《管道保護(hù)》編輯部：本質(zhì)安全是指通過設(shè)計等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能。石油天然氣管道作為線性工程和危化品運輸設(shè)施，其本質(zhì)安全有哪些特點，實現(xiàn)的路徑又是什么？帶著這個大家所關(guān)心的問題，編輯部專訪了中國石油天然氣管道工程有限公司（管道設(shè)計院）王學(xué)軍總經(jīng)理，請王總結(jié)合當(dāng)前我國管道行業(yè)發(fā)展的特點，闡述管道行業(yè)本質(zhì)安全設(shè)計體系的初步框架，包括設(shè)計原則、設(shè)計程序、評價方法以及實現(xiàn)手段等，并提出相關(guān)建議。

編輯部：我們一般理解，本質(zhì)安全就是通過追求企業(yè)生產(chǎn)流程中人、物、系統(tǒng)、制度等諸要素的安全可靠及和諧統(tǒng)一，使各種危害因素始終處于受控狀態(tài)，進(jìn)而逐步趨近本質(zhì)型、恒久型安全目標(biāo)。請您介紹一下，本質(zhì)安全設(shè)計理念最初是如何提出的？

王學(xué)軍：本質(zhì)安全由英國化工安全專家克萊茲（Trevor Kletz）于1976年首次提出。他認(rèn)為“預(yù)防事故的最佳方法不是依靠更加可靠的附加安全設(shè)施，而是通過消除危險或降低危險程度以取代那些不安全裝置，從而降低事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性”。該理念的提出引起了人們的高度關(guān)注，隨后開展了大量的研究，出現(xiàn)了本質(zhì)安全設(shè)計、評價等系列技術(shù)和管理實踐。

根據(jù)克萊茲的本質(zhì)安全理念，要保證本質(zhì)安全就要避免危險的存在，減少危險原料和工藝的使用，而不是在發(fā)現(xiàn)危險后進(jìn)行防控。為此，需要開展危險源辨識，并在工藝、設(shè)備等設(shè)計中采取相應(yīng)的措施并付諸實踐。2010 年，海基勒（A.M.Heikkila）對本質(zhì)安全理念進(jìn)行了總結(jié)，將本質(zhì)安全定義為“在化工和制造業(yè)中，通過設(shè)計等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，具備即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能。”此定義體現(xiàn)了本質(zhì)安全的源頭、途徑以及目標(biāo)，被行業(yè)普遍接受。

本質(zhì)安全設(shè)計是把本質(zhì)安全這種想法，通過合理的規(guī)劃，周密的計劃，并以各種感覺形式傳達(dá)出來的過程。在每次方案選擇時均要考慮如何消除、降低危險，使用更安全的原料，采用更安全的工藝條件，進(jìn)行容錯設(shè)計，盡可能消除產(chǎn)品缺陷，降低人為操作失誤、機(jī)械故障和蓄意破壞造成危險的可能性和事故后果。不同行業(yè)的危險源不同，導(dǎo)致事故的風(fēng)險因素也不盡相同，先期開展本質(zhì)安全設(shè)計的行業(yè)根據(jù)自身的特點提出了較為系統(tǒng)的設(shè)計原則、程序和評價方法。

在設(shè)計原則上，化工、石油化工等過程工業(yè)領(lǐng)域，提出了5項技術(shù)原則：①消除原則，消除所有危險物質(zhì)；②最小化原則，不使用或使用最少量的危險物質(zhì)；③替代原則，采用安全的或危險性小的原料、設(shè)備或工藝替代或置換危險的物質(zhì)或工藝；④緩和原則，采用相對安全的過程操作條件，以降低危險物質(zhì)的危險性；⑤簡單化原則，采用更簡單和友好型單元以降低出錯和誤操作的機(jī)會等。在過程工業(yè)生產(chǎn)裝置領(lǐng)域，本質(zhì)安全設(shè)計的技術(shù)原則主要有避免產(chǎn)生多米諾效應(yīng)、杜絕不正確的安裝、使操作者清楚了解裝置/設(shè)備的狀態(tài)、容忍操作失誤、采用較少的儀表和較簡單的控制系統(tǒng)，以及所有裝置的控制系統(tǒng)其軟件應(yīng)該一致等。

