城市燃气管道完整性管理体系研究

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 （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。

在破裂处可以发现明显的内 腐蚀缺陷
管道失效案例（4）
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
目
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
录
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
二、管道完整性管理的理解
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；
•
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。
管道完整性管理的要素循环
持续改进
设计、建设 和改进
维修、维护
管道数据信息
检测、测试、 检查、检验
分析、评价
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、API 579、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。
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20 J/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。
管道在整个运行周期内的失效概率，如下图所示：
设计、建设 测试与试运行 运行与维护 失 效 概 率 时间 管道的失效概率
设计寿命
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：
标准、规范
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
4.1 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
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
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
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。
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）
华盛顿（1999）
事 故 前
事 故 后
管道失效案例（2）
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ISO 3183-3要 求。
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
No
所有危险评价
Yes
完整性评价
完整性评价响应和 减缓
完整性管理的发展过程
国际水平 规范操作 价值 预测性 以可靠性为中心
将事件、时间、预测 三者结合进行优化
事后反应
基于事件
维护性
基于时间
基于预测
相应的技术架构
设备和PLC’s SCADA 历史性数据库 信息化的维护管理平台 （EAM、GIS等）
完整性管理
失 效 概 率
时间
采用先进管理模式-完整性管理 管道失效模式
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
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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
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。
•
• •
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：
•
பைடு நூலகம்
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
一、城市燃气管道特点
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
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。