摘要：油氣管道完整性管理及其技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，隨著計(jì)算機(jī)、信息、管理等學(xué)科的發(fā)展，管道完整性管理技術(shù)也在不斷發(fā)生著新的變化，具有與IT技術(shù)和決策理論相融合的發(fā)展趨勢(shì)。文章在闡述油氣管道完整性管理基本理念的基礎(chǔ)上，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外完整性管理及其技術(shù)的研究進(jìn)展，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)成果，分析了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、高精度檢測(cè)技術(shù)等對(duì)于管道完整性管理技術(shù)發(fā)展的重要性。
關(guān)鍵詞：管道；完整性管理；發(fā)展趨勢(shì)
一、概述
油氣管道運(yùn)輸是我國(guó)五大運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)之一，現(xiàn)有油氣長(zhǎng)輸管道3萬(wàn)余公里，油田集輸管網(wǎng)10萬(wàn)余公里。隨著社會(huì)的發(fā)展，油氣需求量與日俱增，必然要求鋪設(shè)更多的油氣管道。眾所周知，油氣輸送管道造價(jià)很高、穿越地域廣闊、涉及的地域類(lèi)型復(fù)雜，一旦發(fā)生爆裂破壞，就會(huì)造成人員傷亡、環(huán)境污染和油氣輸送中斷等惡性事故，隨著科技的不斷發(fā)展，管道完整性管理技術(shù)已經(jīng)成為全球管道技術(shù)發(fā)展的重要手段。
管道的完整性管理不僅僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，更重要的是可以持續(xù)不斷的提高整體管理水平，管道達(dá)到設(shè)計(jì)壽命后還能繼續(xù)使用多少年，“管道的延壽管理——完整性管理”成為當(dāng)今世界管道追求效益最大化、安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要手段。
二、管道完整性管理相關(guān)理念
（一）完整性管理的定義
管道完整性管理，是為了保持管道功能完好、結(jié)構(gòu)無(wú)缺損而進(jìn)行的各項(xiàng)管理活動(dòng)，是指管道始終處于完全可靠的服役狀態(tài)。其內(nèi)涵包括3個(gè)方面：
（1）管道在物理上和功能上是完整的；（2）管道始終處于受控狀態(tài)；（3）管道運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)并仍將不斷采取措施防止失效事故發(fā)生。
管道完整性管理是對(duì)影響管道完整性的各種潛在因素進(jìn)行綜合的、一體化的管理，從而將管道運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的、可接受的范圍內(nèi)，通過(guò)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、檢驗(yàn)等各種方式，獲取與專(zhuān)業(yè)管理相結(jié)合的管道完整性的信息，對(duì)可能使管道失效的主要威脅因素進(jìn)行檢測(cè)、檢驗(yàn)，據(jù)此對(duì)管道的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)估，最終達(dá)到持續(xù)改進(jìn)、減少和預(yù)防管道事故發(fā)生、經(jīng)濟(jì)合理地保證管道安全運(yùn)行的目的。
（二）管道完整性管理的原則
（1）在設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行新管道系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)融入管道完整性管理的理念和做法。（2）結(jié)合管道的特點(diǎn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的完整性管理。（3）建立管道完整性管理機(jī)構(gòu)，制定管理流程，并輔以必要的手段。（4）對(duì)所有與管道完整性管理有關(guān)的信息進(jìn)行分析整合。（5）必須持續(xù)不斷地對(duì)管道進(jìn)行完整性管理。（6）在管道完整性管理過(guò)程中不斷采用各種新技術(shù)。管道完整性管理是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的連續(xù)過(guò)程。
管道的失效模式是一種時(shí)間依賴(lài)的模式，腐蝕、老化、疲勞、自然災(zāi)害、機(jī)械損傷等都能夠引起管道失效，必須持續(xù)不斷地對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、檢測(cè)、完整性評(píng)價(jià)、維修及人員培訓(xùn)等完整性管理。
三、管道完整性管理的應(yīng)用進(jìn)展
（一）國(guó)外進(jìn)展
1.HSE管理體系。HSE管理體系（健康、安全與環(huán)境管理體系）已經(jīng)成為國(guó)際石油界現(xiàn)行通用的管理慣例和共同遵守的管理規(guī)則，也成為石油公司進(jìn)人國(guó)際市場(chǎng)的準(zhǔn)入證。該體系最早是由石油工業(yè)國(guó)際勘探開(kāi)發(fā)組織（OGP）提出，于1974年組織專(zhuān)題開(kāi)發(fā)和研究的，把健康、安全與環(huán)境管理作為一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行管理的一種管理體系。
HSE管理體系體現(xiàn)了以人為本、持續(xù)改進(jìn)的科學(xué)管理思想。在國(guó)際社會(huì)和國(guó)際大石油公司共同努力和推動(dòng)下，逐步發(fā)展成為被國(guó)際石油界廣泛推崇和共同執(zhí)行的一種國(guó)際管理規(guī)則。
2.管道完整性管理（PIM）.管道安全問(wèn)題由來(lái)已久，一直是全球管道管理者關(guān)注的問(wèn)題。如何才能實(shí)現(xiàn)油氣管道的長(zhǎng)治久安？這無(wú)疑是全球管道運(yùn)輸領(lǐng)域面臨的共同難題。20世紀(jì)70年代，美國(guó)為了消除隱患、預(yù)防事故，最早開(kāi)始實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理，后來(lái)被稱(chēng)之為完整性管理。