在具體實踐中，盡管根據(jù)技術(shù)原則開展了本質(zhì)安全設(shè)計，但是并不能完全消除風(fēng)險，還需要采取相應(yīng)的安全措施使風(fēng)險處于可接受范圍內(nèi)。一般考慮設(shè)置多層防護(hù)，例如為了確保核電站的安全, 在本質(zhì)安全設(shè)計的基礎(chǔ)上采用4道屏障和5道防線等多重安全防護(hù)策略。國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC 61511《機(jī)能安全—過程工業(yè)安全儀表系統(tǒng)》中典型的過程工業(yè)防護(hù)層，在本質(zhì)安全設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)置了6道防護(hù)層：①基本過程控制系統(tǒng)；② 監(jiān)測報警系統(tǒng)；③安全儀表系統(tǒng)；④機(jī)械防護(hù)；⑤結(jié)構(gòu)防護(hù)；⑥程序防護(hù)。

在本質(zhì)安全設(shè)計程序上，強(qiáng)調(diào)全生命周期，每個階段都有相應(yīng)的重點工作內(nèi)容和管理制度。

在本質(zhì)安全評價方法上，先后出現(xiàn)了指數(shù)型評價方法、模糊理論型評價方法及圖示型評價方法等。

編輯部：本質(zhì)安全這種理念在管道行業(yè)經(jīng)常被提及，據(jù)我們了解，至今還沒有形成行業(yè)特有的設(shè)計原則、遵循的程序和評價方法。請您就構(gòu)建管道行業(yè)本質(zhì)安全設(shè)計體系談?wù)劸唧w思路。

王學(xué)軍：本質(zhì)安全設(shè)計首先需要全面認(rèn)識所設(shè)計的系統(tǒng)，這樣才能有針對性地進(jìn)行危險源識別。在構(gòu)建管道行業(yè)本質(zhì)安全設(shè)計體系中，要著重分析把握管道行業(yè)存在的以下特點。

（1）天然氣管道正在由單條管道、區(qū)域管道向全國管網(wǎng)發(fā)展。截至2020年，國內(nèi)已建成天然氣管道10.2萬千米，除了部分新建管道外，已建管道分別由中石油、中石化、中海油以及各省市建設(shè)，可能存在重復(fù)建設(shè)、結(jié)構(gòu)不盡合理等問題。同時為了實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，天然氣將是重點發(fā)展的清潔能源，合理利用沿海LNG、四川頁巖氣等資源，保證天然氣供應(yīng)、改善環(huán)境將是今后一段時間的主要任務(wù)。為此需要統(tǒng)籌考慮，加快互聯(lián)互通，形成天然氣全國一張網(wǎng)。

（2）輸送介質(zhì)易燃易爆并朝著多樣化發(fā)展。管道輸送的油品或氣體其閃點或燃點都較低，一旦泄漏遇到火源后很容易發(fā)生燃燒和爆炸。油品泄漏還會污染土壤和水體造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。隨著國家新能源、碳減排等政策的出臺，今后管道輸送的介質(zhì)將更加多樣化，例如輸氫管道、摻氫/混氫管道、二氧化碳管道等都將陸續(xù)建設(shè)。

（3）輸送方案朝著高壓、大口徑、高鋼級發(fā)展。提高壓力、加大管徑均可提高單管輸量，從而提高輸送效益。與之相應(yīng)的需要提高管道強(qiáng)度。目前國內(nèi)已建設(shè)管徑1422 mm，壓力12 MPa，鋼級L555M的管道。這類管道儲存大量的能量，是一種危險源。

（4）管道沿線自然和社會環(huán)境多變。國內(nèi)已建管道橫跨東西，縱貫?zāi)媳保�途�?jīng)高山峽谷、平原、水網(wǎng)、沙漠等各種地形地貌，通過人煙稀少的西北地區(qū)、地質(zhì)條件復(fù)雜的西南山區(qū)、人員分散聚居的西南/華中/東北地區(qū)及人員密集的沿海地區(qū)，今后建設(shè)的管道仍然需要繼續(xù)分布在上述區(qū)域中。管道所處環(huán)境不同，其風(fēng)險也有所區(qū)別，失效后果差異也較大，應(yīng)該區(qū)別對待。

