搜索
城市燃气管道完整性管理体系建设董绍华博士2016年10月管道失效案例（1）美国新泽西州（1994）天然气管道气体着火400－500英尺高的火焰毁坏了8幢建筑破裂处以前发生过机械损伤，造成壁厚减薄管材为脆性材料管道失效案例（2）事故前事故后华盛顿（1999）管道失效案例（2）华盛顿（1999）汽油管道3人死亡以及250000加仑汽油泄漏汽油漏入河流并且着火燃烧破裂处是从有机械损伤的地方开始的以前的在线内检测曾检测出这处损伤管道失效案例（3）美国新墨西哥州（2000年）天然气管道爆炸并且气体被点燃造成12人死亡这段管线于1950年建造在破裂处可以发现明显的内腐蚀缺陷2004年陕京线榆林神木附近（1）第三方损坏（2）无人员伤亡(3)神府公路封闭（4）损失50万方天然气管道失效案例（4）目录一、城市燃气管道特点二、管道完整性管理的理解三、城市燃气管道完整性体系四、城市燃气管道的完整性检测与评价五、城市燃气管道定量风险评价技术六、城市燃气高压管道完整性管理平台七、小结伴随着陕京管道系统、西气东输、忠武等输气管道的建成和广东LNG项目的投产，中国的城市燃气市场得到了较快发展，城市燃气开始步入了主要利用天然气的时代。为进一步改善城市环境，已确定了“改变以煤为主的能源结构，大量引进天然气”的基本方针，实施了发展锅炉煤改气、天然气汽车灯一系列环保工程。天然气销售量逐年上升、使用范围和地域不断扩大。一、城市燃气管道特点一、城市燃气管道特点一、城市燃气管道特点随着燃气事业的发展，天然气的应用领域由最初的居民炊事、公共服务业用户，扩展到采暖、制冷、汽车、工业、发电等，用气结构发生了很大变化。一、城市燃气管道特点输配流程主要为：通过门站接收上游输送来的天然气，经净化、加臭、计量、调压、储存后，输送到燃气管网，经逐级降压，最终将符合标准的天然气交付用户和CNG使用。一、城市燃气管道特点一、城市燃气管道特点城市燃气分高压管道和低压管道之分，高压天然气管道一般与长输管道的设计标准是一致的，但市政管网建设和运行，执行标准与长输管道有很大的区别，管道的通过能力和清管维护的标准也不一致，为了更好的开展城市燃气管道的完整性管理，充分理解长输管道和城市燃气管网的差异是非常重要的。长输管道与城市燃气管道有以下明显差别:(1)长输管道通常为单管,阀门和变径管很少。城市燃气管道多为环状、枝状,阀门、三通及凝液缸等管件密布,管道变径较普遍。(2)长输管道通常为一次同期建成,有完备的勘察设计、施工监理、竣工验收程序,质量相对均衡且缺陷较少。城市燃气管道则随着城市建设的进展逐步形成,且不断拓展。由于投资来源复杂,设计、施工和验收标准往往参差不齐,质量缺陷相对较多。一、城市燃气管道特点(3)长输管道通常铺设在野外,周边环境的改变通常为平滑过渡,容易把握,且杂散电流影响较小。城市燃气管道周边环境复杂,环境的改变有时为突变,另外,城市杂散电流干扰很普遍且严重。(4)长输管道和国外燃气管道有完备的管理体系,其日常管理侧重于阴极保护,发现电位异常时即开始整改。国内城市燃气管道管理相对薄弱,日常管理侧重于巡线检漏,即使发现问题，由于涉及市政管理诸多方面,处理手续较为繁杂,隐患往往无法及时消除。一、城市燃气管道特点由于天然气具有易燃易爆的特点，其管线大多埋于地下，受周边环境影响大，安全隐患若不及时处理，一旦发生重大事故，后果严重。确保燃气管线安全稳定运营、避免次生灾害的发生，关系到经济和社会的发展，关系到人民群众的生活和社会的稳定，关系到城市功能的有效发挥，这也是建设和谐社会的必然要求。一、城市燃气管道特点由于管线的违章占压、第三方破坏屡禁不止，原有巡检模式僵化。大量老旧燃气管线进入事故多发期。新管线投产等带来管理理念的新课题。一、城市燃气管道特点结合国情、生产运行与设备实际情况，当前安全生产形势严峻。针对目前城市燃气管道管理现状，特别是目前城市绕城高压天然气管道的建设,有必要建立管道完整性管理体系，使生产管理程序化、标准化、科学化,提高整体的管理水平。