基于燃氣智慧管網的管道完整性管理之探索與實踐摘要：管道完整性管理是管道安全運行的可靠保障，依靠信息化和物聯網等智能化的技術手段，建立智慧管網，持續推動管道完整性管理。一、概述油氣管道完整性管理始于20世紀70年代的美國，90年代初期在諸多油氣管道應用完整性管理技術指導管道維護，2001年出臺ASMEB31.8S《輸氣管道系統完整性管理》，2009年12月4日頒布了《城鎮燃氣管道完整性程序》（2010年2月12日正式生效），建立了從法規到標準的一套較為完整的體系，實現了對油氣管道建設和運行的全過程安全管理監督；目前管道完整性管理已經成為全球管道技術發展的重要內容，但我國在這方面起步較晚，尤其是城鎮燃氣管道完整性管理方面，尚未形成一套系統、綜合以及具有適用性的完整性評價和管理體系。為此，港華燃氣集團借鑒油氣管道完整性管理經驗，依靠信息化和物聯網等先進的技術手段，探索實現基于燃氣智慧管網的管道完整性管理。二、基于智慧管網的管道完整性管理體系城市燃氣管道完整性管理是指管道運營商在管道的設計、施工、運行、檢修維護的各個環節，面對不斷變化的因素，進行數據采集、風險識別與評價、完整性評價、風險消減與維修維護、效能評價等流程（見圖1），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。管道完整性管理是一種系統的管理工程，應貫穿管道全生命周期。圖1完整性管理工作流程智慧管網就是基于互聯網、物聯網的感知、交互功能，實現管道數據資料采集、存儲的數字化、網絡化、可視化和信息化，進而實現管網運營分析決策的智能化管理。具體而言，就是基于工程現場數據采集系統、數據采集與監控系統、地理信息系統、資產管理系統、巡檢系統等對管道的設計、施工、運行、維護、檢修全生命周期實施數字化、信息化管理，并提供決策支持和服務。建立和應用智慧管道系統對燃氣管道實現智能化管理，從而形成管道完整性的系統管理，是燃氣行業的發展趨勢。二、基于智慧管網的管道完整性管理實踐港華燃氣集團根據燃氣管道完整性管理工作流程，以原有及新建信息化系統為支撐，努力實現各個環節信息化，打造智能管道完整性管理。數據采集與整合完整性管理數據收集、整合是完整性管理的基礎工作，可為完整性管理實施打下堅實基礎，數據應包含管道全生命周期不同階段、不同種類和各種屬性，并應在源頭采集。1.1基于工程現場數據采集系統的管道建設期數據采集管道建設期數據采集內容包含管道屬性數據、管道環境數據、施工過程中的重要過程及事件記錄、施工記錄及評價報告等。我們通過GIS系統采集管道的屬性及環境數據，通過研發工程現場數據采集系統采集工程施工過程現場數據信息（見表1），并根據基于預置的工序檢查標準包，使用手持設備現場檢查，對現場工序逐條檢查并可記錄測量數據及按工序拍照，詳實的記錄各關鍵工序的施工狀況，然后基于設計資料、施工過程的各類記錄、評價報告以及測繪數據（同時采集基礎地理數據及周邊人口、行政等數據）輸入系統，將系統記錄單據按照竣工資料的要求格式打印存檔并轉移至其他系統，目前該系統已在港華集團完成研發并投入應用。表1港華燃氣集團工程現場數據采集系統功能內容功能模塊內容項目資源管理項目信息；承包商人員、設備登記及檢查；資源分配安全、質量檢查基于工序進行的巡查；監理記錄：平行檢驗、旁站記錄、巡查施工記錄及驗收管理現場照相測量數據錄入工序報驗變更、簽證記錄、工作聯系單信息錄入資料輸出竣工資料監理報告電子版圖片文檔2）基于安全運營管理系統（TMS-SOM系統）的管道運行期數據采集管道運行期間采集的數據包括管道屬性數據、管道環境數據、管道檢測維護管理數據。港華集團開發利用了TMS-SOM平臺采集這些數據，該系統是基于實物資產管理的平臺，它通過登記管理設備設施信息數據，記錄設備設施的巡檢、維修、故障、運行等業務信息，實現設備設施全生命周期的運維管理，并使資產設備管理工作規范化和流程化，并且該平臺與GIS、巡檢系統等進行接口連接。圖2港華燃氣集團TMS-SOM系統架構巡查人員將管道日常運行狀況、第三方工程施工、違規占壓、泄漏測量等管道沿線屬性數據及環境數據的采集錄入管道巡檢系統，然后將部分數據同步到TMS-SOM系統（見圖1）；然后由TMS-SOM系統完成日常檢查與隱患排查的信息記錄、完整性維護、維修管理、定期檢驗、風險消減等管理及預警提醒功能，實現了燃氣管道數據采集及資產管理的目標。圖1TMS-SOM系統與巡檢系統同步此外，TMS-SOM系統與GIS系統建立了一對多的卡片對應關系，從而實現運維動態數據與管道地理空間坐標信息的對齊，通過帳對實物進行關聯和統一。2風險識別與評價管道風險評價是指用系統的、分析的方法來識別管道運行過程中潛在的危險、確定發生事故的概率和事故的后果，從而確定完整性評價和實施風險消減措施的優先順序，并在措施完成后再評價，以反映管道最新風險狀況，確定措施有效性。