城鎮燃氣管道完整性管理數據采集研究

摘 要

摘要：城鎮燃氣管道的完整性管理必須以數據完整和準確為基礎。確定了深圳市燃氣管道建設期和運行期必須采集的數據類型和數據錄入要求，建立了基于作業流系統和地理信息系統的完
摘要：城鎮燃氣管道的完整性管理必須以數據完整和準確為基礎。確定了深圳市燃氣管道建設期和運行期必須采集的數據類型和數據錄入要求，建立了基于作業流系統和地理信息系統的完整性數據管理系統，三者共用數據庫，實現了數據的共享。
關鍵詞：城鎮燃氣管道；完整性管理；數據采集
Study on Integrity Management Data Collection of City Gas Pipeline
CHEN Fei
Abstract：The integrity management of city gas pipeline must be based on integral and accurate data.The types of data collected during construction and operation of gas pipeline in Shenzhen as well as the data entry requirement are determined.An integrity data management system is established based on work flow system and GIS.The database is shared by the three parts，achieving the data sharing.
Key words：city gas pipeline；integrity management；data collection
1 概述
    管道完整性管理是指管道運營單位為了保證管道始終處于安全、受控的安全狀態所進行的數據采集、高后果區分析及一系列安全評價過程。作為管道安全技術的發展方向和管道安全運營的重要舉措，管道完整性管理越來越受到燃氣管道運營企業的重視。通過實施完整性管理，不僅可以有效地消除管道危險源，降低管道風險，保障管道安全運行，而且可以幫助運營者合理地配置運營資源，提高管理水平，有效降低運營成本。因此，管道完整性管理成為管道運營企業較為先進的管理方式。開展管道完整性管理要以數據的完整、準確為前提，其中包括數據的采集、整合、管理等一系列環節，這是風險評價結果準確、可靠的重要基礎[1～2]。面對管道數量龐大、種類繁多的數據信息，如何科學高效地采集和組織數據、建立結構合理、實用方便的數據模型和數據平臺，為后續管道完整性管理提供可靠性好、質量高的原始數據[3]，成為城市燃氣管道運營企業實施管道完整性管理面臨的首要問題。
2 數據采集
2.1 危害因素
    完整性數據采集之前首先要明確管道失效的原因，進而確定采集數據的類型，再將采集到的數據錄入完整性管理信息化平臺。國際管道研究委員會(PRCI)對輸氣管道事故數據進行分析并劃分為3種缺陷類型[4]：①與時間有關的因素，包括內腐蝕、外腐蝕和應力腐蝕開裂；②穩定因素，包括與制管有關的缺陷和設備因素；③與時間無關的危害，包括第三方破壞、機械損害、誤操作、與天氣有關的因素、外力因素。美國ASME B31.8 S-2001《輸氣管道完整性管理系統》和美國API 1160《危險液體管道管理系統完整性》分別定義了氣、液體管道完整性管理流程，共同強調了應依據管道高后果區的影響因素進行原始數據的采集和整合分析，以保證數據采集的目的性和有效性。根據這一原則，完整性數據采集要充分考慮可能出現的風險、危害及其后果和原因，收集與之相關的數據信息。美國石油協會API 1160—2001《危險液體管道的完整性管理》把數據按來源分為5類：①設計、材料和施工數據；②路由數據；③運行、維護、檢測和修理數據；④敏感地區的數據；⑤事故和風險數據。
2.2 建設期的數據采集
   ① 數據類型
   城鎮燃氣管道多為埋地管道，其完整性數據采集工作宜在建設期實施。通過在建設期各階段實施風險識別和評價等技術手段，識別出管道在今后運行過程中可能發生的風險，并在建設期各個階段就采取合適的風險控制措施，將風險控制在可接受的范圍之內，確保管道在整個壽命期內結構和功能完整，實現管道本質安全，從而滿足今后管道安全運營的需求[5～8]，避免管道運行期間進行數據采集遇到的管溝開挖和沿線居民難以協調帶來的工作效率低下、投資增加等問題[9]。
    建設期管道失效原因主要有管材缺陷和安裝缺陷，每一類原因所需采集的數據類型又可描述為靜態數據和動態數據。靜態數據中與管材缺陷相關的數據有管道制造商信息、生產日期、使用年限、管徑和壁厚、鋼管等級及涂層類型與狀況等，與安裝缺陷相關的數據有管道的焊接質量、管道名稱、管道標志、埋深、陰極保護類型、管道附加保護、附加設備、管道周圍地形、土壤種類(沙質土、巖石、粘土等)、土壤理化性質等。動態數據中與管材缺陷相關的數據有運輸過程中造成的損傷數據等，與安裝缺陷有關的數據主要包括鋪管時造成損傷、管道線路調整、壓力試驗數據、設計運行壓力及安全因子等數據。
   ② 數據錄入