美國(guó)國(guó)會(huì)于2002年11月通過(guò)了專(zhuān)門(mén)的H.R.3609號(hào)《關(guān)于增進(jìn)管道安全性的法案》，2002年12月27日布什總統(tǒng)簽署生效，H.R.3609號(hào)法案第14章中要求管道公司在高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)（HCA）實(shí)施管道完整性管理，美國(guó)運(yùn)輸部制定了在管道高后果區(qū)實(shí)施管道完整性管理。
3.資產(chǎn)完整性管理（AIM）.資產(chǎn)完整性管理是在管道干線(xiàn)完整性管理逐漸成熟的基礎(chǔ)上擴(kuò)展起來(lái)的，除包括干線(xiàn)管道完整性管理以外，又把所有輸送設(shè)施和附屬設(shè)施的管理納入到完整性管理之中，該部分又被稱(chēng)為場(chǎng)站完整性管理。
世界各大管道公司，開(kāi)展干線(xiàn)管道完整性管理同時(shí)，又將設(shè)施的完整性納入到管理范疇。2003年以Shell為代表的國(guó)外大型石油公司，將石油企業(yè)的完整性管理通稱(chēng)為資產(chǎn)完整性管理（AssetlntegrityManagement）.其中又分為管道完整性管理、設(shè)施完整性管理、海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)完整性管理和井場(chǎng)完整性管理4個(gè)部分。
（二）我國(guó)完整性管理的進(jìn)展
我國(guó)油氣管道的安全評(píng)價(jià)與完整性管理開(kāi)始于1998年，主要應(yīng)用在輸油管道上。中國(guó)石油管道公司管道科技研究中心做了一定的基礎(chǔ)工作，建立了管道完整性管理體系和管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，確定了完整性數(shù)據(jù)庫(kù)的APDM模型，實(shí)現(xiàn)了管道數(shù)據(jù)與管道地理信息系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，建立了缺陷評(píng)價(jià)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理系統(tǒng)，并在蘭成渝管道上初步應(yīng)用，同時(shí)完成了秦京輸油管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，成立了管道完整性管理專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，促進(jìn)了管道完整性管理的發(fā)展。
國(guó)內(nèi)管道企業(yè)借鑒國(guó)外管道完整性管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)管道管理的實(shí)際情況與特點(diǎn)，簡(jiǎn)介明了的將管道完整性管理分為六個(gè)環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)收集、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維修維護(hù)和效能評(píng)價(jià)。此外為保證6個(gè)環(huán)節(jié)的正常實(shí)施，還需要系統(tǒng)的支持技術(shù)、一套與管理體系結(jié)合的體系文件及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管道完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)及基于數(shù)據(jù)庫(kù)搭建的系統(tǒng)平臺(tái)，如圖1所示。
目前國(guó)內(nèi)最大的管道公司編制了系列企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY1180《管道完整性管理規(guī)范》，是國(guó)內(nèi)首套對(duì)管道完整性管理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定、給出了具體可操作的方法的標(biāo)準(zhǔn)。此外將管道完整性管理體系與現(xiàn)有的HSE體系進(jìn)行了結(jié)合，建立了管道完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了完整性管理信息平臺(tái)。
四、管道完整性管理技術(shù)進(jìn)展
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、信息、管理等學(xué)科的發(fā)展，油氣管道完整性管理技術(shù)也在不斷發(fā)生著新的變化，突出表現(xiàn)為具有與IT技術(shù)和決策理論相融合的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、高精度檢測(cè)技術(shù)、多目標(biāo)決策技術(shù)等都已成為油氣管道完整性管理技術(shù)應(yīng)用的熱點(diǎn)。隨著這些新興技術(shù)的不斷融入，油氣管道完整性管理技術(shù)正朝著多目標(biāo)可視化決策的方向發(fā)展。
（一）數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)
數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS技術(shù)是數(shù)字化管理的基礎(chǔ)和核心技術(shù)，也是管道完整性管理的基礎(chǔ)平臺(tái)。發(fā)展管道數(shù)字化技術(shù)，構(gòu)建便于實(shí)施完整性管理的數(shù)據(jù)平臺(tái)，就必須統(tǒng)一規(guī)劃和利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）以及監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）等自動(dòng)化管理技術(shù)，使它們?cè)谟蜌夤艿赖脑诰€(xiàn)檢漏、優(yōu)化運(yùn)行和完整性管理中有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，而這些都需要海量的油氣管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。油氣管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是油氣管道數(shù)字化的前提。許多研究人員已經(jīng)對(duì)構(gòu)建油氣管道數(shù)據(jù)庫(kù)的重要性及意義進(jìn)行了闡述。
