何仁洋 楊永 王海濤 李仕力

中國特種設備檢測研究院

2010年實施的《石油天然氣管道保護法》從管道規劃建設、運行保護、與其他工程相交相遇等方面有力地保障了管道外部安全。 2014年實施的《特種設備安全法》及其配套的條例、安全技術規范對油氣管道本體的設計、制造、安裝及使用等環節提出更具體的質量控制要求。 2015年實施的GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》進一步促進了管道安全管理水平的提升[1]。

隨著管道服役期的增長，當前管道腐蝕、疲勞等老化問題影響管道的本質安全，新建管道的長距離、大口徑、高壓力和高鋼級等特點也給管道本質安全帶來更大的挑戰[2]。

1 油氣管道本質安全的內涵

本質安全在國外也稱為內在安全[3]，一般意義指工藝過程、機械設備、裝置等生產條件的安全[4]。國內從更廣泛的意義對本質安全進行了界定，定義為運用組織架構設計、技術、管理、規范及文化等手段在保障人、物及環境的可靠前提下，通過合理配置系統在運行過程中的基本交互作用、規范交互作用及文化交互作用的耦合關系，實現系統的內外在和諧性，從而達到設備可靠、管理全面、系統安全及安全文化深入人心，最終實現對可控事故的長效預防[5]。對應于事故致因認識的過程，本質安全可以劃分為三個層次[6]。第一層次為基本安全階段，第二層次為規范安全階段，第三層次為文化安全階段，本質安全是三個層次的有機整合，又包含非常復雜的交互作用關系，一個系統要實現本質安全都要經歷基本安全和規范安全階段。

油氣管道本質安全可定義為：采用基于失效模式的設計方式，優化設計，強化制造（鋼管、閥門和管件等）、安裝（焊接、防腐、開挖和回填等）和檢測試驗（無損檢測、壓力試驗等）等環節的過程質量管控，在服役期內持續開展風險管控和隱患治理，確保在整個服役周期內管道結構和功能完整，安全和可靠運行。

2 油氣管道本質安全的影響因素

我國油氣管道的本質安全目前主要處于基本安全和規范安全階段。國內學者對油氣管道本質安全的研究側重于管理體系建設及評價指標優化[7]。采用的方法偏向于專家咨詢和理論分析，對管道事故研究不夠深入。筆者結合典型事故教訓，從規劃、設計、制造、施工、運行等各階段分析影響油氣管道本質安全的因素。

（1）規劃階段。部分新建管道選線對我國經濟發展及城市化進程前瞻不足，在短時間內地區等級由人煙稀少的一、二級發展為人口稠密的三、四級，致 使原有管道強度設計系數不合規；城市軌道交通與油氣管道交叉現象頻繁，增大了管道的安全運行風險和公共安全風險。個別管道選線未能充分考慮沿線地質災害影響，包括崩塌、滑坡、泥石流、活斷層錯動、采空區或巖溶塌陷等[8]。如2001年，格拉成品油管道及其部分設備受地震引起的地表破裂帶影響而遭受不同程度的毀壞，主要就是因為在管道設計規劃時未能充分考慮管道所處地區處于活動斷層和高地震烈度地帶[9-10]。

（2）設計階段。本質安全要求采取更安全的設計手段防止事故發生，不能僅考慮滿足規范規定的基本功能。多起管道事故發現，設計過程未充分考慮油氣管道的失效模式、組合載荷、焊接接頭強度匹配和熱影響區軟化效應的影響；未考慮管道敷設時從巖石等硬質地基向軟土地基過渡的不同地基沉降而產生的附加載荷，未采取有效的預防措施而增大了管道的軸向應力，造成管道在載荷組合條件（壓力、溫差應力、殘余應力、不均勻沉降、應力集中）下發生斷裂。目前，在基于管道強度設計中一般只考慮內壓、溫差和彈性敷設產生的軸向載荷以及地震載荷的校核，對普通的土體沉降、彎管等位置的附加軸向載荷考慮不足。目前管道失效時的遠端應變一般小于0.5%，應進一步研究管道的軸向載荷和應變的校核。

（3）制造階段。我國對油氣管道用管材、管件、閥門及附件制造實施了較為嚴格的安全監管，如要求制造單位取得相應的制造許可證，對埋弧焊鋼管進行制造監督檢驗，以及對油氣管道用管體、管件進行型式實驗。近年來少見因管道元件制造質量發生事故的報道。但2010年9月美國加利福尼亞州天然氣管道發生破裂，造成66人傷亡，事故原因之一是管道未焊透區域貫穿整個直焊縫內部，且部分短管直焊縫內表面對接不重合，約差為15度。隨著新建管道工程采用高鋼級鋼管越來越多，為滿足標準要求的力學性能指標，不同制管廠的制造工藝存在較大的差異，未能統一高鋼級鋼管和管件專用技術條件，從而為管件制造過程質量控制帶來較大挑戰。

