制、人机适配系统优化等方面具有重要的意义。只有全面掌握运营工况、找出影响天然气管道运输安全因素，才能有效预防隐患、排除隐患，才能确保管道运输长治久安。基于以上理论，笔者认为，影响天然气管道运输安全的因素主要来自于3个方面：一是管道建设自身存在的局限，二是不良的自然环境、自然灾害，三是管理缺失、人为违章作业。

1.1 管道建设与管理自身存在的局限(自身因素)

人们对事物的认识总是有局限，同时也是一个逐步加深的过程。也正如此，对天然气管道运输的各个环节及其规律的认识难以做到尽善尽美，一定会存在认识不到位的领域，这也是天然气管道运输过程中时常出现内腐、运行不稳、泄漏、爆破等问题或事故的一个重要原因。比如，对地下采出的可燃气体成分、运输介质的质量、特性、长距离运输的流动规律以及流动气体与管道材质的作用机理等的认识不够；对管道材质选取和工艺加工、制管质量的抗压性、抗腐性和经济成本考虑不周；方案设计没有兼顾到所有影响因素，存在有缺陷、有取舍；体系管理的完备性不够，尤其一些关键性要求有短板、有漏项；工程标准制定的科学性和施工质量、安装技术、员工素质等的欠缺。这些都有可能由于认知上的局限或条件上的限制或对事物的发展规律、机理掌握不够精准，导致天然气管道运输自身存在安全隐患。

1.2 不良的自然环境与灾害(自然因素)

天然气管道运输路线长，需要穿山涉水，需要经受寒冬酷暑，沿途地质地貌、地区环境各异，情况复杂，自然灾害(如地震、洪水、泥石流等)时有发生，这种不良的自然环境或突发性的自然灾害经常会给管道运输带来破坏。

1.3 管理缺失、违章作业(人为因素)

事实表明，很多事故大都是盲目性和随意性造成的。比如，对已有的标准执行不彻底，生产过程中存在“低标准、老毛病、坏习惯”现象，有章不循、违章指挥、违规操作、专业管理不到位等；维护维修保养不及时，设备超期服务、“带病”工作；第三方在管道上方和沿着管道进行的各种作业活动，无意间破坏管道，造成电缆断缆；特殊作业管理、承包商管理不到位，未严格落实安全管理主体责任，对承包商的诚信考核和惩戒机制流于形式；个别不法分子法制观点淡薄，存在打孔、偷气行为等等。这些都是人为因素带来的安全隐患。

以上3个方面的安全影响因素既相互包含又相互独立，既有管道运输系统内部建设与管理的自身因素，也有管道运输系统外部的不良干扰因素。既有客观上的也有主观上的，它们是造成安全隐患的主要原因。自身影响因素少了，抵御自然灾害和人为事故的能力就会增强；人为因素少了，管理科学完备了，预防自然灾害和克服自身缺陷的能力就会提高。总之，在安全管理上，克服自身因素是基础，预防自然因素是前提，减少人为因素是关键。

2 天然气管道运输安全管理措施

因素分析和信息采集是系统控制论的核心内容。通过对影响天然气管道运输安全3个方面因素的分析，不难发现要确保天然气管道运输安全、高效，必须科学设计运行方案，夯实运行硬软件建设，强化内部管理，不断增强安全预防、安全信息监测、安全信息反馈、调节控制能力，确保系统运行平稳，最大限度减少自身因素，科学精准预防自然因素，坚决杜绝人为因素。

2.1 科学设计方案，高质量制管施工

日本质量管理大师田口玄一认为：“产品质量首先是设计出来的，其次才是制造出来的，质量控制应该从制造阶段进一步提前到设计阶段”。同理也可以说，安全质量首先也是设计出来的。方案设计时考虑到安全影响因素越多，运营中发生事故的概率就越低。从这个角度来说，在天然气管道运输整个过程中，设计和制管施工决定了管道运输的“先天质量”。

天然气管道设计必须坚持管道强度、管道距离、经济成本三兼顾的原则。管道及其构件材质的强度是防止管道破裂、保证管线系统强度和运输质量的前提。管道强度应贯穿于管道设计、制管质量、设备材料的选取、生产、维护到更新改造乃至施工、安装的全过程。管道自身安全了，管道周围的建筑物自然就有了安全保证。管道的强度不仅表现在材质硬度的抗压上，还表现在材质的抗腐上。制管质量高，管道表面光滑平整无坑洼，抗腐能力就强。当然，在抗腐上，还需要对管道内外管壁采用涂层和加电流的联合防护。管道距离是管道设计的另一个重要原则，是影响安全的一个很重要因素。管线系统设计要充分考虑到管道周边环境、建筑物、人口密集程度、地质条件等，尽量避开村庄、城市、军事区和地理环境恶劣等路段，同时要控制好管道与周围建筑物的距离。经济成本也是管道设计必须遵守的一个原则。要根据不同等级地区(居民(建筑物))密度指数，采取不同的设计系数(许用应力值)，制造不同的管道壁厚，来保证管道周围的安全。管道强度越高，成本就越高；管道路线越长，成本也就越高等。所以要根据需求选取适宜的材质和最佳的路线，节约土地、保护环境，处理好与铁路、公路、河流等关系，降低成本。

同时，管道设计时还要合理设置线路上的截断阀室、压气站、工艺站场以及管径、输送压力、流量等经济合理的输气工艺及最佳的工艺参数，研究介质特性，减少介质运输过程中的压力波动，防止非稳态运行，保证运输安全。

