《管道保護》編輯部：本質安全是指通過設計等手段使生產設備或生產系統本身具有安全性，即使在誤操作或發生故障的情況下也不會造成事故的功能。石油天然氣管道作為線性工程和危化品運輸設施，其本質安全有哪些特點，實現的路徑又是什么？帶著這個大家所關心的問題，編輯部專訪了中國石油天然氣管道工程有限公司（管道設計院）王學軍總經理，請王總結合當前我國管道行業發展的特點，闡述管道行業本質安全設計體系的初步框架，包括設計原則、設計程序、評價方法以及實現手段等，并提出相關建議。

編輯部：我們一般理解，本質安全就是通過追求企業生產流程中人、物、系統、制度等諸要素的安全可靠及和諧統一，使各種危害因素始終處于受控狀態，進而逐步趨近本質型、恒久型安全目標。請您介紹一下，本質安全設計理念最初是如何提出的？

王學軍：本質安全由英國化工安全專家克萊茲（Trevor Kletz）于1976年首次提出。他認為“預防事故的最佳方法不是依靠更加可靠的附加安全設施，而是通過消除危險或降低危險程度以取代那些不安全裝置，從而降低事故發生的可能性和嚴重性”。該理念的提出引起了人們的高度關注，隨后開展了大量的研究，出現了本質安全設計、評價等系列技術和管理實踐。

根據克萊茲的本質安全理念，要保證本質安全就要避免危險的存在，減少危險原料和工藝的使用，而不是在發現危險后進行防控。為此，需要開展危險源辨識，并在工藝、設備等設計中采取相應的措施并付諸實踐。2010 年，海基勒（A.M.Heikkila）對本質安全理念進行了總結，將本質安全定義為“在化工和制造業中，通過設計等手段使生產設備或生產系統本身具有安全性，具備即使在誤操作或發生故障的情況下也不會造成事故的功能。”此定義體現了本質安全的源頭、途徑以及目標，被行業普遍接受。

本質安全設計是把本質安全這種想法，通過合理的規劃，周密的計劃，并以各種感覺形式傳達出來的過程。在每次方案選擇時均要考慮如何消除、降低危險，使用更安全的原料，采用更安全的工藝條件，進行容錯設計，盡可能消除產品缺陷，降低人為操作失誤、機械故障和蓄意破壞造成危險的可能性和事故后果。不同行業的危險源不同，導致事故的風險因素也不盡相同，先期開展本質安全設計的行業根據自身的特點提出了較為系統的設計原則、程序和評價方法。

在設計原則上，化工、石油化工等過程工業領域，提出了5項技術原則：①消除原則，消除所有危險物質；②最小化原則，不使用或使用最少量的危險物質；③替代原則，采用安全的或危險性小的原料、設備或工藝替代或置換危險的物質或工藝；④緩和原則，采用相對安全的過程操作條件，以降低危險物質的危險性；⑤簡單化原則，采用更簡單和友好型單元以降低出錯和誤操作的機會等。在過程工業生產裝置領域，本質安全設計的技術原則主要有避免產生多米諾效應、杜絕不正確的安裝、使操作者清楚了解裝置/設備的狀態、容忍操作失誤、采用較少的儀表和較簡單的控制系統，以及所有裝置的控制系統其軟件應該一致等。

在具體實踐中，盡管根據技術原則開展了本質安全設計，但是并不能完全消除風險，還需要采取相應的安全措施使風險處于可接受范圍內。一般考慮設置多層防護，例如為了確保核電站的安全, 在本質安全設計的基礎上采用4道屏障和5道防線等多重安全防護策略。國際電工標準IEC 61511《機能安全—過程工業安全儀表系統》中典型的過程工業防護層，在本質安全設計的基礎上設置了6道防護層：①基本過程控制系統；② 監測報警系統；③安全儀表系統；④機械防護；⑤結構防護；⑥程序防護。

在本質安全設計程序上，強調全生命周期，每個階段都有相應的重點工作內容和管理制度。

在本質安全評價方法上，先后出現了指數型評價方法、模糊理論型評價方法及圖示型評價方法等。

編輯部：本質安全這種理念在管道行業經常被提及，據我們了解，至今還沒有形成行業特有的設計原則、遵循的程序和評價方法。請您就構建管道行業本質安全設計體系談談具體思路。

