山区天然气管道完整性管理理念和关键技术研究

山区天然气管道完整性管理理念和关键技术研究

安鹏飞

广东大鹏液化天然气有限公司  广东省深圳市  518048

摘要：山区地质灾害频发、管道管理难度大，开展山区管道完整性管理对预防山区天然气管道事故、保障山区管道正常运行具有十分重要的意义。文章构建了山区管道完整性管理流程，分析了管理过程中的难点，提出山区管道应建立主动式的防护体系。利用卫星、无人机、光纤等先进技术构建管道风险智能监控网络，并详细分析了这些技术的原理和用途，搭建了山区管道智能防护体系，研究成果可以为山区天然气管道完整性管理提供参考。

关键词：山区；管道；完整性管理；防护体系

1前言

随着能源需求的增长和能源消费结构的升级，天然气作为一种清洁、高效的能源被广泛应用于各个领域。而天然气长输管道作为天然气输送的主要手段，承担着将天然气从产地输送到消费地的重要任务。然而，山区天然气长输管道的安全问题一直备受关注，其中，地质灾害和施工质量是影响山区天然气长输管道运行安全的重要因素，对运行安全有着重要影响。通过合适的材料选择、严格控制焊接质量以及采取有效的防腐措施，可以提高管道的强度和耐久性，降低泄漏和断裂的风险。

2管道完整性管理要素

2.1完整性管理流程

管道完整性管理是全生命周期管理的重要组成部分，是指通过各种检测仪器、仪表或人工检测的方式识别管道运行阶段面临的风险，分析这些风险对管道的影响，并采取措施尽可能减小其对管道的影响，保持管道安全、稳定地运行。管道完整性评价是完整性管理的重要组成部分。根据GB/T42033—2022《油气管道完整性评价技术规范》，完整性评价是指利用各种检测技术获取管道本体的各类信息，再结合管材和管道结构等要素，得到管道的安全状态以及适用情况，最常用的评价方法为内检测评价、压力试验和直接评价等，其核心是管道数据的获取及应用。

2.2管道风险分析

(1)管道本体风险管道本体风险主要是指管道本体存在的缺陷，这些缺陷既包括管道制造、运输、焊接等过程中形成的原生缺陷，如划痕、焊接气孔等，也包括管道长时间在复杂环境中运行时逐渐形成的缺陷，如腐蚀缺陷、裂纹等，与原生缺陷不同。在运行过程中逐渐形成的缺陷随着管道运行时间的增加逐年增长，直至管道发生失效甚至泄漏。一般而言，管道缺陷部位也是应力集中的位置，在外力的作用下，这些部位的应力会比其他部位的应力高出很多，极有可能超过管道的屈服强度。因此，需要对管道缺陷部位进行重点监控，及时消除威胁管道安全的缺陷。(2)人员作业风险人员作业风险分为两种：一种是管道运营单位员工在作业过程中由于作业不规范、施工不严谨等原因导致的风险；另一种是第三方破坏，包括油气偷盗、违章占压、非法挖掘施工等。欧洲天然气管道事故数据组织(EuropeanGasPipelineIncidentDataGroup，EGIG)对2004—2013年间欧洲油气管道事故原因进行了统计分析，第三方破坏事故原因占比高达35%，高于腐蚀(24%)、结构缺陷(16%)和地质灾害(13%)，可见第三方破坏是油气管道面临的最主要风险。随着我国油气管道里程逐年增加，管道周围的施工活动愈加频繁，对管道周围第三方活动进行实时监测尤为必要。(3)环境影响风险环境风险分为人类环境风险和自然环境风险：①人类环境风险是指人类活动虽然没有直接对管道本体造成影响，但是改变了管道周围的环境，对管道的安全造成了影响，如土壤中的杂散电流，这些杂散电流是由于地铁、接地极等设备产生的，会加速埋地管道的腐蚀。②自然环境风险是由地质条件、气象条件等非人类因素引起的，最主要的自然环境风险是地质灾害，如滑坡、地震、泥石流等，据统计我国8%的油气管道事故是由地质灾害引起的。这类事故具有随机性、突发性和破坏性，事故影响范围很广，监测难度很大。

