《管道保护》编辑部：系统思维是一种宏观整体思维方式。一个个体，一个企业，一个国家，任何一个相对独立的事物，我们都可以将其看作一个系统来研究。管道既是线性工程，也是一个庞大的系统。对于管道安全问题，不能按照线性思维采取“头痛医头，脚痛医脚”的办法。本期我们特别邀请到了中国石油大学（北京）管道技术与安全研究中心主任董绍华教授，请他结合自己多年实践和研究体会发表对这一问题的看法，以飨读者。

编辑部：管道本质安全是实现油气输送安全和公共安全的重要基石。您认为提升我国管道本质安全水平的途径是什么，还面临哪些挑战？

董绍华：1978 年，英国化工安全专家 Klet首次提出“本质安全”概念，即指在工艺设计阶段提高工厂安全，从根本上消除风险，而不是被动地接受风险或附加保护设施减小风险，这个概念得到普遍认可，并沿用至今。

管道本质安全可以理解为，管道系统本身具备的安全性、抗风险能力和系统韧性，即使处于人因影响或故障状态下，仍具有自保护的能力。例如，当管道断裂失效时，管道干线截断阀迅速启动自动关断程序，从参数上控制管道失效过程并果断采取应急防护。又如，在站场设备操作过程中，如果出现超压情况，ESD将启动自保护功能，立即放空泄压，实现压力稳定控制。

实现管道本质安全有以下几个途径。一是基于管道内外部输送环境、复杂载荷、材料特征等因素，建立系统化安全管控模式，包括完整性管理、可靠性管理、风险管理等模式，覆盖管道设计、施工、投产、运行、报废全生命周期过程。二是基于现代信息技术，使用大数据、物联网、人工智能等手段，强化管道风险的预测预警，全方位开展风险管控。三是针对管道站场的设备设施，有效进行冗余可靠性设计、风险识别与管控、控制系统的防护以及应急与次生灾害预防等。四是通过安全防护措施，如设置隔离带等设施，降低失效后果的影响。五是通过加强各阶段程序控制和自动化管理，增加设备纠错功能，简化操作程序，减少额外安全保护装置和人为失误概率。

我国管道本质安全水平近年来有长足进步，表现为四个方面。一是HSE管理体系在管道企业全面实施，对规范操作、规范管理和减少事故发挥了重要作用。二是管道完整性管理引进推广，相继颁布了国家标准和ISO标准，全面开展了管道内检测，逐步向数字化、智能化风险识别与管控方向迈进，高后果区管控效果显著，建成了具有中国特色以风险预控为核心的管道完整性技术体系，在安全生产中发挥了重要作用。三是贯彻实施新安全生产法和管道保护法，管道企业依法依规管理，建立良好的企地合作关系，共同保障管道本质安全。四是从设计环节狠抓管道本质安全，以安全“三同时”为前提，开展基于自然灾害、地质灾害、环境、社会、水利等多个方面的专业评价，开展管道失效影响评价，规避未来运行风险。

虽然我们已经取得了显著成绩，但从近年来发生的管道事故看，管道本质安全仍然存在一些不可忽视的短板。例如第三方施工引起的管道损伤、泄漏、爆炸事故比重居高不下；密闭空间安全管控不到位导致重大人员伤亡；城乡规划不合理导致管线占压风险加剧；重特大事故时有发生等。企业管理存在“头疼医头、脚疼医脚”的问题。管道所处社会环境日趋复杂，极端天气等自然灾害对管道的影响加剧。全国管道运行“一张网”打破了“三桶油”原有的管理模式，新的治理模式需要创新和磨合。确保管道本质安全应该讲还是比较艰巨的任务。

编辑部：您刚才对管道本质安全管理水平现状和存在问题进行了全面分析，您认为应该通过哪些有效手段加以提升？

董绍华：近年来，我国已全面实施了管道完整性管理，但从近几年发生的事故来看，完整性管理依然存在盲区。一是完整性管理侧重于资产的风险管控，缺乏对思想、目标、方法、技术、组织、管理者等关键要素的重视。例如，企业各管理要素都是互相关联的，任何一个要素变更都需要考虑综合性影响，特别是管理者、思想和方法等关键要素，完整性管理几乎没有涉及。二是完整性管理领域存在局限性，主要涉及资产的预防性维护管理，如果设备设施完整性出现问题，后续的生产监控与运行、应急、投资等管理步骤都需要共同协调，仅靠完整性管理解决不了。三是完整性管理对设施的生产工艺及过程控制缺乏监督与管理，管控存在盲区。