王學軍：本質安全設計首先需要全面認識所設計的系統，這樣才能有針對性地進行危險源識別。在構建管道行業本質安全設計體系中，要著重分析把握管道行業存在的以下特點。

（1）天然氣管道正在由單條管道、區域管道向全國管網發展。截至2020年，國內已建成天然氣管道10.2萬千米，除了部分新建管道外，已建管道分別由中石油、中石化、中海油以及各省市建設，可能存在重復建設、結構不盡合理等問題。同時為了實現“碳達峰、碳中和”目標，天然氣將是重點發展的清潔能源，合理利用沿海LNG、四川頁巖氣等資源，保證天然氣供應、改善環境將是今后一段時間的主要任務。為此需要統籌考慮，加快互聯互通，形成天然氣全國一張網。

（2）輸送介質易燃易爆并朝著多樣化發展。管道輸送的油品或氣體其閃點或燃點都較低，一旦泄漏遇到火源后很容易發生燃燒和爆炸。油品泄漏還會污染土壤和水體造成嚴重的環境問題。隨著國家新能源、碳減排等政策的出臺，今后管道輸送的介質將更加多樣化，例如輸氫管道、摻氫/混氫管道、二氧化碳管道等都將陸續建設。

（3）輸送方案朝著高壓、大口徑、高鋼級發展。提高壓力、加大管徑均可提高單管輸量，從而提高輸送效益。與之相應的需要提高管道強度。目前國內已建設管徑1422 mm，壓力12 MPa，鋼級L555M的管道。這類管道儲存大量的能量，是一種危險源。

（4）管道沿線自然和社會環境多變。國內已建管道橫跨東西，縱貫南北，途經高山峽谷、平原、水網、沙漠等各種地形地貌，通過人煙稀少的西北地區、地質條件復雜的西南山區、人員分散聚居的西南/華中/東北地區及人員密集的沿海地區，今后建設的管道仍然需要繼續分布在上述區域中。管道所處環境不同，其風險也有所區別，失效后果差異也較大，應該區別對待。

根據上面分析的管道特點及其風險因素，在本質安全設計中應考慮以下原則。

（1）先整體后局部原則。全國形成天然氣一張網是目前管道建設的重點，為此，先要考慮整張網的運行安全和供應安全，要在整合資源、細化市場的前提下合理布局管道。在人口密集區域，可與城市管網結合，將高壓管道布置在城市邊緣，通過城市管網滿足用戶需求。建設規模可考慮管容余量，重要通道考慮備用，保證管網有充足的運輸能力和靈活調運能力。然后，根據單條管道在整個管網中的定位，結合不同區域管道的環境條件以及管道特性，有針對性地分析可能存在的風險，開展本質安全設計。

（2）全生命周期原則。管道本質安全設計從項目規劃開始，要貫穿全生命周期可行性研究、初步設計、施工圖設計、材料/設備制造、施工、運行及報廢的整個過程。每個階段有其重點任務和工作程序。整個過程是一個從宏觀到微觀、從整體到細節、由淺入深由虛到實的過程，同時也是一個風險不斷被識別、不斷被評估和應對的過程。

（3）全要素原則。管道本質安全設計涉及工程的所有物理要素，包括輸送工藝和自動控制，站內總圖布置、工藝流程、安全儀表系統及其他輔助設施，線路中的一般管段、穿跨越管段及特殊地形地貌和地質條件的管段等。要保證工藝、材料、設備、安全系統等自身的本質安全，降低事故概率。要保證施工、檢測裝備的安全可靠和技術先進性，以保證工程建設質量。

除了物理要素外，人是本質安全設計的決定因素。為此，要求設計人員具備相應的資質，施工、檢測等各個環節的人員取得崗位資質，運行人員需經過培訓以降低誤操作的概率。同時，與本質安全相關的技術標準及最佳實踐也應逐漸建立，以設計標準化、規范化和持續總結保證管道本質安全。

（4）全過程原則。實現本質安全設計還需建立完善管理制度，開展全過程管理，執行設、校、審制度，履行文件放行審批程序和材料/設備訂貨招標程序。施工過程落實施工監理、焊口檢測、隱蔽工程檢查、施工驗收等程序。運行階段健全管道巡護、高后果區管控、完整性管理、第三方施工監護、人員培訓、管道報廢等制度。

