《管道保護》編輯部：系統思維是一種宏觀整體思維方式。一個個體，一個企業，一個國家，任何一個相對獨立的事物，我們都可以將其看作一個系統來研究。管道既是線性工程，也是一個龐大的系統。對于管道安全問題，不能按照線性思維采取“頭痛醫頭，腳痛醫腳”的辦法。本期我們特別邀請到了中國石油大學（北京）管道技術與安全研究中心主任董紹華教授，請他結合自己多年實踐和研究體會發表對這一問題的看法，以饗讀者。

編輯部：管道本質安全是實現油氣輸送安全和公共安全的重要基石。您認為提升我國管道本質安全水平的途徑是什么，還面臨哪些挑戰？

董紹華：1978 年，英國化工安全專家 Klet首次提出“本質安全”概念，即指在工藝設計階段提高工廠安全，從根本上消除風險，而不是被動地接受風險或附加保護設施減小風險，這個概念得到普遍認可，并沿用至今。

管道本質安全可以理解為，管道系統本身具備的安全性、抗風險能力和系統韌性，即使處于人因影響或故障狀態下，仍具有自保護的能力。例如，當管道斷裂失效時，管道干線截斷閥迅速啟動自動關斷程序，從參數上控制管道失效過程并果斷采取應急防護。又如，在站場設備操作過程中，如果出現超壓情況，ESD將啟動自保護功能，立即放空泄壓，實現壓力穩定控制。

實現管道本質安全有以下幾個途徑。一是基于管道內外部輸送環境、復雜載荷、材料特征等因素，建立系統化安全管控模式，包括完整性管理、可靠性管理、風險管理等模式，覆蓋管道設計、施工、投產、運行、報廢全生命周期過程。二是基于現代信息技術，使用大數據、物聯網、人工智能等手段，強化管道風險的預測預警，全方位開展風險管控。三是針對管道站場的設備設施，有效進行冗余可靠性設計、風險識別與管控、控制系統的防護以及應急與次生災害預防等。四是通過安全防護措施，如設置隔離帶等設施，降低失效后果的影響。五是通過加強各階段程序控制和自動化管理，增加設備糾錯功能，簡化操作程序，減少額外安全保護裝置和人為失誤概率。

我國管道本質安全水平近年來有長足進步，表現為四個方面。一是HSE管理體系在管道企業全面實施，對規范操作、規范管理和減少事故發揮了重要作用。二是管道完整性管理引進推廣，相繼頒布了國家標準和ISO標準，全面開展了管道內檢測，逐步向數字化、智能化風險識別與管控方向邁進，高后果區管控效果顯著，建成了具有中國特色以風險預控為核心的管道完整性技術體系，在安全生產中發揮了重要作用。三是貫徹實施新安全生產法和管道保護法，管道企業依法依規管理，建立良好的企地合作關系，共同保障管道本質安全。四是從設計環節狠抓管道本質安全，以安全“三同時”為前提，開展基于自然災害、地質災害、環境、社會、水利等多個方面的專業評價，開展管道失效影響評價，規避未來運行風險。

雖然我們已經取得了顯著成績，但從近年來發生的管道事故看，管道本質安全仍然存在一些不可忽視的短板。例如第三方施工引起的管道損傷、泄漏、爆炸事故比重居高不下；密閉空間安全管控不到位導致重大人員傷亡；城鄉規劃不合理導致管線占壓風險加劇；重特大事故時有發生等。企業管理存在“頭疼醫頭、腳疼醫腳”的問題。管道所處社會環境日趨復雜，極端天氣等自然災害對管道的影響加劇。全國管道運行“一張網”打破了“三桶油”原有的管理模式，新的治理模式需要創新和磨合。確保管道本質安全應該講還是比較艱巨的任務。

編輯部：您剛才對管道本質安全管理水平現狀和存在問題進行了全面分析，您認為應該通過哪些有效手段加以提升？

董紹華：近年來，我國已全面實施了管道完整性管理，但從近幾年發生的事故來看，完整性管理依然存在盲區。一是完整性管理側重于資產的風險管控，缺乏對思想、目標、方法、技術、組織、管理者等關鍵要素的重視。例如，企業各管理要素都是互相關聯的，任何一個要素變更都需要考慮綜合性影響，特別是管理者、思想和方法等關鍵要素，完整性管理幾乎沒有涉及。二是完整性管理領域存在局限性，主要涉及資產的預防性維護管理，如果設備設施完整性出現問題，后續的生產監控與運行、應急、投資等管理步驟都需要共同協調，僅靠完整性管理解決不了。三是完整性管理對設施的生產工藝及過程控制缺乏監督與管理，管控存在盲區。

