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管道研究

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德国天然气管道安全管理经验及启示

来源:《管道保护》杂志 作者:吉建立 何仁洋 杨永 曾维国 时间:2019-3-19 阅读:

中国特种设备检测研究院


德国在天然气管道管理、标准与技术方面具有较高的水平和成熟的经验。欧洲《管道技术》杂志以专刊形式,系统地介绍了德国天然气管道的发展现状和安全管理经验,对我国油气管道保护和安全管理具有借鉴意义。


1 发展现状

德 国 是 西 欧 多 国 天 然 气 输 送 的 过 境 通 道(图 1),拥有完善的天然气输送和配送系统,境内天然气管网非常发达(图 2),天然气管道总长达55万公里,高压输送管道(工作压力1.6兆帕以上)约4万公里[1]。德国人口8 200多万、国土面积35.7万平方公里,但是其天然气管道总量与我国天然气管道 相当[2]。管道建设也存在人多、地少、路由紧张的问题,与当前我国面临的路由选择困难有相似之处。

                

德国从1978年开始建立了管道事故/事件报告制度和管道失效数据库。据德国供气供水技术协会(The German Technical and Scientific Association forGas and Water, DVGW)统计,从1981年至2011年近30年天然气管道事故率降低了90%(图 3),事故率仅为0.01起/千公里·每年,其中高压输送管道的事故率仅为输配管道的2.2‰,管道安全管理水平非常高。这主要得益于两个方面:一是DVGW制定了更高的质量、安全标准并有效实施;二是城市输配管网中大量使用聚乙烯管道(PE管)代替原来的铸铁 管。事故原因排序见图 4 [3-5]

                  


2 监管机制及法规标准体系

德国联邦经济事务和能源部(德国能源部,BMWi)下设联邦网络设施局(Bundesnetzagentur)负责电力、铁路和天然气管网等基础设施的管理。德国联邦环境、自然保护、建筑和核安全部(德国环保部, BMUB)对管道建设项目的规划、立项进行审批。德国联邦材料研究和测试研究院(BAM)是德国能源部所属的联邦高级技术研究机构,德国环保部依托BAM成立管道咨询委员会(AFR)主要负责就管道技术问题向BMUB提出建议,并提出符合现有技术水平的技术规则。 DVGW是一个非盈利技术协会,由来自燃气供水企业、制造企业和研究机构1 300多家会员单位组成,主要负责天然气行业新技术研究,健康、安全及环保技术标准制定,技术监督,检测,认证及培训,是德国能源部授权的标准化机构,制定的技术规程/规范(DVGW rules)具有强制性; DVGW也是德国天然气领域国家标准的制定机构,其制定的天然气标准符合欧洲标准化委员会CEN/ TC 234“天然气基础设施-功能要求”的规定。德国技术监督机构(TüV)、材料检验机构(MPA)和DVGW是法律授权的政府检验机构,技术监督协会制定的联合规范(VdTüV)也是公认的技术规范[5]

德国天然气管道安全相关法规标准体系主要分为法律、条例、技术法规和标准等4个层级。在标准方面,有国家标准(DIN)、ISO标准、企业标准等,构成了完整的天然气管道标准体系,标准可操作性很强[5,8]。另外,欧洲标准主要由德国标准和英国标准(BS)转化而成,因此很多德国的管道标准已转为欧洲标准和国际标准,标准国际化水平较高。


3 安全管理经验

3.1 综合的管道安全理念

德国的管道安全保护层如图 5所示[5]

主要经验有:(1)预防原则,采用严格的监管保证管道安全。(2)通过立法明确保护目标、要求和各方责任。(3)在管道建设和运营过程采用被广泛认可的技术法规和标准。主要安全技术措施有:(1)提高安全系数,增加壁厚,加大安全裕量,其天然气管道设计系数最高仅为0.625。(2)安装紧急切断阀。(3)要求焊缝100%检测。(4)必须进行压力试验。(5)人口密集区加密设置地面标识和警示标准。(6)增加管道埋深,最小埋深不小于1米。(7)采用防腐层+阴极保护的腐蚀防护措施,并加强焊缝防腐补口质量检测,开展阴保效果监测。(8)缩短地面和空中巡检的频率。(9)采用先进的管道内检测技术进行检测。(10)开展泄漏检测。(11)开展应力测试。(12)加强全过程质量监督等[3,5]。德国相关法规并未对管道“最小安全距离”作出规定,但是要求设置管道防护带,具体规定见表 1。特殊情况下,采用相应措施后,可以调整防护带的范围。管道保护带内不允许有建筑物、不允许施工、不允许开展有损管道和影响管道运行一切活动。

