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管道研究

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意大利SNAM公司管道完整性管理实践

来源:《管道保护》杂志 作者:考青鹏 金建国 戴联双 时间:2019-7-15 阅读:

考青鹏1 金建国2 戴联双1

1.中石油管道有限责任公司; 2.中国石油西南管道公司

 

 

SNAM公司是意大利国有天然气基础设施建设和运营管理公司, 2001年在米兰证交所上市,意大利政府股比19%,中国国家电网股比11%,其余70%上市,主营业务包括输气、储气和LNG气化。公司总部设在米兰,总人数约3 000人、总部人数约400人。拥有意大利94%的输气管网,长3.25万 km,年输气量达751亿 m3;拥有9座储气库,工作容量167亿 m3; 3座LNG接收站,气化能力87亿 m3/a。

天然气中40%从俄罗斯进口,其他从利比亚、阿塞拜疆、尼日利亚和奥地利等国进口。公司运行的管网分为国家管网和区域管网,其中国家管网运行里程9 600 km,管径从900 mm到1 400 mm,压力从2.4 MPa到7.5 MPa;区域管网运行里程为22 900 km,管径大于80 mm,压力范围为0.5 MPa到2.4 MPa。

SNAM公司已有75年的运行历史。基于CEN/TS15173欧洲标准[1]对管道完整性的通用要求实施管道完整性管理(PIMS),包括国际和意大利的法规文件、国际技术标准、公司技术标准、公司程序文件和体系文件等内容,涉及整个设计、施工和运行的全生命周期的实施过程,目标是维持管道的完整性,确保天然气输送安全和可靠。


1 管道完整性管理过程

1.1 管道完整性管理循环

管道完整性管理(PIMS)包括危害识别、模型和准则的定义、持续监控和数据收集、基于数据的完整性评估、维护维修、持续改进。

(1)危害识别:识别可能威胁管道完整性的事件;确定每种类型危害的预防、检测和缓解措施。

(2)模型和准则的定义:确定可接受的准则;建立监控每个参数(如频率、仪表和设备)的模型。

(3)持续监控和数据收集:通过特定的工具或者技术方法对管道资产状态监控数据进行收集;规划和执行特定工具的操作和维护活动。

(4)基于数据的完整性评估:通过数学模型、行业标准、公司标准等进行数据分析和评估;与可接受准则进行比较,评估是否需要采取额外的措施。

(5)维护维修:采取合适的措施将管道资产恢复到可接受的程度。

(6)持续改进:根据风险分析模型、相关技术方法和标准规范要求,持续更新和完善监测手段和方法。

1.2 危害识别

危害识别将失效模式分成了7类,分别是外部干扰(机械破坏)、土体移动、腐蚀、缺陷(工程、材料和施工过程中产生的)、误操作和维护不足、错误的带压开孔、其他(森林火灾、雷电等),并通过预防、检测和采取针对性的缓减措施来应对识别的危害。

同时,针对不同的失效模式采取的针对性措施分为3类,分别是预防(第三方损坏防护、加大埋深、巡护、适用性评价、阴极保护、标识桩、防护栏、及其他主动的防护措施)、检测(巡护、土体移动监测、穿河检测、内检测、振动监测、应变监测、位移监测、运行参数监控等)、缓减(管道修复、涂层、降压、应力释放等)。

1.3 模型和准则的定义

定义异常、可接受准则和操作模式。其中异常是 指由于各种原因导致管道本体或焊接结构偏离完整性的特征,包括可接受的异常和不可接受的异常。可接受准则是SNAM公司使用多种方法和模型来识别导致系统发生故障的不可接受异常,通常可接受准则由行业专家通过评估不可接受异常对管道系统安全性和可靠性的影响来确定。操作模式是通过多种方法和工具,考虑管道系统的运行历史情况,在一定周期内对管道运行的各项参数进行监控,并持续进行优化的模型。