一、城市燃气管道特点要保证管道的:安全性可靠性适用性完全可控预防性维护积极有效的维修高效经济管理长效应急反应机制效益最大化管道完整性管理的理解－动力二、管道完整性管理的理解管道完整性定义：•管道始终处于安全可靠的工作状态；•管道在物理上和功能上是完整的；•管道处于受控状态；•管道公司不断采取行动防止管道事故的发生；•管道完整性与管道的设计、施工、运行、维护、检修和管理的各个过程是密切相关的。二、管道完整性管理的理解管道完整性管理：•管道公司通过不断变化的管道因素，对天然气管道运营中面临的风险因素进行识别和技术评价，制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内。•具体通过科学的设计、监测、检测、检验、检查等方式和各种技术的应用，获取与专业管理相结合的管道完整性信息，以可靠性为中心，对可能造成管道失效的威胁因素进行管道的完整性评价，指导维修决策和维修。二、管道完整性管理的理解设计、建设和改进检测、测试、检查、检验维修、维护分析、评价管道数据信息持续改进管道完整性管理的要素循环完整性管理程序管道潜在危险识别数据收集、检查和综合风险评价所有危险评价完整性评价完整性评价响应和减缓NoYes相应的技术架构设备和PLC’sSCADA信息化的维护管理平台（EAM、GIS等）历史性数据库事后反应基于事件维护性基于时间预测性基于预测以可靠性为中心将事件、时间、预测三者结合进行优化价值规范操作国际水平完整性管理的发展过程管道的失效概率设计、建设测试与试运行设计寿命失效概率运行与维护时间管道在整个运行周期内的失效概率，如下图所示：采用先进管理模式-完整性管理管道失效模式时间失效概率完整性管理标准、规范传统的管理模式下，管道投产初期和设计寿命期失效概率较高，在运行期失效概率较低，如采用先进的管理技术，则管道的失效概率在整个生命周期内是平稳变化的，如下图所示：三、城市燃气管道完整性管理体系城市燃气管道完整性管理体系包括：•城市燃气管道的危害分析•数据的收集和整合•城市燃气管道的风险评价•城市燃气管道的完整性检测三、城市燃气管道完整性管理体系•城市燃气管道的完整性评价（外防腐层检、超声导波检测、开挖抽检）•城市燃气管道的修复•风险再识别、再评价•城市燃气管道完整性管理平台•建立管道完整性管理体系文件四、城市燃气管道的完整性检测与评价城市燃气埋地管道因遭受很多内在和外在因素的破坏，使其设计寿命严重地受到威胁。内在因素，如管道本身的擦痕、划痕、压痕等机械损伤，管道轧制过程中的质量问题；外在因素，如地下管道受到腐蚀、人为破坏、管道运行管理不善等。目前，美国、英国和加拿大等西方油气城市管道大国均面临着管道老化、变质等问题，管道使用寿命和剩余使用寿命问题越来越受到重视。四、城市燃气管道的完整性检测与评价地下腐蚀管段四、城市燃气管道的完整性检测与评价管道持续运行过程中管道母体金属和焊接部位原始机械性能（金属连续性、含缺陷程度、金属可塑性、冲击韧性、剩余壁厚和应力变形等）与管道运行时间有一定关系。运行5～10年，钢材性能无明显变化，并保持在稳定水平上；运行超过10年，塑性和刚性开始降低；运行到20年时，母体金属相对收缩率降低30％，焊缝相对伸缩率降低25％。冲击韧性降低20J/cm2（降低额定要求值）。因此，对管道强度和剩余寿命的预测很有必要。四、城市燃气管道的完整性检测与评价为保持管道预期设计寿命，燃气管道作业者都制定了严格的管道定期检测和日常维护计划，同时十分重视管道的管理、检查和维护工作。德国采用统计分析法，对历年来的管道缺陷进行系统的统计分析，将取得第一手现场资料用于完整性的模拟研究。四、城市燃气管道的完整性检测与评价管道剩余使用寿命的预测，适用于城市燃气干线管道工作寿命的基本概念是个别地段的剩余使用寿命。对个别管道的持续运行寿命进行诊断，不仅可预防未来可能发生的故障，而且会对管道运行制度和预检修措施进行正确的规划。在很多情况下，还可使这段管道在降低负荷的条件下继续利用其有效期。