3关键技术研究

山区天然气管道完整性管理的难点主要有：周边环境复杂，地质条件恶劣，建设期施工难度大、施工质量难以把控，运营期安全隐患多，管道运维困难。

从山区天然气管道完整性管理难点可以看出，对山区管道，应该建立主动式的防护措施，利用卫星、无人机、光纤、视频行为分析系统等建立“空—天—地”的管道风险智能监测网络，构筑“面—点”结合的第三方施工监测系统，可以实现山区管道全方位监控，做到“事前早发现”。

3.1卫星监测技术

激光雷达技术的快速发展使得卫星在地质灾害监测中的应用越来越普遍。目前常用的是利用卫星合成孔径雷达监测管道周围地面沉降情况，其原理是每隔一段时间(一般是12d)利用合成孔径雷达对同一位置进行拍摄，通过比较两个时间段内的地表影像信息，可以获取管道周围地面的形变数据，识别管道沿线的地质灾害风险，其优点是全天时、全天候、灵敏度高、分辨率高、识别范围广。

3.2光纤预警技术

光纤预警技术在管道安全监测领域的应用越来越广泛，其原理是用管道同沟敷设的光缆作为传输媒介，从光缆一侧的发射器中注入探测光脉冲，当光缆受到外界干扰时，光缆中的光纤折射率发生改变，引起探测光的相位差。通过检测相位差的变化并解析，就能够判断受到干扰的位置以及干扰的类型。目前，光纤预警技术主要应用于天然气管道周围施工监测、泄漏监测以及周界安防等领域[3]。

3.3管道本体应变监测技术

管道本体应变监测技术是利用应变传感器和智能采集仪实时监测和采集管道的应变数据，通过通讯数据模块实现远程数据传输，实现远程监控监测的技术。结合智能分析平台，可将管道本体应变、周边地质变化、管道应力变化、管道振动、第三方施工等信息进行综合预警，实现应变监测数据采集策略的智能调整，起到管道本体完整性智能监测的作用。

3.4无人机巡检技术

为了降低一线巡线人员的作业强度，一些管道营运公司开始使用无人机开展管道线路巡查工作，这些无人机下端均会搭载一个高清摄像头，用于拍摄管道沿线的影像信息，并将这些信息上传至后台服务器，后台工作人员能够根据这些信息判断管道周围是否存在危险源。目前，无人机在长输管道中主要有两个工作：一种是日常巡检，另一种是定点核查。在日常巡检工作模式下，无人机会从一个站场(阀室)飞向另一个站场(阀室)，将管道沿线的信息拍摄下来，传回后方供作业人员查看；在定点核查工作模式下，无人机起飞前需要先设定一个坐标位置，无人机到达坐标位置后才开启摄像头，对预定目标进行全方位、多角度的拍摄、取证，将结果发送至后台。

3.5视频行为监控技术

目前，一些管道营运单位会在管道周围的施工区域放置视频行为监控系统，防止可能出现的越界施工、违规作业等情况。视频监控系统的工作过程包括以下步骤：(1)摄像头录制管道周围影像；(2)后台计算机读取这些影像资料，并采用均匀稀疏采样的方式将其转化为图像；(3)读取这些图像中异物的特征，如挖掘机、作业人员等；(4)将提取到的信息与训练出的样本库里的样本进行对比，判断图像中的异物类型，若判断结果是挖掘机等对管道有威胁的物体，会自动保存该结果并将其推送至客户端，通知后台作业人员赶赴现场。

4结论

总之，由于山区管道风险具有随机性、复杂性的特征，因此在开展山区管道管理时，需要从制度、人员管理、感知技术三方面着手。在开展管道管理时，首先要遵循国家、行业的标准和规范，然后根据实际情况，选择适合于山区管道的先进技术进行完整性管理。

参考文献：

[1]张海磊,唐茂,汤明高,等.山区油气管道的滑坡灾害风险评估方法[J].地质灾害与环境保护,2022,33(3):90-95,101.

[2]刘玉溪,杨凤芸,秦宏楠.基于地基合成孔径雷达数据的预警预报方法研究[J].矿冶工程,2023,43(3):33-37.

[3]牟越.分布式光纤振动传感系统在长输管道防挖掘破坏的应用[J].石化技术,2022,29(10):192-193,196.