1.4 持续监控和数据收集

通过周期性的巡护、土体移动监测、河道检查、雇佣第三方的专业调查、管道内检测、应变监测、位移监测、以及运行各项参数的监控来获取数据。

1.5 基于数据的完整性评估

根据不同的风险类型,结合多种检测和监测获取的数据,建立不同的评估模型来执行管道完整性评估。通常这个阶段需要结合经验丰富的专家现场访问获取的资料信息。

1.6 维护维修

根据完整性评估的结果确定采取合适的措施降低不可接受异常对管道影响的程度,包括异常管理、维护措施管理、地质灾害风险管理、管道风险管理等。

1.7 持续改进

SNAM公司持续改进和优化完善目前使用的危害识别模型、完整性评估模型、维护维修措施和检查/监测模型,并积极参加国际组织和工作组对于标准规范和新异常评估模型的开发。


2 管道内检测

SNAM公司的管道内检测主要包括几何、漏磁和中心线检测(IMU),主要检测服务商为德国Rosen公司。 Rosen公司在完成管道内检测后,除了提供常规的检测结果,还提供一个KMS文件。 KMS文件可以直接铺设在Google earth地图上,结合SNAM公司定制化的Google earth pro用户端,可以方便地查看和浏览内检测结果,并可以通过坐标信息直接定位缺陷位置,管理非常便捷。

SNAM公司应用管道内检测的历史可以追溯到1973年首次试验性应用,其他重要节点包括1984年首次在1 219 mm管道上开展内检测、 1986年首次在1 076 mm管道上开展内检测、 1990年开始将管道内检测作为管道日常维护的重要手段、 2016年检测里程(直径从219 mm~1 422 mm)超过12 300 km等。

SNAM公司非常注重管道内检测适应性改造工作。意大利政府规定新建管道16 in(406 mm)、35 km、 24 bar(2.4 MPa)以上的管段要设置清管设施,但是SNAM公司规定8 in(219 mm)、 15 km以上管道要设置清管设施。为了确保管道具备通球能力,对在役管道进行管道内检测适应性改造,包括改造阀门、适当的弯头曲率半径、可用的收发球筒等,并为内检测创造合适的流量和压力条件。

SNAM公司管道内检测周期一般为8年,遇到特殊情况亦可缩短至5年或更短。识别的异常主要包括几何变形、金属损失和位移变化,以ASME B31G评价金属损失缺陷、 EPRG标准评价几何变形。


3 腐蚀防护系统

SNAM公司新建管道采用3层PE外防腐层+强制电流阴极保护系统,共有116 000个阴保测试桩,其中在有电力线和铁路等杂散电流干扰区域、共计17 000个点位的阴保数据可以通过4G网络传至PEGASO系统,其余数据由人工收集。 PEGASO系统统计分析收集到的阴保数据,每年向政府提交报告。 SNAM公司启动并于2018年完成了“Smart PEProject”项目测试, 2019年已经开始试用。

补口采用热收缩带,主要厂家有 C A N U S ACOVAVENCE DENSO。在定向钻穿越段管道,SNAM公司开始使用玻璃纤维作为管道外保护层。

SNAM公司在阴极保护测量技术方面遵守EN 12954[2]和 ISO 15589-1[3],在涂层防护方面遵守ISO 21809-1[4]和ISO 21809-3[5] ,在阴极保护有效性验证和远程监控方面遵守AEEG 177/2014/R/Gas : APCE guidelinesfor CP gas pipeline。


4 管道保护

4.1 巡护

SNAM公司管道检修和巡护主要由48个维修中心负责,通过EAM、 SAM、 SAP等信息系统实现人力资源、设备物资等调度管理。该公司的巡护管理比较简单,巡护的频次相对较低,如图 1所示。


图 1  SNAM公司管道巡护频次

采用飞机巡护方式,须检查沿管道中心线两侧各约40 m宽土地内的任何异常情况。

(1)管道上方:沿管道中心线两侧各10 m范围内的活动。

(2)靠近管道:沿管道中心线两侧各10至40 m范围内的活动。

(3)远离管道:沿管道中心线两侧各超过40 m,未来可能影响管道安全运行的工程活动。

采用车巡和徒步巡护方式,以及时发现并报告损害管道完整性和潜在风险的情况。

4.2 安全距离

SNAM公司管道完整性管理中没有高后果区的概念,在通过建构筑物和特定场所等人员密集场所时根据《非超高密度天然气输送的设计、施工、运行和监测技术规则A0,8》的规定设置一定的安全距离,其设置原则与管径和压力有关。在管道建设期通过土地所有人的土地时采用签订合同的方式明确管道路由的主权,一般签订周期为30年。管道与建构筑物的法定间距如表 1所示。