2.2 严格常规管控制度，定期保养维修

天然气管道一旦投入运行，管道企业均建立起较为完备的安全质量管理体系，实行诸如区长负责制、五级巡检制、分包管理等一系列安全生产责任制度。即便如此，运营过程中仍然还会时常发生一些责任事故。这些事故发生的主要原因大多是人为造成的。如果说设计、施工、制度上的缺陷造成的事故是“硬事故”，那么因为操作不当人为造成的事故就是“软事故”。虽然“硬事故”中可能也不乏有人为原因造成的，但大多都是由于受当时认知、技术和条件限制的客观原因造成的。而“软事故”中大多是员工随意性、操作不当的主观原因造成的。因此，在天然气管道运输过程中，必须要加强常规安全管控工作，严格执行各项规章制度，克服麻痹思想，解决“低老坏”不良习性，杜绝或减少人为事故的发生。

笔者认为，首先要建立起完备的体系管理，确保各项操作都有章可循、标准明确，没有死角，没有缺项。其次，强化体系管理规定的执行力，尤其要严格执行维保维修巡检计划，按时校验、检验、维修和保养，定期开展QHSE体系审核，确保设备安全状态。在规范操作行为上下功夫，完善应知应会内容，以岗位操作标准化为核心，形成岗位风险清单，加强站场、阀室、线路标准化建设，认真落实“一票两卡”，养成执行标准化的自觉性，做到“只有规定动作，没有自选动作”。再次，重点做好重要时间节点(雨雪季、秋季水害、传统节假日等)、重要线路部位(高后果区、隧道穿越管道、穿越河道、管道迁改等)的防范和隐患排查工作。最后，要加强管道周边交叉工程管控，定期更新或增加管道地面标识、安全标识、设置隔离围墙等。

2.3 建立基于GIS数据采集的智慧管网

系统控制理论指出，要保证系统运行稳定，信息采集是重点。只有及时掌握干扰系统稳定的因素，才能进行有效的控制。在天然气管道运输系统中，无论是美国质量管理专家休哈特博士提出的PDCA循环，还是现在建设的数字管道，还是管道完整性管理(PIM)等，核心都离不开因素分析和信息采集，目的都是提高管道运行安全性。谁掌握的影响因素更全面、信息采集更准确，消除干扰和潜在隐患的成功率就高。

信息采集分为三大类：一是风险评估信息(预判)，二是安全预警信息(提醒)，三是安全报警信息(应急)。这3类信息产生的影响因素是不一样的，分析判断、改进措施也是有区别。风险评估信息是预防性的，需要提前准备，规避风险，比如地质地貌环境预测、自然灾害预测等，以实现地质灾害管理从“被动抢险”向“主动防御”转变。因此，要在管道线路关键点上依据影响因素的需要设置监测点，以便准确全面地掌握实体管道的状态。

目前，管道系统信息采集较多使用的是“安全眼”、无人机检测、飞机沿线巡检、集中监视、管道泄漏检测、光纤预警、无人值守站场自动监控、管道地质灾害监测、特殊灾种对管道影响等，中国石油已经建立起了较完善的数字管道建设平台和管道完整性管理体系。工程实践中发现，各路采集来的数据信息标准不统一、不系统，也尚未有与现实情况高度一致的设施设备模型，而功能强大的基于地理信息系统(GIS)技术的采集系统还没有得到广泛使用，其主要原因是数据采集难度大(资料丢失、分散)、基础资料不完整、管道企业不能全面掌握支持技术、外包公司的技术水平参差不齐、前期投资大、数据GIS依法条款受限等。即便如此，笔者认为还是很有必要尽早建立起基于GIS数据采集的智慧管网，在阀室、高后果区、防汛重点地段、地质灾害风险段、第三方施工点以及线路焊接和定向钻穿越等关键部位安装摄像头，变人工值班监视为数据采集转化自动报警监视，实现周边环境数据可视化应用，实现远程诊断识别、过程管控、专家分析，实时提供某些事件、状态或作业(如事故、故障、缺陷、检查、测试等)的空间位置，及时发现管道失效的重要威胁因素造成的隐患，规避风险，提高反馈与改进、预防事故的能力。

2.4 加强员工素质培养，提高员工自主管理和自主风险管控能力

员工的素质在某种程度上决定了生产运营的安全性。倘若员工具有较高的安全意愿、拥有完整的知识和技能、养成了良好的行为习惯，并通过安全KPI正向激励机制，员工主动上报未遂事件、不安全状态、不安全行为，并提出安全建议，无疑就具备了很高的自主管理能力。自主管理是一种重要的安全管理方式和理念，也是一种安全文化，是个体和团队共同自觉达成的真实意愿并付出的行动，能有效保障安全管理体系的实施。在员工自主管理能力建设上，首先要建立起完备的员工培训体系，加强员工安全生产知识、技能的培训，增强员工的责任意识和遵规守纪的自觉性，帮助员工牢固树立起安全生产是第一要义、是一切工作的基石的意识。通过学习培训，促进员工学体系、用体系的习惯养成。员工培训要坚持理论学习与实践训练、通识教育和专业培训相结合，积极推进一岗多能、大专业、大岗位、大工种思想，系统掌握安全知识、电气、控制、机械、热能、化学等多学科知识。同时，要强化员工基层现场应急能力培训和应急演练评估，提高员工分析和排除故障的技术水平，真正实现员工巡、检合一。其次，要与厂家开展联合培训，帮助员工掌握维修、保养核心技术，提高专业能力，保证员工能独立完成调压阀、电动执行机构及压缩机等关键设备的自主维护保养工作。第三，要根据智慧管网顶层设计的要求，积极推进科技创新，鼓励员工承担科学研究项目，开展管道防腐、安全监测、维护维修、信息技术等领域科技攻关，提升管道企业自身技术支撑能力。总之，通过培训和科学研究，促进管道企业从个体到团体全面实现由“严格监管”向“自主管理”转变，逐步建立起自我约束、自主管理、持续改进的内生长效机制，提高自主风险管控能力。