通過(guò)編撰管道完整性數(shù)據(jù)字典，明確管道完整性數(shù)據(jù)應(yīng)包含的內(nèi)容和格式，能夠準(zhǔn)確地對(duì)管道數(shù)據(jù)模型對(duì)象、屬性及其邏輯關(guān)系作出詳細(xì)說(shuō)明，為管道完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)提供基礎(chǔ)條件。基于數(shù)據(jù)模型，充分考慮石油管道特點(diǎn)、管理特點(diǎn)和實(shí)際需求，將傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)融入完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)，建成具有國(guó)際先進(jìn)水平的管道完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)。
（二）HCAS識(shí)別技術(shù)
高后果區(qū)是指如果管道發(fā)生泄漏或斷裂等事故，會(huì)對(duì)公眾安全、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境、社會(huì)等造巨大損失的區(qū)域，隨著人口和環(huán)境資源的變化，高后果區(qū)的地理位置和范圍也會(huì)隨著改變。經(jīng)過(guò)管線(xiàn)與周邊環(huán)境的相對(duì)位置、管線(xiàn)易產(chǎn)生打孔盜油點(diǎn)情況進(jìn)行分析，研究形成了《管道高后果區(qū)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和評(píng)分細(xì)則》，其可視化展示如圖2所示。
（三）GIS技術(shù)
利用GIS技術(shù)對(duì)油氣管道安全運(yùn)行進(jìn)行管理，具有實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、投資小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它具有集系統(tǒng)性、適用性、兼容性為一體的優(yōu)勢(shì)，可以便捷、可靠、安全地對(duì)油氣管道沿線(xiàn)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理。基于GIS技術(shù)的數(shù)字管道安全管理系統(tǒng)因其實(shí)現(xiàn)了管道設(shè)施、沿線(xiàn)環(huán)境、地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等各方面信息在三維地理坐標(biāo)上的有機(jī)整合，可及時(shí)準(zhǔn)確地針對(duì)某個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行反映，目前已逐漸成為有效提高油氣管道完整性管理的輔助決策支持工具。
信息可視化系統(tǒng)利用先進(jìn)的GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)圖形與數(shù)據(jù)的結(jié)合，以數(shù)據(jù)可視化的方式，提供一種全新決策支持方法。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究人員也對(duì)此做了一些有益的探索，如任常興等研究了用GIS技術(shù)為危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛提供導(dǎo)航、為監(jiān)控中心確定車(chē)輛位置提供電子地圖；單承戈研究了決策支持系統(tǒng)問(wèn)題模型的可視化構(gòu)造方法；黃金才等人研究了決策支持系統(tǒng)可視化快速集成環(huán)境問(wèn)題；而鄧雄等人開(kāi)發(fā)了針對(duì)油氣水管網(wǎng)的可視化管理系統(tǒng)。
（四）管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果的量化程度，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以分為定性、半定量、定量3種。定性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以專(zhuān)家評(píng)分法為代表，通過(guò)對(duì)管道參數(shù)和管道沿線(xiàn)屬性情況進(jìn)行分析，對(duì)管道的風(fēng)險(xiǎn)情況作出判斷；半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以指數(shù)法為代表，通過(guò)對(duì)管道各種屬性的不同情況分別賦予分值，計(jì)算管道的總分值，從而得出管道的風(fēng)險(xiǎn)情況，通過(guò)比較不同管道或不同管段的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)而給出風(fēng)險(xiǎn)排序；定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法為代表，通過(guò)分析各種管道事故發(fā)生的概率與后果，定量評(píng)判管道風(fēng)險(xiǎn)的大小。
定性、半定量、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)各有其特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合。定性方法操作比較簡(jiǎn)便，適用于數(shù)據(jù)較少、要求快速得出評(píng)價(jià)結(jié)果的情況，常用于對(duì)管道進(jìn)行初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法適用于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較好的情況，常用于對(duì)管道進(jìn)行全面評(píng)價(jià)；定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法適用于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較好并有大量失效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況，常用于對(duì)重點(diǎn)管段和特殊地段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。