根據(jù)上面分析的管道特點及其風(fēng)險因素，在本質(zhì)安全設(shè)計中應(yīng)考慮以下原則。

（1）先整體后局部原則。全國形成天然氣一張網(wǎng)是目前管道建設(shè)的重點，為此，先要考慮整張網(wǎng)的運行安全和供應(yīng)安全，要在整合資源、細(xì)化市場的前提下合理布局管道。在人口密集區(qū)域，可與城市管網(wǎng)結(jié)合，將高壓管道布置在城市邊緣，通過城市管網(wǎng)滿足用戶需求。建設(shè)規(guī)模可考慮管容余量，重要通道考慮備用，保證管網(wǎng)有充足的運輸能力和靈活調(diào)運能力。然后，根據(jù)單條管道在整個管網(wǎng)中的定位，結(jié)合不同區(qū)域管道的環(huán)境條件以及管道特性，有針對性地分析可能存在的風(fēng)險，開展本質(zhì)安全設(shè)計。

（2）全生命周期原則。管道本質(zhì)安全設(shè)計從項目規(guī)劃開始，要貫穿全生命周期可行性研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、材料/設(shè)備制造、施工、運行及報廢的整個過程。每個階段有其重點任務(wù)和工作程序。整個過程是一個從宏觀到微觀、從整體到細(xì)節(jié)、由淺入深由虛到實的過程，同時也是一個風(fēng)險不斷被識別、不斷被評估和應(yīng)對的過程。

（3）全要素原則。管道本質(zhì)安全設(shè)計涉及工程的所有物理要素，包括輸送工藝和自動控制，站內(nèi)總圖布置、工藝流程、安全儀表系統(tǒng)及其他輔助設(shè)施，線路中的一般管段、穿跨越管段及特殊地形地貌和地質(zhì)條件的管段等。要保證工藝、材料、設(shè)備、安全系統(tǒng)等自身的本質(zhì)安全，降低事故概率。要保證施工、檢測裝備的安全可靠和技術(shù)先進(jìn)性，以保證工程建設(shè)質(zhì)量。

除了物理要素外，人是本質(zhì)安全設(shè)計的決定因素。為此，要求設(shè)計人員具備相應(yīng)的資質(zhì)，施工、檢測等各個環(huán)節(jié)的人員取得崗位資質(zhì)，運行人員需經(jīng)過培訓(xùn)以降低誤操作的概率。同時，與本質(zhì)安全相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及最佳實踐也應(yīng)逐漸建立，以設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和持續(xù)總結(jié)保證管道本質(zhì)安全。

（4）全過程原則。實現(xiàn)本質(zhì)安全設(shè)計還需建立完善管理制度，開展全過程管理，執(zhí)行設(shè)、校、審制度，履行文件放行審批程序和材料/設(shè)備訂貨招標(biāo)程序。施工過程落實施工監(jiān)理、焊口檢測、隱蔽工程檢查、施工驗收等程序。運行階段健全管道巡護(hù)、高后果區(qū)管控、完整性管理、第三方施工監(jiān)護(hù)、人員培訓(xùn)、管道報廢等制度。

編輯部：構(gòu)建管道行業(yè)本質(zhì)安全設(shè)計體系，需要建立一套科學(xué)的本質(zhì)安全設(shè)計程序，對此您是怎么考慮的？

王學(xué)軍：設(shè)計是本質(zhì)安全的源頭，施工是保障，運行是保持，只有相關(guān)方各負(fù)其責(zé)，才能實現(xiàn)本質(zhì)安全設(shè)計的初衷。下面是一張管道本質(zhì)安全設(shè)計流程圖，它貫穿于管道從規(guī)劃到報廢的全生命周期。為方便大家理解，我作一簡要說明。

在規(guī)劃階段，要通過管網(wǎng)層面的評估，明確待建管道的定位，初步分析可能的風(fēng)險因素。

在可行性研究階段，重點是遵循法律法規(guī)，開展管道選線和站址選擇，并及時開展環(huán)境影響評價、安全預(yù)評價、地質(zhì)災(zāi)害評價等專項評價，保證路由和站址的依法合規(guī)，同時要開展風(fēng)險因素識別，高后果區(qū)識別等工作。

在初步設(shè)計階段，要優(yōu)化工藝流程、操作程序，合理布置總圖，以及路由細(xì)化、穿跨越精細(xì)化設(shè)計、高后果區(qū)管控，并開展HAZOP、SIL、LOPA、QRA等評價分析。對于高鋼級管道、氫氣管道、二氧化碳管道等，要做好線路用管的選擇和焊接工藝的確定工作。