SNAM公司将超过300人的建筑物或建筑群定义为城镇/村庄,将超过100人的社区建筑(如医院、学校、酒店、商场和办公楼等)定义为人员密度高的建筑。输气管道与城镇和人员密度高的建筑应保持100 m的间距,如果间距不足100 m,则应考虑增加套管等保护措施。

4.3 套管

SNAM公司在管道干线穿越不同的地域时,应用套管的情况比较多,也是管道保护的一种重要方式,套管的作用主要有以下几个方面。

(1)防止第三方损坏,增加管道抵抗外力的能力。套管与管壁之间用橡胶垫隔离和支撑,进行填充,套管两端设置了通气孔,可避免油气在套管内积聚。

(2)应用在穿越铁路、公路、其他硬化路面等地段,一方面加强管道的抵抗力,另一方面将套管内这段管道可能发生的泄漏通过排气管引到合适的空旷地带进行泄放,避免泄漏气体窜入敏感区域。

(3)在管道与建构筑物的距离不足法规规定的情况下,可通过增加套管缩短距离。法规规定的距离是根据压力、管径等参数确定的,同时还需要考虑管道泄漏气体的泄放路径。


5 总结与建议

SNAM公司的完整性管理流程与国内当前提出的“六步循环”基本一致[6],都融入了持续改进和不断完善的理念,在管道管理过程中发挥了积极的作用。同时, SNAM公司对于完整性管理的驱动力更加充足,开发了标准和文件管理的IT系统(“e-Doc NGI”),每名公司员工都可以通过IT系统(“e-Doc NGI”)查询到完整性管理体系文件和标准。在完整性管理体系文件和标准升版和起草过程中,所有的技术部门和操作维修部门都可以向技术标准规范管理部提出申请,个人可以通过对技术标准发生影响的其他渠道提出新编和升版的需求。

“开放共享”是SNAM公司建立的各个系统之间的最大优势,底层GIS系统的全面开放进一步为各系统之间的数据通道奠定了良好的基础,可以便捷地通过坐标将实物资产与建立的虚拟模型关联起来。同时,也为管道完整性管理充分发挥作用提供了平台,如管道内检测数据可以直接加载在公开的地图系统中,方便巡护和运维人员及时关注风险点。

建议国内对不具备内检测条件的管道启动内检测适应性改造工作,从设计开始优化保护套管的应用,进一步提升管道建设的理念和策略,加强管道地图系统的开放共享。

 

参考文献:

[1]  CEN/TS 15173:2015《Gas supply systems-Frame ofreference regarding pipeline integrity managementsystem(PIMS)》 .

[2]  BS EN 12954:2001《Cathodic protection of buried orimmersed metallic structures》 .

[3]  ISO 15589-1:2015《Preview Petroleum, petrochemicaland natural gas industries -- Cathodic protection ofpipeline systems -- Part 1: On-land pipelines》

[4]  ISO 21809-1:2011《Petroleum and natural gasindustries -- External coatings for buried or submergedpipelines used in pipeline transportation systems -- Part[1][2][3][4][5][6]1: Polyolefin coatings (3-layer PE and 3-layer PP)》 .

[5]  ISO 21809-3:2016《Preview Petroleum and naturalgas industries -- External coatings for buried orsubmerged pipelines used in pipeline transportationsystems -- Part 3: Field joint coatings》 .

[6]  冯庆善. 管道完整性管理实践与思考[J]. 油气储运,2014, 33(3):229-232.

 

作者:考青鹏, 1985年生,毕业于天津大学信息管理与信息系统专业,现工作于中石油管道有限责任公司,主要从事财务管理相关工作。

 

 

 

 

 

 

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