（五）高精度檢測(cè)技術(shù)
高精度檢測(cè)技術(shù)是管道完整性管理技術(shù)中極為重要的一部分，包括高精度油氣管道探傷、缺陷及泄露檢測(cè)技術(shù)等，為確定管道的腐蝕、缺陷程度，為管道運(yùn)行、維護(hù)、安全評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。
資料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度及完整度會(huì)影響到完整性管理的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和有效性。只有重視資料及數(shù)據(jù)的積累，建立先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)，才能為油氣管道完整性管理提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通常，實(shí)施完整性管理程序所需的數(shù)據(jù)可以通過(guò)油氣管道運(yùn)營(yíng)公司和其他部門(mén)在設(shè)計(jì)和施工檔案、運(yùn)行和維修記錄中獲得，然而這些數(shù)據(jù)不能完全滿(mǎn)足油氣管道完整性管理的需要，還需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的方式來(lái)獲取其他數(shù)據(jù)。
（六）多目標(biāo)決策技術(shù)
在進(jìn)行決策時(shí)，必須選擇衡量方案好壞的標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)則或目標(biāo)，通常人們以多個(gè)準(zhǔn)則或目標(biāo)衡量選擇方案的優(yōu)劣。這種根據(jù)多個(gè)準(zhǔn)則或目標(biāo)的判斷與選擇就是多目標(biāo)決策。
與單目標(biāo)決策相比，多目標(biāo)決策主要有兩個(gè)比較難解決的問(wèn)題：一是多個(gè)目標(biāo)之間不能公斷，即各目標(biāo)的量綱不同，各目標(biāo)不能直接比較優(yōu)劣，這為方案的綜合評(píng)價(jià)帶來(lái)了困難；二是多個(gè)目標(biāo)往往是相互矛盾的，不存在通常意義上的最優(yōu)解，而決策者只能在非劣解集中選擇一個(gè)偏好解。
五、管道完整性的發(fā)展趨勢(shì)
針對(duì)管道完整性存在的各種盲區(qū)，比如管理要素側(cè)重于資產(chǎn)的管理，管理要素單一，管理的領(lǐng)域受到制約等等問(wèn)題，董邵華提出了在堅(jiān)定實(shí)施完整性管理的基礎(chǔ)上，集成目前已有的技術(shù)，逐漸發(fā)展到空間與時(shí)間相結(jié)合的管道四維管理模式。
管道四維管理的實(shí)施是在管道完整性管理成熟應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將思想、組織、管理者、技術(shù)、方法固化在一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上，將IT/3S技術(shù)與管道完整性管理、設(shè)備管理、安全管理、生產(chǎn)管理、應(yīng)急管理、技術(shù)管理、培訓(xùn)管理、質(zhì)量管理等有序集成，形成多個(gè)系統(tǒng)共享一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將完整性評(píng)價(jià)和決策支持作為智化管理的手段，形成專(zhuān)家診斷支持系統(tǒng)。
管道四維管理是對(duì)思想、方法、技術(shù)、組織、管理者通過(guò)信息技術(shù)平臺(tái)整合，達(dá)到提高工作效率、智能化管理、減少事故發(fā)生的目的。管道四維管理是管道完整性管理發(fā)展的必然階段，是未來(lái)管道管理的必然趨勢(shì)，管道完整性管理發(fā)展的高級(jí)階段，是在管道管理深厚基礎(chǔ)上逐步形成的。
六、結(jié)語(yǔ)
管道完整性管理包括油氣管道的GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)、適用性評(píng)價(jià)、管道地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、管道維護(hù)決策及應(yīng)急響應(yīng)等部分，通過(guò)這些關(guān)鍵技術(shù)不僅能大大減少管線(xiàn)事故發(fā)生率，而且可避免不必要和無(wú)計(jì)劃的管道維修和更換，從而獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
要全面學(xué)習(xí)和掌握國(guó)際管道完整性管理的理念，借鑒其管理方法。繼續(xù)加強(qiáng)管道完整性管理的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)、操作規(guī)程與國(guó)際接軌。借鑒國(guó)際管道公司的做法，進(jìn)一步細(xì)化完整性管理各方面的工作，進(jìn)一步加強(qiáng)信息技術(shù)與完整性管理的結(jié)合，加快數(shù)據(jù)信息的傳遞，提高工作效率。加大管道完整性管理的培訓(xùn)力度，包括對(duì)從事管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和完整性管理專(zhuān)業(yè)人員技能的培訓(xùn)，以及對(duì)完整性管理的認(rèn)識(shí)和實(shí)施方法的培訓(xùn)，加快地理信息技術(shù)GIS的建設(shè)，為完整性管理的實(shí)施搭建基礎(chǔ)平臺(tái)。
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