基于风险的传统管道安全管理模式受到挑战，需要基于系统安全理论重新建立管道本质安全管控理念。系统安全思维是指采用非线性思维方式多维度审视油气管道系统的整体安全问题，恰当划定事故致因的影响因素等级，从而制定具体、有效的安全防护和应急处置管理措施。例如，当前管道环焊缝风险因素识别和定量评价是我国管道安全面临的难题。一是地质灾害引起的管道外部载荷变化，二是环焊缝本体质量因素，单纯从一个方面入手已经不能解决问题。目前我国自然灾害、地质灾害频发，路由通过区域管道安全受到极大威胁，加上高钢级管道大批量应用，带来了其可焊性和施工质量问题，以及管道环焊缝焊接冲击功CVN能否保证、抗应变能力如何评价等一系列问题。外力复杂性和环焊缝力学性能的不确定性之间发生了耦合作用，需要找到高钢级管材焊缝失效的规律和机理，并对寿命周期通过建模进行预测。这些问题如果不解决，管道本质安全难以保证。用系统安全思维能深刻认识管道本质安全问题，主要体现在以下几个方面。

一是认识掌握多因素耦合下的管道事故演化机理。管道系统结构复杂，其安全保障问题，特别是多因素引发的火灾爆炸事故、多灾种耦合作用下事故风险演化机理、灾害链式效应的蔓延控制问题，已制约了管道安全平稳运行。近年来发生的青岛中石化东黄输油管道“11·22”泄漏爆炸事故及十堰“6·13”城镇燃气泄漏爆炸事故，造成人员财产重大损失，与管道本体泄漏预防、监测、检测、维护、隐患整治，以及环境空间燃爆气体浓度集聚场所的识别和发现密切关联，暴露了相关企业日常管理的缺陷和不足。根据安全事故致因理论，事故符合蜂窝奶酪模型特征，即多因素融合或耦合时，如果隐患击穿了每个风险屏障，事故就一定会发生，只要其中一个屏障起到作用，事故则不会发生。

二是完善风险识别模式控制灾害链式效应蔓延。风险识别模式应随环境变化，动态进行管道灾害链风险评估及多灾种耦合灾害链断链减灾控制。国家管网集团公司的组建，强化全国管网一盘棋布局，不仅在运行管理方面统一调控，还在安全管理方面统一体系、统一标准、统一平台，这是安全管控一体化优势的一个方面。但统一管理也极有可能忽略个性化风险管理模式，压缩企业个性化管控空间。一般来讲，安全管控表现为95%的主要风险得以控制，但剩余5%未知或被忽视的风险往往成为最大的事故隐患。同时还表现在习惯性操作方面，这些习惯性操作在日积月累中忽视了环境的变化，风险识别还仍然按照惯性思维和传统做法。如青岛事故的应急模式基本按照开阔区域进行泄漏处置，没有考虑到密闭空间和及时进行人员疏散；十堰事故的腐蚀泄漏管道位于排水沟内部，巡检环境差，需要佩戴呼吸机进入，传统人工巡检方式已经不能胜任，巡检区域未能全覆盖成为常态。

三是运用系统安全思维开发管道风险预警技术。例如，油气管道泄漏监测与预警技术。油气管道泄漏监测与定位技术是由多学科、多技术集成的，通过多种泄漏监测方法结合使用，克服单一方法无法同时满足对灵敏度、定位准确度、实时监测报警等多项要求的弊端。此外，运用虚拟技术和仪器，进行各类测试模拟，形成不同的分析模块，建立以计算机技术为辅助的综合性监测系统，兼具测试、信号转换、数据分析、网络通信等功能，其中有效的滤波技术、信号提取、识别分析是重要内容。再如，油气管道衍生灾害快速预警技术。包括台风、洪水、雷电、地震等特殊灾种以及管道腐蚀、变形、泄漏等可能引起环境污染、爆炸、大尺度火灾等衍生灾害的危险源。开发管道危险源快速识别与衍生灾害预警系统，实现全天候实时监测与自动报警。实时监测自然灾害频发区和高后果区管道的应力、应变状态，包括应变监测、温度监测、位移监测、土压监测，及时进行应变报警、应力报警、位移报警。

四是完善本质安全标准体系强化应急管控能力。按照站场类型特点，分类制定完整性管理标准，重点突出数据采集与数据库、数字孪生体、风险管控、完整性评价、决策支持、风险消减等全生命周期管道完整性技术，通过云计算、大数据、物联网、移动网络、人工智能等现代信息技术手段，实现站场设施的风险分级管控。在管道智能化应急方面，以智能化应急理念，充分利用大数据、云平台、区块链、人工智能等前沿技术开展应急决策、应急装备研发以及应急行动，以最大限度减少人员伤亡和环境污染。当前需要开展以下研究：海底管道输送介质泄漏扩散应急处置及回收技术；复杂山地油气管道应急抢险处置机制；针对不同应用对象的便携应急智能抢险装备。

