摘要: 本文介紹了油氣管道完整性管理技術的發展及主要內容，分析了城鎮燃氣管網完整性管理的現狀及存在問題，介紹了“超大城市燃氣管道完整性關鍵技術及應用研究”項目的主要研究內容及創新性成果，從而為城鎮燃氣行業的安全運行管理提供參考。

1.油氣管道完整性管理技術介紹

油氣管道運輸作為最便宜、最便捷的運輸方式，在油氣運輸行業應用極為廣泛。然而油氣管道管理領域的相關技術還不完善，油氣管道會因外部環境、施工質量等影響因素而受損，從而造成火災、中毒、爆炸等安全事故的發生，進而產生巨大的經濟損失甚至造成大量人員傷亡。為了對管道安全進行監督，降低管道安全事故發生率，國外發達國家提出了評估管道可行性和風險性的概念，并逐步形成較為健全的管道完整性管理技術[1]，直至21世紀初，我國開始針對油氣管道完整性管理技術進行探討，并提出完整性理念[2]。管道完整性管理經過國內外多年的研究和實踐，已經成為當前國際上最為認可的管道安全管理模式。隨著GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規范》等國標、行標的頒布施行，管道完整性管理不僅成為了規范管道運行管理者的主要管道安全模式，而且也得到了政府和公眾的認可，滿足了政府和公眾對管道安全管理的要求[3]。

管道完整性管理是以管道安全、設施完整性和可靠性為目標并持續改進的系統管理體系，其內容涉及管道設計、施工、運行、監控、維護的全過程，并貫穿管道的整個生命周期，通過對管道進行完整性檢測、評估與修復管理，可以充分了解管道的安全狀況與關鍵風險源，從而采取相應的管理辦法和防范措施，將事故后整治和搶修變為事前診斷和預防，不斷改進和提高管道的完整性，達到保障管道安全經濟運行的目的[4]。管道的完整性管理包括基礎信息整理、危險因素識別、風險評價與分級、高風險減緩措施、成效評估及結果匯報等流程，如圖1所示[5]。通過獲取專業管理所需的管道完整性信息，制定相應的控制對策，不斷改善識別到的不利影響因素，采取各種措施，使管道在物理和功能上是完整的，始終處于安全可靠的受控工作狀態，最終達到持續改進、減少和預防管道事故發生、經濟合理地保證管道安全運行的目的。

圖1 國外管道完整性管理七步循環法

2.城市燃氣管道完整性管理現狀與問題

隨著我國城市化建設飛速發展和能源革命有力推進，燃氣行業發展迅速，城市燃氣管道作為國民經濟發展和人民生活保障的資源和能源大動脈，具有城市生命線的重要地位。北京、上海、廣州等人口數量超過1000萬的國內超大城市面臨著燃氣管網規模巨大、結構復雜、管控困難、事故頻發的巨大壓力和挑戰。2021[6]年6月13日發生在湖北十堰的燃氣爆炸事故，造成26人死亡，138人受傷，經濟損失和社會危害巨大，敲響了全國尤其是超大城市燃氣管道安全管理的警鐘。《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》提出突破核心技術，保障地下管線安全運行，提升超大城市燃氣生命線的風險管控能力已成為保障城市公共安全的重點方向。

超大城市燃氣管道的完整性管理是確保燃氣生命線時刻處于安全可靠服役狀態的重要舉措，是近年來世界各國燃氣行業的研究熱點。燃氣管道完整性管理中的風險評價技術以及管理手段需要不斷優化才能適應城市的發展，提高風險管理工作，保障社會效益。超大城市的燃氣管道在設計、施工、管理上有自身固有的特點。超大城市燃氣管網布局復雜，干管、支管、入戶管縱橫交錯，管道壓力等級差異大，且受多種載荷共同作用。另外，超大城市燃氣管道通常敷設在人口稠密地區，地表覆蓋層大多為水泥或瀝青路面，管道遭受自然力條件影響較少，但周邊環境復雜，一旦發生泄漏、火災、爆炸事故，會造成嚴重的人員傷亡和財產損失。并且由于電力和交通運輸業的飛速發展以及地理位置的限制，燃氣管道與高壓交流輸電線路或交流電氣化鐵路臨近敷設的情況日益增多，城鎮燃氣管道還受到地鐵、其他埋地管線等構筑物的直流雜散電流干擾，其遭受的交流干擾越來越嚴重，從而對管道產生了不可忽視的危害[7]。因此，超大城市燃氣管線因其自身具有的這些特征，為城市燃氣的安全運行增加了難度，對燃氣管線的管道完整性管理提出了的更高的要求。

超大城市燃氣管道泄漏檢測、風險評價及高風險點修復作為完整性管理的重要組成部分，在保障燃氣管網安全運行，減少事故發生，保證人民生命財產安全方面發揮著重要的作用。目前超大燃氣管網面臨著“泄漏點定位難”、“完整性評價難”、“風險管控難”三大技術難題，具體體現為國內燃氣管道泄漏點檢測精度低，ppb級高精度泄漏檢測長期受到國外技術壟斷；超大城市燃氣管網規模巨大、結構復雜、影響因素多且不同壓力級制管道風險因素差異大，缺乏系統完善的超大城市燃氣管道風險評價模型與方法；此外燃氣管道泄漏點快速修復翻轉內襯技術工藝及材料長期依靠國外進口，急待國產化技術的研發。因此，結合現有的成熟技術和管理現狀，建立超大城市燃氣管道的完整性管理體系，實施燃氣管道完整性管理是工程上的迫切需求。

3.超大城市燃氣管道完整性關鍵技術及應用

針對超大城市燃氣管網完整性管理面臨的“泄漏點定位難”、“完整性評價難”、“泄漏快速修復難”三大技術難題，開展了超大城市燃氣管道完整性關鍵技術及應用研究，歷時10年，形成了系列具有完全自主知識產權的核心技術。