关于管道是否要规定“最小安全距离”,在德国国内也存在一定争议。 2011年, BAM指出管道应当规定“最小安全距离”,但是DVGW坚持认为确保管道本质安全是可行之道,同时还通过多年管道失效统计数据进行分析,验证了这一安全理念[5]。管道咨询委员会在《管道空间规划》(AfR-02 , 2009年7月)中指出强制性全面推广基于风险的方法计算安全距离没有必要,但是在一些特殊地段、特殊场景进行危害和安全分析是可行的。

3.2 建立多体系融合的技术管理体系

D V G W 颁 布 了 技 术 管 理 体 系 指 南 ( D V G WG1000),该指南结合最新法规标准要求,制定了系列工作指南、检查表和问卷调查表等工具,帮助企业开展自我评估和改进提升,消除管理漏洞,增强技术合规性,减少责任风险,尤其是管理高层的责任风险。在企业自我评估达标基础上,经DVGW专家审核合格后,颁发TSM(Technical Safety Management)证书,证书5年换证一次,中间不需要定期内审、管理评审,企业只需要按照“做原则(do-principle)”,以实践为导向,在日常工作中贯彻落实,不需花费过多的时间进行体系维护,因此, TSM体系更注重实效。取得TSM证书也标志着企业管理符合法规要求,达到监管部门的期望[6-7]

Open Grid Europe是德国最大的天然气管道公司,运营管理的管道超过1.2万公里。该公司从1996年开始先后建立了质量、环境和安全管理体系, 2003年按照DVGW G1000的要求,建立综合管理体系,2008年又结合EN 16348要求,将线路和站场全部纳入完整性管理体系(IMS),统筹完整性管理体系(IMS)和应急相应计划(ERP)构建了企业安全管理体系(SMS)。 Open Grid Europe的综合管理体系模块结构如图 6所示,综合管理体系发展历程见图 7[7]

                

3.3 聘请专家开展技术监督

按照德国《高压气体管道条例》,天然气管道在规划、建造、试运行、使用、维护和报废都等环节都要接受第三方专家的技术监督,确保工作质量。技术监督由德国技术监督机构(TüV)和材料检验机构(MPA)的授权检验人员负责。在管道规划阶段、建造阶段、试运行阶段、运行阶段、管道报废阶段,均需专家通过核查、检验、测试、评价,确认企业工作符合要求后,出具验收证书。在管道改线等特殊情况发生时,还需要专家开展风险评估,并提出措施 建议 [8]

3.4 多措并举预防第三方损坏

第三方开挖损坏是德国威胁管道安全的主要风险因素,80%的第三方开挖损坏管道的事故都是“人为错误”造成的。因此,德国采取了以下措施。(1)建立统一的电力线路、油气管道、供水管道等管线地理信息登记制度,协调管道建设与城市规划需要,预防第三方损坏。(2)建立管道信息问询门户网站。2015 年,来自化学、高压气体和石油部门的 17 家管道公司创立 BIL eG,并于2016年建立德国首个免费管道信息门户网站,用于施工前查询周边的管道信息,预防第三方损坏。(3)开始研制“第三方损坏防护系统”,目标是研制基于物联网的第三方开挖报警器和安全联锁装置,在挖掘机或农用机械靠近管道时可发出警报,提醒机械操作员,在危机关头安全联锁装置可以采取紧急制动措施,防止进一步损坏,预防管道事故发生。(4)加强沟通、宣传和教育。一方面加强对施工机械操作人员安全教育,增强安全意识;二是加强对社会公众沟通和教育,增进互信,增强公众的安全意识和风险意识[9-10]

3.5 运用完整性管理等先进技术

德国培育了一批世界知名的技术服务公司,如Rosen、 NDT Global、 3P Services等等,拥有世界顶级的管道内检测技术及清管技术,开发了漏磁、超声、 涡流和电磁超声等系列内检测器,解决了一些具有挑战性管道的内检测技术难题。近些年Rosen公司还开发了定量管道风险评估模型(QPRAM)和资产完整性管理软件(ROAIMS),探索人工智能、大数据挖掘在管道内检测数据分析、管道完整性数据管理方面的应用,通过数据对齐和深度挖掘,提高数据利用率和潜在价值,一方面可准确掌握管道本体的完整性状态,另一方面可提高管道风险评估的可靠性,为企业开展风险管控和隐患排查治理提供科学的决策依据。通过这些先进技术的开发和应用,大大提升了管道完整性管理的效能[11]


