李開鴻

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道公司

摘  要：針對(duì)山區(qū)管道安全運(yùn)行面臨的挑戰(zhàn)，以問(wèn)題為導(dǎo)向提出了管道完整性管理目標(biāo)，通過(guò)采取地災(zāi)監(jiān)測(cè)與治理、數(shù)據(jù)恢復(fù)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)等技術(shù)保障措施，提升管道風(fēng)險(xiǎn)防控水平，降低管道失效概率及影響后果，確保管體安全受控。

關(guān)鍵詞：山地管道；完整性管理；地質(zhì)災(zāi)害；監(jiān)測(cè)

西南管道公司所轄管道70%以上是典型的V字型、大落差管道，途經(jīng)黃土高原、秦巴山地、云貴高原、橫斷山脈等區(qū)域，地質(zhì)地貌和水文條件復(fù)雜，沿線地震頻繁、烈度高、地質(zhì)災(zāi)害（地災(zāi)）風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多，管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高、安全管理難度大。針對(duì)這一實(shí)際狀況，提出山區(qū)管道完整性管理目標(biāo)，并采取相應(yīng)的技術(shù)保障措施。

1  山區(qū)管道完整性管理目標(biāo)

管住高后果區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)段兩高區(qū)域。通過(guò)構(gòu)建人防、物防、技防、信息防等體系，實(shí)施專項(xiàng)管控措施，降低管道失效概率及影響后果。

嚴(yán)控管道本體質(zhì)量隱患、管道外載荷、人類活動(dòng)三大風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)管道內(nèi)外檢測(cè)手段，開展管道合于使用評(píng)價(jià)，確保管體安全受控。

狠抓設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、應(yīng)急四大環(huán)節(jié)。加強(qiáng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)期源頭把控，提升山區(qū)管道設(shè)計(jì)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化應(yīng)急響應(yīng)，提升搶維修技術(shù)能力。

據(jù)此確定完整性管理重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榈貫?zāi)監(jiān)測(cè)與治理、管道數(shù)據(jù)恢復(fù)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)（圖 1）。

2  地災(zāi)監(jiān)測(cè)與治理

傳統(tǒng)地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)排查方法和基于信息化手段的監(jiān)測(cè)方法雙管齊下，功能互補(bǔ)，形成天地聯(lián)合管控態(tài)勢(shì)，效果較為顯著。

2.1  傳統(tǒng)方法

（1）地災(zāi)排查。根據(jù)西南山區(qū)雨季特點(diǎn)，分別在每年汛前、汛中、汛后組織地災(zāi)排查。聘請(qǐng)相關(guān)地質(zhì)專家駐場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)研判地災(zāi)并制定針對(duì)性治理方案。

（2）地災(zāi)治理。強(qiáng)調(diào)“治早治小、因地制宜”，分程度、分地區(qū)、分災(zāi)種進(jìn)行治理。如針對(duì)沿河溝鋪設(shè)、大開挖河流穿越、黃土塌陷、全風(fēng)化花崗巖等引發(fā)的不同災(zāi)種開展精準(zhǔn)治理。以川渝地區(qū)管道大開挖穿越治理為例：2013年起，公司先后對(duì)石亭江、清江河、涪江等原大開挖敷設(shè)的穿河管道共12處進(jìn)行了定向鉆改造。2017年、2018年石亭江和清江河汛期，廢棄的蘭成渝管道相繼被沖出、沖斷，充分證明穿河治理及時(shí)有效（圖 2、圖 3）。

2.2  信息化方法

（1）天基系統(tǒng)地災(zāi)普查。主要利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)手段，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，采用PS-InSAR、SBAS-InSAR、DinSAR技術(shù)進(jìn)行形變監(jiān)測(cè)，為管道沿線開展大范圍的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)普查、大范圍監(jiān)測(cè)、地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)跟蹤等提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)管道沿線地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別。

（2）地基系統(tǒng)監(jiān)測(cè)預(yù)警。主要利用地面?zhèn)鞲斜O(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)重大地災(zāi)點(diǎn)時(shí)空演變信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括形變、地球物理場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)、誘發(fā)因素等，最大程度獲取連續(xù)的空間變形數(shù)據(jù)，利用指數(shù)平滑法、回歸分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等大數(shù)據(jù)分析方法，分析預(yù)測(cè)災(zāi)害發(fā)展變化趨勢(shì)，用于地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、預(yù)警預(yù)報(bào)和防治工程。

公司布設(shè)10余種監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)9大類災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)控，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位150處，其中地災(zāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)59處，應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)117處，逐步覆蓋所轄區(qū)域管道并細(xì)化監(jiān)測(cè)范圍。