超大城市燃氣管網錯綜復雜、縱橫交錯，要完全避免泄露的發生非常困難，因此燃氣管網完整性管理工作的要點要從控制管道泄漏和防止泄漏轉化為事故這兩方面開展，即重視泄漏檢測工作，通過泄漏檢測即使發現和處置泄漏，避免泄漏演化為火災、爆炸等危害事故。目前國內燃氣管道泄漏點檢測精度低，ppb級高精度泄漏檢測長期受到國外技術壟斷，針對此，自主研發了基于光衰蕩腔移動氣體ppb級高精度檢測技術及設備，突破了ppb級高精度泄漏檢測長期國外技術壟斷；開發了基于車載高精度泄漏云圖分析的地面逸出區域定位算法和示蹤劑泄漏精準定位方法；建立了從地上到地下立體化泄漏檢測技術體系，形成了行業標準《CJJ/T215-2014城鎮燃氣管網泄漏檢測技術規程》和《T/CCES24-2021城鎮燃氣管網泄漏評估技術規程》，燃氣管道的泄漏點定位精度由10米級提高到米級，減少開挖工程量90%，將發現漏氣到消除漏氣點隱患的時間縮短了70%。

圖2 燃氣泄漏車載高靈敏度激光檢測設備

圖3 車載高精度泄漏云圖分析地面逸出區域定位技術流程圖

圖4 基于北斗的立體化泄漏檢測體系示意圖

超大燃氣管網風險因素（管網規劃、管道設計、第三方破壞等）復雜，且城市環境各不相同，燃氣管道特性也有所差異，增加了建立燃氣管道風險評價方法和模型的難度，削弱了管道風險評價的效用性、準確性和科學性。目前超大城市燃氣管網完整性管理體系中的風險評價方面尚未形成系統完善的燃氣管道風險評價模型與方法，因此針對超大燃氣管網特征，分別建立了低、中、高三種壓力機制的燃氣管網泄漏風險多因素耦合模型、防腐層破損點分級評判模型及地面沉降復合預測預警模型，構建了超大城市燃氣管道風險評價與完整性管理平臺，實現了超大城市燃氣管網從事件預防到風險管控質的轉變，為管道的運行、檢測、維修、更換提供全面可行的依據，使北京市的燃氣泄漏率由2011年的10.5次/千公里降低到2020年的4.6次/千公里。

圖5 低、中壓力機制燃氣管道泄漏風險多因素耦合模型

圖6 高壓管道基于最小控制單元的泄漏風險動態預警模型

圖7 埋地燃氣管道防腐層破損點腐蝕危害分級綜合評判模型

圖8 超大城市燃氣管道風險評價與完整性管理平臺

根據超大燃氣完整性管理的風險評價的結果制定管道巡護、缺陷修復以及第三方損壞風險控制、自然與地質災害風險控制以及腐蝕風險控制等方案。一般來說，及時維修存在缺陷的危險管道是降低城市燃氣泄漏風險的重要技術手段。燃氣管道維修需要借助專業的管道維修技術，快速修復技術具有環保性高、成本低、技術先進、可行性高、工期短等有點而廣泛應該用于超大城市燃氣管網中。但目前燃氣管道泄漏點快速修復翻轉內襯技術工藝及材料長期依靠國外進口，急待國產化技術的研發。圍繞城市燃氣管道快速修復關鍵技術及成套設備開展了研發工作，發明了不停輸、非焊接永久性智慧套筒外修復技術工藝及裝備；研發了管狀紡織覆膜復合材料，打破了管道翻轉內襯修復材料全部依靠進口的被動局面；構建了燃氣管道內、外雙重修復技術體系，主編了行業標準《CJJ/T147城鎮燃氣管道非開挖修復更新工程技術規程》和地方標準《DB11/T1136城鎮燃氣管道翻轉內襯法施工及驗收規程》，有效延長管道運行壽命30年以上。

圖9 燃氣管道智慧套筒搶維修技術

圖10 非開挖管道修復內襯材料和工藝

圖11 開發不停輸堵漏系列技術和裝備

北京市燃氣集團有限責任公司聯合中國石油大學（北京）、北京科技大學等單位，充分發揮“產、學、研、用”平臺優勢，圍繞超大城市燃氣管道完整性關鍵技術及應用開展了系統研究，攻克超大城市燃氣管網完整性管理面臨的“泄漏點定位難”、“完整性評價難”、“泄漏快速修復難”三大技術難題，實現超大城市埋地燃氣管網泄漏點精準定位，風險評價，完整性管理以及快速修復關鍵技術與成套設備，為提升超大城市燃氣生命線安全管理水平提供了重要保障。

4.參考文獻

[1]王盼鋒,常明亮,陳偉聰,李明德.淺析油氣管道完整性管理技術研究與應用[J].天然氣技術與經濟,2022,16(02):44-49.

[2]董紹華.中國油氣管道完整性管理20年回顧與發展建議[J].油氣儲運,2020,39(03):241-261.

[3]楊昊. 城市燃氣管道完整性管理的設計與研究[D].華南理工大學,2013.

[4]張玲,吳全.國外油氣管道完整性管理體系綜述[J].石油規劃設計,2008(04):9-11.

[5]張鵬.油氣管道完整性管理體系研究進展[J].化工管理,2017(15):9-11.

[6]湖北十堰“6·13”重大燃氣爆炸事故調查報告公布[J].安全與健康,2021(11):20-22.

[7]張季娜,楊玉鋒,張華兵,魏然然.城鎮燃氣管道完整性管理及技術進展[J].中國設備工程,2018(15):178-179.