（4）施工階段。施工質量對管道本質安全的影響不容忽視。管道施工工序多、環境條件惡劣、作業人員不固定等造成施工質量控制困難，其中焊接質量、開挖回填及腐蝕防護是重要因素。 2018年貴州晴隆天然氣管道泄漏燃爆事故直接原因是環焊縫脆性斷裂導致，現場焊接質量不滿足相關標準要求，在組合載荷的作用下造成環焊縫脆性斷裂。導致環焊縫質量問題的因素包括現場執行X80鋼級管道焊接工藝不嚴、現場無損檢測標準要求低、施工質量管理不嚴等。

（5）運行階段。運行階段主要影響因素在于能否嚴格落實國家強制標準規范，及時發現管道本體缺陷和預防危害管道安全的第三方損壞等[11-12]。2013年青島東黃輸油管道因腐蝕減薄破裂，大量原油泄漏進入密閉空間，引發爆炸造成62人死亡、 136人受傷、直接經濟損失75 172萬元。該管道在事故發生前進行兩次檢測，未能有效檢測出管道本體的缺陷。國外“合于使用”評價標準主要有API 579―1―2016《Fitness-for-Service》和BS 7910―2013《Guideon Methods for Assessing the Acceptability of flawsin metallic structures》，國內常用SY/T 6477―2017《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法》和GB/T 19624―2019《在用含缺陷壓力容器安全評定》。 4項標準都采用了失效評估圖技術（FAD），主要考慮脆性斷裂和塑性失穩的失效模式。油氣管道行業對局部應變集中的失效模式及基于局部應變的斷裂控制準則的研究還有待加強。

3 油氣管道本質安全的提升

（1）完善法規及技術標準體系。針對影響管道本質安全的因素，及時對相關法律法規進行修訂，補充完善管道本質安全的相關規定要求；開展油氣輸送管道安全規劃、設計、施工和保護研究，強化紅線意識，加強源頭管控，分析總結有關事故事件教訓；完善相關特種設備安全技術規范，建立健全既適合油氣輸送管道行業特點、又符合特種設備安全監管要求的相關標準體系、長輸管道檢驗檢測技術體系和機構及人員準入體系[13]。

（2）加強安全監管。應急管理部、市場監管總 局、國資委、能源局等有關部門明確職責，協調合作，完善油氣輸送管道保護和安全監管工作體制機制，建立覆蓋規劃、設計、施工、運行和報廢等管道全生命周期的責任體系，實施有效監管和服務。

（3）落實企業主體責任。本質安全主張通過工程技術措施消除、控制系統中的危險源，創造安全的生產作業條件。企業承擔安全主體責任，保證足夠的安全投入以提高本質安全水平。新建管道要加強招標、設計、材料、施工、檢測等各環節的質量控制，確保新建管道的本質安全；在役管道要嚴格落實長輸管道法定檢驗制度，不斷提高法定檢驗覆蓋率，加強管道完整性管理，持續開展管道高后果區管控、隱患排查和治理工作。

（4）推進技術研究工作。基于新建油氣管道的特點，亟需研究攻克大口徑、高強鋼管道的建設、運行、維護技術難題[14]，如：加強焊縫區低強匹配和軟化效應，不等厚焊接接頭環焊縫微區性能、承載能力和失效模式，環焊縫根焊焊趾位置形態、表面成型質量的工藝控制方法，基于管道軸向載荷和應變的校核等研究；進一步研究X80鋼管的焊接工藝，改進不等厚焊接接頭的坡口形式，制定不等厚焊接接頭專項工藝規程；加強在役管道的環焊縫材料性能、應力及各類缺陷等在線檢測評價技術，以及局部應變控制準則等研究。

（5）加快信息技術應用。在標準統一和數字化管道的基礎上，以數據全面統一、感知交互可視、系統融合互聯、供應精準匹配、運行智能高效、預測預警可控為目標，通過“端+云+大數據”體系架構集成管道全生命周期數據，提供智能分析和決策支持，用信息化手段實現管道的可視化、網絡化、智能化管理，最終形成具有全方位感知、綜合性預判、一體化管控、自適應優化的能力，且安全高效運行的智能油氣管網[15]。

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[15] 岳銘亮，王天宇，楊旭東，等. 智能管道與智慧管網建設分析[J]. 中國科技信息， 2020(11)： 72-75.

作者簡介：何仁洋， 1970年生，博士，研究員，中國特種設備檢測研究院副院長，中國石油大學（北京）碩士生兼職導師，享受國務院特殊津貼，國務院安委會專家咨詢委員會特種設備專業委員會委員，長期從事壓力管道檢驗評價、標準制定以及安全保障技術研究工作。

通訊作者：李仕力， 1986年生，碩士，工程師，現從事壓力管道材料適用性評價及失效分析工作，聯系方式：18602621710， 59311286@163.com。