在材料/設(shè)備制造階段，要細(xì)化技術(shù)要求并嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)格書的要求制造，對于新材料、新設(shè)備還要組織鑒定，必要時駐廠監(jiān)造。

在施工圖階段，主要落實初步設(shè)計方案、安全評價報告及評審意見、HAZOP分析報告的建議措施、SIL定級報告措施，開展管道結(jié)構(gòu)優(yōu)化、可施工性審核，提出焊接總體要求、數(shù)字化交付等。

在施工階段，重點是按圖施工、嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝、保質(zhì)保量完成管道防護(hù)施工、對設(shè)計變更開展安全評估，并組織安全條件驗收、施工數(shù)據(jù)采集和交付等。當(dāng)前高鋼級管道的現(xiàn)場焊接、山區(qū)管道防護(hù)工程等是施工階段實現(xiàn)本質(zhì)安全的重點環(huán)節(jié)。

在運行階段，開展完整性管理、管道巡護(hù)、定期檢測、風(fēng)險評價和預(yù)先維修，消減安全風(fēng)險，保持管道本質(zhì)安全狀態(tài)，并及時向設(shè)計單位和施工單位反饋管道事故、故障及處理情況，為改進(jìn)本質(zhì)安全設(shè)計提供基礎(chǔ)資料。

編輯部：您剛才系統(tǒng)介紹了構(gòu)建管道行業(yè)本質(zhì)安全設(shè)計體系的總體思路，這對我國管道行業(yè)從源頭上改進(jìn)和提升本質(zhì)安全來講具有重要意義。為此您還有哪些設(shè)想和建議？

王學(xué)軍：一是完善本質(zhì)安全設(shè)計/評價方法。本質(zhì)安全評價應(yīng)該分層次，首先是整個管網(wǎng)層面的評價，目前還沒有成熟的模型和方法。然后是單條管道層面的評價，國內(nèi)有相關(guān)研究但是還不成熟。單條管道各子系統(tǒng)的評價方法相對成熟，工藝系統(tǒng)有HAZOP、RAM等方法，安全儀表系統(tǒng)有LOPA、SIL等方法，管道線路有定性、半定量和定量風(fēng)險評價方法等。在管道線路設(shè)計上，國際上正在研究采用安全等級替代地區(qū)等級。

二是要加快管道事故（事件）數(shù)據(jù)庫建設(shè)。本質(zhì)安全設(shè)計需要遵循PDCA過程（即策劃—實施—檢查—反饋四個過程）。數(shù)據(jù)為這個循環(huán)過程提供了基礎(chǔ)保障。數(shù)字化可以提供管道全生命周期的所有信息，其中包括事故數(shù)據(jù)。事故數(shù)據(jù)一方面為改進(jìn)設(shè)計提供直接借鑒，另一方面也為安全評價和完整性管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為此應(yīng)加快建立我國管道事故（事件）數(shù)據(jù)庫。

三是積極推進(jìn)智能管道建設(shè)。智能管道建設(shè)是在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和管道數(shù)字化基礎(chǔ)上，通過精準(zhǔn)感知運營狀態(tài)和內(nèi)外部環(huán)境，統(tǒng)籌全局智能輔助決策，支撐管道安全輸送和高效運營。智能管道建設(shè)是實現(xiàn)本質(zhì)安全的重要抓手，要以站線一體化三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計為源頭，集成采辦、施工、運維數(shù)據(jù)，構(gòu)建管道數(shù)字孿生體，通過數(shù)字化和智能化技術(shù)應(yīng)用，形成管網(wǎng)系統(tǒng)泛在感知、安全評價、應(yīng)急處置等新型安全能力，以提高運維效率，增強(qiáng)管道的安全可靠性。

建議從行業(yè)層面制訂和完善管道本質(zhì)安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)其系統(tǒng)性、全面性、技術(shù)適用性和銜接一致性。同時針對上述問題開展進(jìn)一步研究，持續(xù)完善管道本質(zhì)安全理念，盡快建立管道本質(zhì)安全技術(shù)和評價管理體系，不斷提升管道本質(zhì)安全水平。

編輯部：感謝您接受我們的采訪。