   表格是數據采集的載體，數據采集的填寫規范應該具體、詳盡、方便現場填寫，采集數據共性部分應集中設置，減少重復，表格的設計應便于檢查和審核。深圳市燃氣集團股份有限公司(以下簡稱深圳燃氣)結合城鎮燃氣特點及竣工資料的要求，制定了《深圳市天然氣高壓輸配系統工程完整性管理數據采集表》(管道部分)。其中物資采辦表格3個，管道施工表格27個，穿跨越表格4個，其他表格1個。數據采集表格通過管道焊縫坐標數據將所有管件、設備進行空間關聯定位，使屬性參數和重要過程數據具有可追溯性，滿足后續完整性數據管理的要求。
    建設期管道施工信息數據由管道施工單位采集，并設置專人負責錄入系統，數據的錄入有兩種方式，一是EXCEL表格導入，二是在線數據錄入。對錄入數據實行施工單位、建設單位、運營單位三級審核制度，確保錄入數據的完整性和準確性。將錄入的管道完整性數據與GIS系統相結合，將實際測量數據和管道設計GIS數據進行對比，以復核管道完整性數據的準確性。自動繪制出陰極保護數據歷史曲線，其橫坐標為時間，縱坐標為各類陰極保護參數測試值，有助于技術人員識別陰極保護異常點。
2.3 運行期的數據采集
   ① 數據類型
   管道運行期間采集的數據主要來源于3個方面：a.地質敏感區和地質災害影響區數據，包括區域地質環境、地形地貌、巖組、地質結構、降雨、地表水、地下水、氣候變化等空間和時間的相關信息。b.管道第三方破壞影響數據，包括人口密度、經濟發展程度、社會治安狀況、特定場所、違章建筑、附加保護、管道線路標志、管道地面裝置等信息，主要通過日常巡檢的方式來采集。c.管道的正常運行、維護和檢測數據。運行和維護數據由運行維護班組負責采集，并參考巡檢計劃、維護保養計劃、航拍(或遙感)圖、管道調查和試驗報告、運行和管理計劃等文件資料。檢測數據由檢測班組負責采集，深圳燃氣的檢測班組按照相應規程每年對陰極保護系統檢測2次，對在役管道防腐涂層每3年檢測1次。對于檢測出的嚴重的涂層缺陷采取開挖驗證修補處理，較小涂層缺陷采集坐標數據錄入GIS，作為后期跟蹤復檢的依據。深圳燃氣委托有資質的相關單位對所有管段進行防腐層的整體性能評價和破損點定位，對特殊施工管段(如頂管、穿跨越)管段進行磁記憶法檢測和超聲低頻導波測試，以及時掌握管段的應力集中和缺陷情況，采集檢測數據。
   ② 數據錄入
   采集數據的錄入由專人負責，管道運行單位專業工程師負責相應上報數據的審核，經過審核的數據可由GIS調用，作為管道屬性儲存，對于周期更新數據保留最新的錄入數據。深圳燃氣目前采集的運行期的數據主要是管道陰極保護數據、管道三樁(標志樁、轉角樁及陰極保護檢測樁)的坐標及埋深數據、特殊管段數據、防腐層破損疑似點數據、管道周邊建(構)筑物和第三方設施數據等。
3 數據管理系統
    完整性管理是一個持續改進的過程，管理者需要根據完整性管理的進程對數據特別是完整性支持數據進行跟蹤和管理，因此要不斷更新、擴充和完善數據。數據變更管理中還應當考慮數據信息的變化速度和趨勢，對于與時間有關的數據，應保證數據的時效性，若是在完整性管理程序制定數年前采集的數據，則可能不適合現行的完整性管理，或者根據這些數據實施的完整性評價會失去意義。因此，有必要制訂統一的信息管理流程，以便及時識別和保存關鍵信息、跟蹤和掌握數據的變化趨勢。
    深圳燃氣立足于現有信息系統，包括GIS系統和SCADA系統和作業流系統，開發出完整性數據采集平臺，建立了管道完整性管理數據模型，為完整性數據采集提供數據庫系統，數據模型確定了數據的儲存方式及數據間的關聯方式。完整性數據管理系統以GIS為基礎[10]，適應燃氣行業信息化建設的需要，從實用、簡潔、靈活、高效的原則出發，提供一個功能強大、界面友好、操作性強的燃氣管網信息管理平臺[11]，實現了數據的錄入、維護、變更、批量導入、導出、查詢及分析等功能，并以多用戶按角色授權的方式協作進行數據管理。用戶在角色權限許可的范圍內，完成其轄區內管道數據的管理工作。通過這種分布協作的管理方式，使各個環節的數據得以落實，同時也保證了數據信息的更新和實效。數據的核實、組織、備份則由管理員統一管理，保證了數據資源的同步、有效和安全。
3.1 與GIS共享數據庫
    GIS和作業流系統可調用完整性數據采集平臺里的數據。建設期錄入完整性數據采集平臺的檢測樁、標志樁等數據，以及運行期錄入的管道防腐層破損點數據、修復的破損點數據、管道周邊構筑物和第三方施工的數據都可以通過數據接口，在GIS系統里顯示相關數據，同時在GIS系統中增加管道設計、閥室設計圖層，通過與施工管道對比，可以監控施工與設計是否一致。GIS和完整性數據管理系統共用數據庫，實現了數據的共享，為后續進行風險評價和完整性評價打下良好的基礎。
3.2 數據的統計分析和預警功能
    完整性數據管理系統對于新錄入的檢測數據進行識別，系統會自動對超出規定范圍的異常數據進行警示，即錄入的異常數據變為紅色，達到預警的功能。另外，次高壓管道陰極保護系統可自動對不同時期的陰極保護檢測數據繪制曲線，方便管道運行單位監測陰極保護狀況和可能受到的雜散電流干擾。完整性管理關于數據采集、設備管理、工程管理、負荷預測、風險評價等模塊也可通過該平臺進行擴展。
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(本文作者：陳飛 深圳市燃氣集團股份有限公司 廣東深圳 518055)