李開鴻

國家管網(wǎng)集團西南管道公司

摘  要：針對山區(qū)管道安全運行面臨的挑戰(zhàn)，以問題為導(dǎo)向提出了管道完整性管理目標(biāo)，通過采取地災(zāi)監(jiān)測與治理、數(shù)據(jù)恢復(fù)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測等技術(shù)保障措施，提升管道風(fēng)險防控水平，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

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)險點多，管道運行風(fēng)險高、安全管理難度大。針對這一實際狀況，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)險段兩高區(qū)域。通過構(gòu)建人防、物防、技防、信息防等體系，實施專項管控措施，降低管道失效概率及影響后果。

嚴控管道本體質(zhì)量隱患、管道外載荷、人類活動三大風(fēng)險。通過管道內(nèi)外檢測手段，開展管道合于使用評價，確保管體安全受控。

狠抓設(shè)計、施工、運行、應(yīng)急四大環(huán)節(jié)。加強規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)期源頭把控，提升山區(qū)管道設(shè)計建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，強化應(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技術(shù)領(lǐng)域為地災(zāi)監(jiān)測與治理、管道數(shù)據(jù)恢復(fù)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測（圖 1）。

2  地災(zāi)監(jiān)測與治理

傳統(tǒng)地災(zāi)風(fēng)險排查方法和基于信息化手段的監(jiān)測方法雙管齊下，功能互補，形成天地聯(lián)合管控態(tài)勢，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，分別在每年汛前、汛中、汛后組織地災(zāi)排查。聘請相關(guān)地質(zhì)專家駐場，現(xiàn)場研判地災(zāi)并制定針對性治理方案。

（2）地災(zāi)治理。強調(diào)“治早治小、因地制宜”，分程度、分地區(qū)、分災(zāi)種進行治理。如針對沿河溝鋪設(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)進行形變監(jiān)測，為管道沿線開展大范圍的地質(zhì)災(zāi)害隱患點普查、大范圍監(jiān)測、地災(zāi)風(fēng)險識別、重點風(fēng)險持續(xù)跟蹤等提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)管道沿線地質(zhì)災(zāi)害早期識別。

（2）地基系統(tǒng)監(jiān)測預(yù)警。主要利用地面?zhèn)鞲斜O(jiān)測設(shè)備，對重大地災(zāi)點時空演變信息進行實時監(jiān)測，包括形變、地球物理場、化學(xué)場、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)測災(zāi)害發(fā)展變化趨勢，用于地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性評價、預(yù)警預(yù)報和防治工程。

公司布設(shè)10余種監(jiān)測設(shè)備對9大類災(zāi)害進行監(jiān)控，現(xiàn)有監(jiān)測點位150處，其中地災(zāi)監(jiān)測點59處，應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點117處，逐步覆蓋所轄區(qū)域管道并細化監(jiān)測范圍。

（3）監(jiān)測預(yù)警平臺。開發(fā)具有自主多維度分析技術(shù)的地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警平臺及手機APP，能自動分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，研判嚴重程度，分級發(fā)布預(yù)警信息；手機端可隨時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)及上傳的處置信息。平臺構(gòu)建了基于指數(shù)平滑法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)綜合分析和趨勢研判模型，結(jié)合各監(jiān)測點分別構(gòu)建了針對管道和該點地質(zhì)條件的閾值修正模型，開發(fā)了實時監(jiān)測、預(yù)警分析、監(jiān)測信息管理、組織管理、系統(tǒng)設(shè)置等功能，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時分析、在線監(jiān)測和綜合預(yù)警。

3  數(shù)據(jù)恢復(fù)與對齊

通過在役管道數(shù)字化恢復(fù)手段，對內(nèi)外檢測、焊口排查、三樁一牌、基礎(chǔ)地理信息等進行數(shù)字化恢復(fù)，結(jié)合IMU檢測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)對齊，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)實現(xiàn)了1.7萬道開挖焊口射線底片數(shù)字化掃描、存儲，實現(xiàn)老舊管道數(shù)據(jù)恢復(fù)及龐大數(shù)據(jù)信息化儲存；同時根據(jù)需求研發(fā)無損檢測結(jié)果自動評價系統(tǒng)。

3.2  數(shù)據(jù)對齊

以漏磁內(nèi)檢測、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)，已開挖驗證的焊口數(shù)據(jù)為參考，通過以IMU數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)對齊技術(shù)（圖 4），實現(xiàn)管道施工、內(nèi)檢測、高后果區(qū)、地災(zāi)點、缺陷及修復(fù)等地上地下、不同時期數(shù)據(jù)對齊，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、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)測檢測

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，不停輸內(nèi)外監(jiān)測檢測是了解管道力學(xué)狀況的最有效方法，所以應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測檢測技術(shù)是未來保證管道綜合安全的重要發(fā)展方向，特別對于受力情況復(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、難點段，建立了117處電阻、振弦、光纖光柵式應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點，共418個截面，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；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檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

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

（4）針對不等壁厚環(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價技術(shù)開展研究，系統(tǒng)解答不等壁厚環(huán)焊縫受力不佳、失效占比較高等問題。

（5）研發(fā)或引進應(yīng)力應(yīng)變內(nèi)檢測技術(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)檢測技術(shù)，并探索弱磁、微磁應(yīng)力內(nèi)檢測技術(shù)應(yīng)用。

5  結(jié)語

持續(xù)開展山區(qū)管道完整性技術(shù)研發(fā)，“十四五”期間重點瞄準(zhǔn)“兩高區(qū)域、三大風(fēng)險、四大環(huán)節(jié)”，建立管道設(shè)計與工程防護、“全時域、全空間、全系統(tǒng)”在線流動仿真優(yōu)化、監(jiān)測檢測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)檢測手段，實現(xiàn)智能自主響應(yīng)和智能決策輔助功能。

作者簡介：李開鴻，1977年生，高級工程師，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。