基于風險的傳統管道安全管理模式受到挑戰，需要基于系統安全理論重新建立管道本質安全管控理念。系統安全思維是指采用非線性思維方式多維度審視油氣管道系統的整體安全問題，恰當劃定事故致因的影響因素等級，從而制定具體、有效的安全防護和應急處置管理措施。例如，當前管道環焊縫風險因素識別和定量評價是我國管道安全面臨的難題。一是地質災害引起的管道外部載荷變化，二是環焊縫本體質量因素，單純從一個方面入手已經不能解決問題。目前我國自然災害、地質災害頻發，路由通過區域管道安全受到極大威脅，加上高鋼級管道大批量應用，帶來了其可焊性和施工質量問題，以及管道環焊縫焊接沖擊功CVN能否保證、抗應變能力如何評價等一系列問題。外力復雜性和環焊縫力學性能的不確定性之間發生了耦合作用，需要找到高鋼級管材焊縫失效的規律和機理，并對壽命周期通過建模進行預測。這些問題如果不解決，管道本質安全難以保證。用系統安全思維能深刻認識管道本質安全問題，主要體現在以下幾個方面。

一是認識掌握多因素耦合下的管道事故演化機理。管道系統結構復雜，其安全保障問題，特別是多因素引發的火災爆炸事故、多災種耦合作用下事故風險演化機理、災害鏈式效應的蔓延控制問題，已制約了管道安全平穩運行。近年來發生的青島中石化東黃輸油管道“11·22”泄漏爆炸事故及十堰“6·13”城鎮燃氣泄漏爆炸事故，造成人員財產重大損失，與管道本體泄漏預防、監測、檢測、維護、隱患整治，以及環境空間燃爆氣體濃度集聚場所的識別和發現密切關聯，暴露了相關企業日常管理的缺陷和不足。根據安全事故致因理論，事故符合蜂窩奶酪模型特征，即多因素融合或耦合時，如果隱患擊穿了每個風險屏障，事故就一定會發生，只要其中一個屏障起到作用，事故則不會發生。

二是完善風險識別模式控制災害鏈式效應蔓延。風險識別模式應隨環境變化，動態進行管道災害鏈風險評估及多災種耦合災害鏈斷鏈減災控制。國家管網集團公司的組建，強化全國管網一盤棋布局，不僅在運行管理方面統一調控，還在安全管理方面統一體系、統一標準、統一平臺，這是安全管控一體化優勢的一個方面。但統一管理也極有可能忽略個性化風險管理模式，壓縮企業個性化管控空間。一般來講，安全管控表現為95%的主要風險得以控制，但剩余5%未知或被忽視的風險往往成為最大的事故隱患。同時還表現在習慣性操作方面，這些習慣性操作在日積月累中忽視了環境的變化，風險識別還仍然按照慣性思維和傳統做法。如青島事故的應急模式基本按照開闊區域進行泄漏處置，沒有考慮到密閉空間和及時進行人員疏散；十堰事故的腐蝕泄漏管道位于排水溝內部，巡檢環境差，需要佩戴呼吸機進入，傳統人工巡檢方式已經不能勝任，巡檢區域未能全覆蓋成為常態。

三是運用系統安全思維開發管道風險預警技術。例如，油氣管道泄漏監測與預警技術。油氣管道泄漏監測與定位技術是由多學科、多技術集成的，通過多種泄漏監測方法結合使用，克服單一方法無法同時滿足對靈敏度、定位準確度、實時監測報警等多項要求的弊端。此外，運用虛擬技術和儀器，進行各類測試模擬，形成不同的分析模塊，建立以計算機技術為輔助的綜合性監測系統，兼具測試、信號轉換、數據分析、網絡通信等功能，其中有效的濾波技術、信號提取、識別分析是重要內容。再如，油氣管道衍生災害快速預警技術。包括臺風、洪水、雷電、地震等特殊災種以及管道腐蝕、變形、泄漏等可能引起環境污染、爆炸、大尺度火災等衍生災害的危險源。開發管道危險源快速識別與衍生災害預警系統，實現全天候實時監測與自動報警。實時監測自然災害頻發區和高后果區管道的應力、應變狀態，包括應變監測、溫度監測、位移監測、土壓監測，及時進行應變報警、應力報警、位移報警。

四是完善本質安全標準體系強化應急管控能力。按照站場類型特點，分類制定完整性管理標準，重點突出數據采集與數據庫、數字孿生體、風險管控、完整性評價、決策支持、風險消減等全生命周期管道完整性技術，通過云計算、大數據、物聯網、移動網絡、人工智能等現代信息技術手段，實現站場設施的風險分級管控。在管道智能化應急方面，以智能化應急理念，充分利用大數據、云平臺、區塊鏈、人工智能等前沿技術開展應急決策、應急裝備研發以及應急行動，以最大限度減少人員傷亡和環境污染。當前需要開展以下研究：海底管道輸送介質泄漏擴散應急處置及回收技術；復雜山地油氣管道應急搶險處置機制；針對不同應用對象的便攜應急智能搶險裝備。