因此，应该把对个别管道剩余使用寿命的预测工作作为管道运行和技术维护这一管理系统的组成部分。四、城市燃气管道的完整性检测与评价国外城市管道的设计寿命一般为33年，线路截断阀（如球阀）仅为20年。与设计寿命密切相关的是油气管道的诊断问题，而对管道可靠性的分析必须建立在对管道金属和焊接强度特性的分析以及对某一管段承受荷载范围的研究之上。为此，应将管道整个线路划分成各自不同的典型地段，地下管道可划分为复杂地段与一般地段。管道结构的可靠性关键在于焊接部位。统计分析表明，原苏联管道焊接事故中的40％～45％发生在环缝焊接部位。四、城市燃气管道的完整性检测与评价管道剩余使用寿命的评估以及风险评价方面，风险评估的有效方法是“打分记录法”。这种方法的实质为，按照管道尺寸、技术条件、土壤类型和管道沿线的人口密度状况，将管道全线划分为若干个典型地段，然后按外破坏、管道腐蚀、设计要求和误操作四个指标，采用百分记录法（0～100％）逐段、逐项打分，最后进行综合评比，以评估该段管段的危险程度。四、城市燃气管道的完整性检测与评价对于剩余强度的计算方法，国内外一般采用现行的套用标准计算法，DNV、API579、ASMEB31.G所开发这种计算机软件来完成损坏模型及其极限强度分析，以预测已损试件的剩余强度及引发应力。四、城市燃气管道的完整性检测与评价对城市燃气管道做完整性评价是延寿管理的一种重要手段，也是对燃气管道进行维护的科学基础，完整性评价的目的是将城市燃气管道的各方面情况综合考虑，给出城市燃气管道的薄弱点。4.1设计、建设期的完整性评价（1）燃气高、中、低压管网试压评价（16公斤以下）①按《天然气管道试压规范》、《管道站内工艺管线工程施工及验收规范》（SYJ4002-90）来确定试压的情况，确定管道的强度试压和严密性试压的情况。②试压中有无泄露现象，泄露的位置，薄弱环节。③试压时是否发现焊缝渗漏，是否进行焊缝修补及焊缝检验，试压合格后，用压缩空气进行扫线，排除管线内部的积水。四、城市燃气管道的完整性检测与评价4.1设计、建设期的完整性评价（2）燃气管道焊接情况评价①焊接检验评价。按标准规范，工作压力大于或等于4Mpa，直径大于200mm的直管段环形焊缝，需进行100%的超声检验，工作压力大于或等于4Mpa，直径小于200mm、大于或等于100mm的直管段环形焊缝，需进行50%的超声探伤检验，所有超声探伤需进行5%的射线复查。②压力容器检定情况评价。确定站场压力容器的检定周期和频率以及内容，X-射线片子的评定是否合格。四、城市燃气管道的完整性检测与评价4.1设计、建设期的完整性评价（3）设计规范评价确定设计、施工、运行是否按《城镇燃气输配工程施工及验收规范》、《城市燃气安全管理规定》、《城镇燃气设计规范》、《管道防腐层检漏试验方法》、《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》、《钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准》、《埋地钢质管道外防腐层和保温层现场补口补伤施工及验收》。四、城市燃气管道的完整性检测与评价4.2运行期的完整性评价（1）材料性能的安全评价•管线材料的金相组织是否有无异常；•管线材料的力学性能是否达到标准GB9711要求；•管线材料的韧性是否低于防止管道脆断和长距离剪切断裂的要求；•管线材料的维氏硬度（HV10）值是否符合ISO3183-3要求。四、城市燃气管道的完整性检测与评价4.2运行期的完整性评价（2）剩余强度和剩余寿命评价四、城市燃气管道的完整性检测与评价（2）剩余强度和剩余寿命评价0123456050100150200缺陷长度（mm)缺陷深度(mm)四、城市燃气管道的完整性检测与评价4.3外防腐层的安全评价（1）土壤腐蚀性检测评价（2）阴极保护状况评价（3）防腐层地面检漏评价（4）防腐层状况检测评价四、城市燃气管道的完整性检测与评价4.4其他因素的评价对于第三方破坏和地质灾害以及环境影响