編輯部：構建管道行業本質安全設計體系，需要建立一套科學的本質安全設計程序，對此您是怎么考慮的？

王學軍：設計是本質安全的源頭，施工是保障，運行是保持，只有相關方各負其責，才能實現本質安全設計的初衷。下面是一張管道本質安全設計流程圖，它貫穿于管道從規劃到報廢的全生命周期。為方便大家理解，我作一簡要說明。

在規劃階段，要通過管網層面的評估，明確待建管道的定位，初步分析可能的風險因素。

在可行性研究階段，重點是遵循法律法規，開展管道選線和站址選擇，并及時開展環境影響評價、安全預評價、地質災害評價等專項評價，保證路由和站址的依法合規，同時要開展風險因素識別，高后果區識別等工作。

在初步設計階段，要優化工藝流程、操作程序，合理布置總圖，以及路由細化、穿跨越精細化設計、高后果區管控，并開展HAZOP、SIL、LOPA、QRA等評價分析。對于高鋼級管道、氫氣管道、二氧化碳管道等，要做好線路用管的選擇和焊接工藝的確定工作。

在材料/設備制造階段，要細化技術要求并嚴格按照技術規格書的要求制造，對于新材料、新設備還要組織鑒定，必要時駐廠監造。

在施工圖階段，主要落實初步設計方案、安全評價報告及評審意見、HAZOP分析報告的建議措施、SIL定級報告措施，開展管道結構優化、可施工性審核，提出焊接總體要求、數字化交付等。

在施工階段，重點是按圖施工、嚴格執行焊接工藝、保質保量完成管道防護施工、對設計變更開展安全評估，并組織安全條件驗收、施工數據采集和交付等。當前高鋼級管道的現場焊接、山區管道防護工程等是施工階段實現本質安全的重點環節。

在運行階段，開展完整性管理、管道巡護、定期檢測、風險評價和預先維修，消減安全風險，保持管道本質安全狀態，并及時向設計單位和施工單位反饋管道事故、故障及處理情況，為改進本質安全設計提供基礎資料。

編輯部：您剛才系統介紹了構建管道行業本質安全設計體系的總體思路，這對我國管道行業從源頭上改進和提升本質安全來講具有重要意義。為此您還有哪些設想和建議？

王學軍：一是完善本質安全設計/評價方法。本質安全評價應該分層次，首先是整個管網層面的評價，目前還沒有成熟的模型和方法。然后是單條管道層面的評價，國內有相關研究但是還不成熟。單條管道各子系統的評價方法相對成熟，工藝系統有HAZOP、RAM等方法，安全儀表系統有LOPA、SIL等方法，管道線路有定性、半定量和定量風險評價方法等。在管道線路設計上，國際上正在研究采用安全等級替代地區等級。

二是要加快管道事故（事件）數據庫建設。本質安全設計需要遵循PDCA過程（即策劃—實施—檢查—反饋四個過程）。數據為這個循環過程提供了基礎保障。數字化可以提供管道全生命周期的所有信息，其中包括事故數據。事故數據一方面為改進設計提供直接借鑒，另一方面也為安全評價和完整性管理提供基礎數據，為此應加快建立我國管道事故（事件）數據庫。

三是積極推進智能管道建設。智能管道建設是在標準統一和管道數字化基礎上，通過精準感知運營狀態和內外部環境，統籌全局智能輔助決策，支撐管道安全輸送和高效運營。智能管道建設是實現本質安全的重要抓手，要以站線一體化三維數字化協同設計為源頭，集成采辦、施工、運維數據，構建管道數字孿生體，通過數字化和智能化技術應用，形成管網系統泛在感知、安全評價、應急處置等新型安全能力，以提高運維效率，增強管道的安全可靠性。

建議從行業層面制訂和完善管道本質安全相關標準，增強其系統性、全面性、技術適用性和銜接一致性。同時針對上述問題開展進一步研究，持續完善管道本質安全理念，盡快建立管道本質安全技術和評價管理體系，不斷提升管道本質安全水平。

編輯部：感謝您接受我們的采訪。