五是推動工業互聯網與安全生產模式的融合。近期美國Colonial公司管道控制系統受黑客攻擊導致美國進入國家緊急狀態事件，表明工業互聯網是管網安全運行的核心。警示我們要從管道行業風險控制和安全管理的實際需求出發，以構建工業互聯網快速感知、實時監測、超前預警、聯動處置及系統評估為目標，實現油氣管道線路管理、站場管理、應急管理等多個場景智能化，打破各階段各時期建設的管道“信息孤島”，實現資產完整性管理系統、應急指揮平臺等廣泛互聯互通，為智慧管網的建設提供數據驅動和平臺支撐。當前亟待開展的工作包括：基于當前國內數字化管道、智能管網技術進展，研究建立管道全生命周期數據標準和數據庫；開展智能化管道體系建設及智能管網平臺設計，包括管道全生命周期資產管控、運行控制、決策支持三個方面；采用云平臺、區塊鏈等技術，構建基于多源數據的智能化管理平臺，包括施工期管理、運行維護管理及大數據決策支持，整合管道全生命周期各類數據；構建完善的數字孿生模型，確保物理模型與實體模型的在線仿真模擬應用，與各企業現有的 GIS 系統、ERP 系統、PPS 系統等有機整合與集成。

編輯部：最近國家應急管理部、工業和信息化部、國家管網集團公司聯合舉行“工業互聯網+安全生產”油氣管道行業試點啟動會，您對此抱有怎樣的期待？

董紹華：這項活動對于促進工業互聯網與油氣管道安全生產緊密融合，提升油氣管道本質安全管控水平具有重要意義。以下幾點值得我們期待。

將助力形成全國管道一張網風險管控新模式。基于網絡化、網格化、區域化的風險管控模式成為未來發展的主流。網絡化就是構建管網的水力模型與風險模型，體現在供應的穩定性、可靠性方面；網格化就是構建安全管理的風險網格模型，將所有風險因素分區、分級管控，注重安全管理中風險的關聯性、全面性，不遺漏；區域化的風險管控就是將風險管理按照區域布局，將投入資源合理分配，從空間上節省人力和物力。

將推動工業互聯網與管道安全生產的深度融合。我國油氣管道已搭建SCADA系統為核心的油氣站場、閥室為控制單元的工業互聯網網絡，成為智能化發展的基礎設施之一，管網工業互聯網的安全管理成為風險管控的重中之重。通過智慧管網建設，使管網具有全面感知、自動預判、自適應、自反饋、自學習等功能特征，實現安全、高效運行。

將更好地發揮管道平臺大數據決策支持作用。管道系統的一系列信息系統集成、管理程序、檢測記錄以及管道系統日常運行記錄等被巨大的數據網絡串聯起來。通過建立智慧管網系統和智能化決策支持模型，利用人工智能手段，解決管道泄漏、腐蝕、自然與地質災害影響、第三方損壞等數據的有效應用問題，獲得綜合性、全局性的分析結論，指導管道企業的可持續發展。

將有助于實現國家提出的碳達峰、碳中和目標。摻氫天然氣技術是解決“棄風棄光”問題的有效途徑之一。利用新建管網或在役天然氣管網將其輸送至用戶終端、加氣站和儲氣庫等，可起到儲能和電力負荷削峰填谷的作用，同時避免了新建輸氫管道所需的高昂建造成本。在氫能輸送完整性技術方面，亟待研究管網摻氫、輸氫的完整性評價技術，安全預警和監測技術等，建立關于氫能利用的技術標準（如長輸混氫管道設計、管網摻氫運行、安全性評價等標準）；在完整性與可靠性評價技術方面，現有鋼制管道輸氫的量化損傷模型、氫壓理論模型、氫增塑性理論模型、氫降低鍵合力等理論模型需建立可行的試驗方法進行長期驗證。包括：管道運輸傳質機理與事故反演；管道完整性理論與大數據決策支持；基于管道氫能輸送滲氫機理與擴散韌脆轉變模型；管道系統安全抗脆弱性墑變機理。

編輯部：今年是《管道保護》創辦10周年，您作為編委和作者，參與并見證了它的成長全過程，借此機會請您對大家說幾句話。

董紹華：《管道保護》創辦十年來，我與它結下了不解之緣。我還在北京管道公司工作時，朱行之主編就多次上門約稿，我先后在刊物上發表管理和技術文章近20篇，并獲得“西氣東輸杯”管道保護有獎征文一等獎。我到中石大工作后，受邀擔任了刊物編委，我所在的管道技術與安全研究中心作為刊物的支持單位，繼續保持了密切合作。現在《管道保護》已經成為溝通管道管理者、科研工作者、政府管理者的橋梁，在管道保護領域的影響力不斷提升。我們將一如既往支持《管道保護》的發展，衷心祝愿它在未來的道路上越走越寬廣，為推動我國管道保護法治建設和管道保護新技術、新方法應用發揮更加出色的作用。