五是推动工业互联网与安全生产模式的融合。近期美国Colonial公司管道控制系统受黑客攻击导致美国进入国家紧急状态事件，表明工业互联网是管网安全运行的核心。警示我们要从管道行业风险控制和安全管理的实际需求出发，以构建工业互联网快速感知、实时监测、超前预警、联动处置及系统评估为目标，实现油气管道线路管理、站场管理、应急管理等多个场景智能化，打破各阶段各时期建设的管道“信息孤岛”，实现资产完整性管理系统、应急指挥平台等广泛互联互通，为智慧管网的建设提供数据驱动和平台支撑。当前亟待开展的工作包括：基于当前国内数字化管道、智能管网技术进展，研究建立管道全生命周期数据标准和数据库；开展智能化管道体系建设及智能管网平台设计，包括管道全生命周期资产管控、运行控制、决策支持三个方面；采用云平台、区块链等技术，构建基于多源数据的智能化管理平台，包括施工期管理、运行维护管理及大数据决策支持，整合管道全生命周期各类数据；构建完善的数字孪生模型，确保物理模型与实体模型的在线仿真模拟应用，与各企业现有的 GIS 系统、ERP 系统、PPS 系统等有机整合与集成。

编辑部：最近国家应急管理部、工业和信息化部、国家管网集团公司联合举行“工业互联网+安全生产”油气管道行业试点启动会，您对此抱有怎样的期待？

董绍华：这项活动对于促进工业互联网与油气管道安全生产紧密融合，提升油气管道本质安全管控水平具有重要意义。以下几点值得我们期待。

将助力形成全国管道一张网风险管控新模式。基于网络化、网格化、区域化的风险管控模式成为未来发展的主流。网络化就是构建管网的水力模型与风险模型，体现在供应的稳定性、可靠性方面；网格化就是构建安全管理的风险网格模型，将所有风险因素分区、分级管控，注重安全管理中风险的关联性、全面性，不遗漏；区域化的风险管控就是将风险管理按照区域布局，将投入资源合理分配，从空间上节省人力和物力。

将推动工业互联网与管道安全生产的深度融合。我国油气管道已搭建SCADA系统为核心的油气站场、阀室为控制单元的工业互联网网络，成为智能化发展的基础设施之一，管网工业互联网的安全管理成为风险管控的重中之重。通过智慧管网建设，使管网具有全面感知、自动预判、自适应、自反馈、自学习等功能特征，实现安全、高效运行。

将更好地发挥管道平台大数据决策支持作用。管道系统的一系列信息系统集成、管理程序、检测记录以及管道系统日常运行记录等被巨大的数据网络串联起来。通过建立智慧管网系统和智能化决策支持模型，利用人工智能手段，解决管道泄漏、腐蚀、自然与地质灾害影响、第三方损坏等数据的有效应用问题，获得综合性、全局性的分析结论，指导管道企业的可持续发展。

将有助于实现国家提出的碳达峰、碳中和目标。掺氢天然气技术是解决“弃风弃光”问题的有效途径之一。利用新建管网或在役天然气管网将其输送至用户终端、加气站和储气库等，可起到储能和电力负荷削峰填谷的作用，同时避免了新建输氢管道所需的高昂建造成本。在氢能输送完整性技术方面，亟待研究管网掺氢、输氢的完整性评价技术，安全预警和监测技术等，建立关于氢能利用的技术标准（如长输混氢管道设计、管网掺氢运行、安全性评价等标准）；在完整性与可靠性评价技术方面，现有钢制管道输氢的量化损伤模型、氢压理论模型、氢增塑性理论模型、氢降低键合力等理论模型需建立可行的试验方法进行长期验证。包括：管道运输传质机理与事故反演；管道完整性理论与大数据决策支持；基于管道氢能输送渗氢机理与扩散韧脆转变模型；管道系统安全抗脆弱性墒变机理。

编辑部：今年是《管道保护》创办10周年，您作为编委和作者，参与并见证了它的成长全过程，借此机会请您对大家说几句话。

董绍华：《管道保护》创办十年来，我与它结下了不解之缘。我还在北京管道公司工作时，朱行之主编就多次上门约稿，我先后在刊物上发表管理和技术文章近20篇，并获得“西气东输杯”管道保护有奖征文一等奖。我到中石大工作后，受邀担任了刊物编委，我所在的管道技术与安全研究中心作为刊物的支持单位，继续保持了密切合作。现在《管道保护》已经成为沟通管道管理者、科研工作者、政府管理者的桥梁，在管道保护领域的影响力不断提升。我们将一如既往支持《管道保护》的发展，衷心祝愿它在未来的道路上越走越宽广，为推动我国管道保护法治建设和管道保护新技术、新方法应用发挥更加出色的作用。