（3）監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)。開發(fā)具有自主多維度分析技術(shù)的地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)及手機(jī)APP，能自動(dòng)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研判嚴(yán)重程度，分級(jí)發(fā)布預(yù)警信息；手機(jī)端可隨時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及上傳的處置信息。平臺(tái)構(gòu)建了基于指數(shù)平滑法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)綜合分析和趨勢(shì)研判模型，結(jié)合各監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別構(gòu)建了針對(duì)管道和該點(diǎn)地質(zhì)條件的閾值修正模型，開發(fā)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警分析、監(jiān)測(cè)信息管理、組織管理、系統(tǒng)設(shè)置等功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析、在線監(jiān)測(cè)和綜合預(yù)警。

3  數(shù)據(jù)恢復(fù)與對(duì)齊

通過(guò)在役管道數(shù)字化恢復(fù)手段，對(duì)內(nèi)外檢測(cè)、焊口排查、三樁一牌、基礎(chǔ)地理信息等進(jìn)行數(shù)字化恢復(fù)，結(jié)合IMU檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊，提高管道完整性管理數(shù)據(jù)水平。

3.1  底片數(shù)字化

利用自主開發(fā)的焊口底片檔案管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了1.7萬(wàn)道開挖焊口射線底片數(shù)字化掃描、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)老舊管道數(shù)據(jù)恢復(fù)及龐大數(shù)據(jù)信息化儲(chǔ)存；同時(shí)根據(jù)需求研發(fā)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

3.2  數(shù)據(jù)對(duì)齊

以漏磁內(nèi)檢測(cè)、建設(shè)期竣工資料、地面三樁、高后果區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害、穿跨越等數(shù)據(jù)為依據(jù)，已開挖驗(yàn)證的焊口數(shù)據(jù)為參考，通過(guò)以IMU數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)齊技術(shù)（圖 4），實(shí)現(xiàn)管道施工、內(nèi)檢測(cè)、高后果區(qū)、地災(zāi)點(diǎn)、缺陷及修復(fù)等地上地下、不同時(shí)期數(shù)據(jù)對(duì)齊，清晰直觀地體現(xiàn)焊口與高后果區(qū)、敷設(shè)環(huán)境等因素間的關(guān)系，獲得開挖焊口、三樁一牌、地災(zāi)點(diǎn)、高后果區(qū)、應(yīng)力應(yīng)變段的地理空間分布圖。

4  應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)檢測(cè)

管道應(yīng)力應(yīng)變情況能夠定量表征管道失效的綜合風(fēng)險(xiǎn)，不停輸內(nèi)外監(jiān)測(cè)檢測(cè)是了解管道力學(xué)狀況的最有效方法，所以應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)是未來(lái)保證管道綜合安全的重要發(fā)展方向，特別對(duì)于受力情況復(fù)雜的山地管道是重要的技術(shù)手段。西南管道公司開展了相關(guān)技術(shù)的探索和應(yīng)用。

（1）在管道重點(diǎn)、難點(diǎn)段，建立了117處電阻、振弦、光纖光柵式應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共418個(gè)截面，并成功預(yù)警中緬管道K321滑坡等災(zāi)害。

（2）在中緬天然氣管道全線開展了彎曲應(yīng)變IMU內(nèi)檢測(cè)；能發(fā)現(xiàn)最小1/2000D的不合理彎曲；并且正在研究自主技術(shù)的多輪次IMU檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

（3）利用超聲波、磁記憶等方法開挖驗(yàn)證應(yīng)力嚴(yán)重點(diǎn)；正在研發(fā)不受表面光潔度限制、檢測(cè)精度又較好的矯頑力檢測(cè)裝置。

（4）針對(duì)不等壁厚環(huán)焊縫的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、殘余應(yīng)力等的極限載荷分析評(píng)價(jià)技術(shù)開展研究，系統(tǒng)解答不等壁厚環(huán)焊縫受力不佳、失效占比較高等問(wèn)題。

（5）研發(fā)或引進(jìn)應(yīng)力應(yīng)變內(nèi)檢測(cè)技術(shù)。目前正在中緬天然氣管道（曲靖—安順、都勻—河池）試用逆磁致伸縮軸向應(yīng)變內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，并探索弱磁、微磁應(yīng)力內(nèi)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用。

5  結(jié)語(yǔ)

持續(xù)開展山區(qū)管道完整性技術(shù)研發(fā)，“十四五”期間重點(diǎn)瞄準(zhǔn)“兩高區(qū)域、三大風(fēng)險(xiǎn)、四大環(huán)節(jié)”，建立管道設(shè)計(jì)與工程防護(hù)、“全時(shí)域、全空間、全系統(tǒng)”在線流動(dòng)仿真優(yōu)化、監(jiān)測(cè)檢測(cè)等三方面完整性管理技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系，再結(jié)合智能化方法形成“山區(qū)管道綜合智能管控體系”，從天空地不同空間維度，管道本體、外部環(huán)境不同監(jiān)檢測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)智能自主響應(yīng)和智能決策輔助功能。

作者簡(jiǎn)介：李開鴻，1977年生，高級(jí)工程師，西南石油大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)從事管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：028-62721201。