首先，我們根據開展風險評價的最初原因和關注的問題，確定管道風險評價的對象并進行危害因素識別，我們完成了故障樹標準化工作，為后續事故分析統計打下基礎。故障樹見表3（以主干管為例）。表3管道故障樹分類故障現象危害因素故障現象危害因素主干管（埋地）接口漏氣制造缺陷標示貼/樁、安全警示牌等破損、丟失制造缺陷施工缺陷施工缺陷第三者破壞操作失誤腐蝕設備及零部件老化、性能劣化其它缺陷第三者破壞母材本體漏氣腐蝕不可抗力/自然力破壞制造缺陷維護不良施工缺陷其它缺陷第三者破壞管道埋深不足、外露設計缺陷不可抗力/自然力破壞施工缺陷其它缺陷第三者破壞管道穿越密閉空間設計缺陷不可抗力/自然力破壞施工缺陷維護不良第三者破壞其它缺陷違章占壓防腐層缺損制造缺陷維護不良施工缺陷其它缺陷設備及零部件老化、性能劣化管道與其它管線共溝設計缺陷第三者破壞施工缺陷其它缺陷第三者破壞第三者工程違章占壓違章占壓維護不良其它缺陷其它缺陷管道沉降施工缺陷第三者破壞第三者破壞第三者破壞不可抗力/自然力破壞不可抗力/自然力破壞違章占壓違章占壓維護不良其它缺陷其它缺陷與其它市政管線、設施、周邊建構筑物間距不足設計缺陷腐蝕施工缺陷施工缺陷設備及零部件老化、性能劣化違章占壓不可抗力/自然力破壞維護不良其它缺陷其它缺陷管道定位不準操作失誤發現占壓違規物（管道被封藏）設計缺陷維護不良施工缺陷其它缺陷違章占壓示蹤線斷裂制造缺陷維護不良施工缺陷其它缺陷設備及零部件老化、性能劣化信號井埋沒/損壞施工缺陷第三者破壞設備及零部件老化、性能劣化其它缺陷第三者破壞變形制造缺陷不可抗力/自然力破壞施工缺陷違章占壓第三者破壞維護不良不可抗力/自然力破壞其它缺陷超壓超載確定評價對象、識別危害因素之后，我們需要進一步分析失效可能性及失效后果，判定風險等級，我們目前在線下采用直觀半定量法進行評價，綜合考慮管材、連接方式、壁厚、保護形式、安全間距、埋深、管道年限、漏氣、腐蝕等故障因素，制定各因素的評分細則并設定權重，進行風險評價（見表4）。下一步我們將結合信息化的應用，通過日常運維數據的記錄和統計分析，實現量化評分，讓評估更準確。表4港華燃氣管道風險評估因素因素比重分數評估得分A管材0.75B管道保護0.5C管道壁厚與操作壓力0.75D管道接駁方法0.75E管道與建筑物距離1F管道年限1.25G土壤情況1H管道埋深和路面0.5I泄漏類別1.5J漏氣次數2總分最后基于風險等級，提出風險控制方法和消減措施建議，降低管道風險值，使管段風險值降低到可接受的程度。4、完整性評價完整性評價包括檢測與評價兩部分，是基于風險的檢測和評價。城市燃氣埋地管道因遭受很多內在和外在因素破壞，使其設計壽命嚴重受到威脅，內在因素包括如制造過程中的質量問題等；外在因素包括如腐蝕、外力破壞、管理不善等，因此管道使用壽命和剩余使用壽命問題越來越受到重視。為此，我們制定了完整性評價的檢測周期要求及方式，次高壓及中低壓管道采用直接評估，高壓管道采用內檢測和直接評估，然后將檢測記錄納入TMS-SOM記錄管理，并設置檢測周期到期提醒功能。圖3TMS-SOM檢測記錄管理及到期提醒功能5、風險消減與維修維護根據風險評價和完整性評價等結果制定管道巡護、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，并納入TMS-SOM系統管理進行工單管理（見圖4、圖5），以復查、計劃性維修、維修維護等工單跟進方式工作行為及措施能夠有效消除安全風險。圖4巡檢復查圖5預防型維護對于運行時間長、事故頻發，有證據表明存在大量缺陷但無合適方法進行完整性管理的管道，應評估管道是否可以繼續使用，當評估結果顯示不適宜繼續使用時，管道宜報廢。對于已停用的管道，重新啟用前應進行完整性評價。6、效能評價管道完整性管理效能評價是指對完整性管理系統進行綜合分析，把系統的各項性能與任務要求綜合比較，最終得到系統優劣程度的結果。我們通過TMS-SOM系統管理的統計分析功能定期開展效能評價確定管道完整性的有效性，并對泄漏、管體不可接受缺陷，對管道安全造成影響的周邊環境變化或附屬設施損壞及其他造成重大經濟損失的情況等失效次數、頻率以及相關原因進行統計分析（見圖6），形成記錄并逐年進行比較，從而確保完整性管理的實施的有效性和量化質量控制的有效性。圖6TMS-SOM系統管道失效原因統計分析三、基于智慧管網的管道完整性管理的完善構想目前，雖然現有的燃氣管道巡檢系統、SCADA系統、GIS系統、工程現場數據采集系統、TMS-SOM系統等已基本搭建好接口，可以基本支撐完成燃氣管道完整性管理，但應用尚處于起步階段，需推動系統的應用助力管道完整性先實現信息化管理，并基于此基礎完善評估模型，開發相應的評估系統與TMS-SOM銜接，最終搭建一個具有自主智能分析決策功能的管道完整性管理技術平臺，以進一步提高管道完整性的智慧化管理。四、小結隨著我國燃氣管道數量的劇增以及老化，管道安全運行