4 德国经验给我们的启示

(1)树立以本质安全为核心的综合安全理念。德国坚持综合安全理念,以严格的标准、严格的监督、严谨的工作态度,建设高质量的管道,保证本质安全,解决了人多、地少的管道建设难题,这为破解我国油气管道建设路由紧张的难题指明了发展方向。当前我国的管道安全既有“内忧”,也有“外患”。因此,一方面要以更严格的标准、更严格的管理、更严格的监督,建设高质量的管道,同时在管道运行中采用先进的技术开展完整性管理,提升管道本质安全水平;另一方面要在管道规划、建设和运行中充分考虑自然灾害、地区等级升级等外部影响因素,建立系统的自然灾害和第三方开挖预防措施,保障管道安全和公共安全[12]

(2)建立多体系融合安全管理体系。德国管道企业注重建立多体系融合管理体系,“重”实践,“轻”审核,运用体系化的管理工具提升管理效能,降低管理风险,保证安全、环保的目标得以实现。而我国当前多数管道企业的管理体系还不完善, HSE、安全生产标准化、完整性管理等体系存在工作重叠交叉、体系相互冲突矛盾等问题,因此,建议管道企业应强化顶层设计,建立多体系融合的安全管理体系;政府监管部门可采信第三方评级结果,根据评级结果开展基于风险的监督,优化监管资源配备,提升监管效能。

(3)其它措施建议

一是发挥专家资源,依靠行业力量。德国天然气管道行业在新技术研究、标准制定、技术监督、检测、认证及培训等方面充分发挥DVGW、 TüV、BAM等行业机构的作用和专家资源。第三方机构可以培养专业队伍,提供专业化服务,便于整合行业资源,有利于在政府和企业间传递互信[13]。当前我国正在大力发展高新技术服务业,但是国内服务于管道行业的第三方技术机构的规模和能力总体还比较弱,应予以大力扶持和发展。

二是建立管道失效事故/事件数据库。欧洲、北美都有管道失效事故/事件报告制度,建立了几十年的事故数据,为法规标准制修订、定量风险评估提供了数据支持,当前我国尚未建立管道失效数据库,影响行业技术进步,要积极呼吁尽早建立。

三是加快先进技术研发和应用。当前国内在管道裂纹缺陷内检测、定量风险评估、高强钢管道适用性评价、站场完整性管理等方面的技术还不够成熟,因此,需要加大投入力度,加强协作联合攻关,在管道建设和运行阶段,充分运用最新先进的技术成果,提升管道安全的技防水平。


参考文献:

[1]Gas transmission [EB/OL]. [2018-12-25]. ttps://www.fnb-gas.de/en/transmission-systems/gastransmission/gas-

   transmission.html.

[2]国家统计局2016年天然气管道长度 [EB/OL].[2018-12-25]. http://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01&zb=A0B04&sj=2016.

[3]Alfred Klees、Anika Groos. Ensuring the TechnicalSafety of Gas Infrastructures in Germany[J].PipelineTechnology Journal,

   2018(5):8-15.

[4]Frank Dietzsch. Integrated Safety Concept of DVGWin Terms of Statistical Verification of Incidentsy[J].Pipeline 

   Technology Journal,2018(5):16-21.

[5]A. Groos, M. Kurth, D. Jagozinski, Dr. M. Steiner.DVGW safety concept for construction, operation,maintenance of high-

   pressure gas pipelines[J].Pipeline Technology Journal,2018(5):22-28.

[6]Peggy Zeppei. The Advantages of DVGW TSM-aTechnical Safety Management System[J].PipelineTechnology Journal,2018(5):

   30-33.

[7]Michael Steiner. Implementing the Integral DVGWSafety Concept at Open Grid Europe[C].PipelineTechnology Conference 2017,

   Berlin.

[8]Christian Engel. Enhanced Safety throughexpert assessments[J].Pipeline Technology Journal,2018(5):34-37.

[9]Jens Focke. BIL-the Germany-wide informationsystem for pipeline enquiries[J].Pipeline TechnologyJournal,2018(5):38-43.

[10]Jürgen Schmidt,Natalie Schmidt,Johannes Biernath.Pipeline Security: Public Awareness and Mitigationof Third Party 

    Accidents[J].Pipeline TechnologyJournal,2018(5):44-49.

[11]Ricardo Almandoz, Debora Veitia. Application ofProactive Risk Management in Pipeline Integrity[J]. Pipeline Technology 

    Journal,2018(5):50-60.

[12]德国 [EB/OL]. [2018-07-30].https://baike.baidu.com/item/%E5%BE%B7%E5%9B%BD/147953?fr=aladdin.

[13]国家统计局第六次人口普查数据 [EB/OL]. [2018-12-25].http://www.stats.gov.cn/tjsj/pcsj/rkpc/6rp/Indexch.htm.


作者:吉建立,1984年生,高级工程师,主要从事压力管道法规标准、完整性管理及相关技术研究。

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