城鎮(zhèn)燃氣管道完整性管理數(shù)據(jù)采集研究

摘 要

摘要：城鎮(zhèn)燃氣管道的完整性管理必須以數(shù)據(jù)完整和準(zhǔn)確為基礎(chǔ)。確定了深圳市燃氣管道建設(shè)期和運行期必須采集的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)錄入要求，建立了基于作業(yè)流系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的完
摘要：城鎮(zhèn)燃氣管道的完整性管理必須以數(shù)據(jù)完整和準(zhǔn)確為基礎(chǔ)。確定了深圳市燃氣管道建設(shè)期和運行期必須采集的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)錄入要求，建立了基于作業(yè)流系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的完整性數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，三者共用數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。
關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣管道；完整性管理；數(shù)據(jù)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(tài)所進行的數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)分析及一系列安全評價過程。作為管道安全技術(shù)的發(fā)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(yè)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(fēng)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(yè)較為先進的管理方式。開展管道完整性管理要以數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確為前提，其中包括數(shù)據(jù)的采集、整合、管理等一系列環(huán)節(jié)，這是風(fēng)險評價結(jié)果準(zhǔn)確、可靠的重要基礎(chǔ)[1～2]。面對管道數(shù)量龐大、種類繁多的數(shù)據(jù)信息，如何科學(xué)高效地采集和組織數(shù)據(jù)、建立結(jié)構(gòu)合理、實用方便的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)平臺，為后續(xù)管道完整性管理提供可靠性好、質(zhì)量高的原始數(shù)據(jù)[3]，成為城市燃氣管道運營企業(yè)實施管道完整性管理面臨的首要問題。
2 數(shù)據(jù)采集
2.1 危害因素
    完整性數(shù)據(jù)采集之前首先要明確管道失效的原因，進而確定采集數(shù)據(jù)的類型，再將采集到的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行分析并劃分為3種缺陷類型[4]：①與時間有關(guān)的因素，包括內(nèi)腐蝕、外腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂；②穩(wěn)定因素，包括與制管有關(guān)的缺陷和設(shè)備因素；③與時間無關(guān)的危害，包括第三方破壞、機械損害、誤操作、與天氣有關(guān)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(tǒng)》和美國API 1160《危險液體管道管理系統(tǒng)完整性》分別定義了氣、液體管道完整性管理流程，共同強調(diào)了應(yīng)依據(jù)管道高后果區(qū)的影響因素進行原始數(shù)據(jù)的采集和整合分析，以保證數(shù)據(jù)采集的目的性和有效性。根據(jù)這一原則，完整性數(shù)據(jù)采集要充分考慮可能出現(xiàn)的風(fēng)險、危害及其后果和原因，收集與之相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。美國石油協(xié)會API 1160—2001《危險液體管道的完整性管理》把數(shù)據(jù)按來源分為5類：①設(shè)計、材料和施工數(shù)據(jù)；②路由數(shù)據(jù)；③運行、維護、檢測和修理數(shù)據(jù)；④敏感地區(qū)的數(shù)據(jù)；⑤事故和風(fēng)險數(shù)據(jù)。
2.2 建設(shè)期的數(shù)據(jù)采集
   ① 數(shù)據(jù)類型
   城鎮(zhèn)燃氣管道多為埋地管道，其完整性數(shù)據(jù)采集工作宜在建設(shè)期實施。通過在建設(shè)期各階段實施風(fēng)險識別和評價等技術(shù)手段，識別出管道在今后運行過程中可能發(fā)生的風(fēng)險，并在建設(shè)期各個階段就采取合適的風(fēng)險控制措施，將風(fēng)險控制在可接受的范圍之內(nèi)，確保管道在整個壽命期內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能完整，實現(xiàn)管道本質(zhì)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(shù)據(jù)采集遇到的管溝開挖和沿線居民難以協(xié)調(diào)帶來的工作效率低下、投資增加等問題[9]。
    建設(shè)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(shù)據(jù)類型又可描述為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)中與管材缺陷相關(guān)的數(shù)據(jù)有管道制造商信息、生產(chǎn)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(guān)的數(shù)據(jù)有管道的焊接質(zhì)量、管道名稱、管道標(biāo)志、埋深、陰極保護類型、管道附加保護、附加設(shè)備、管道周圍地形、土壤種類(沙質(zhì)土、巖石、粘土等)、土壤理化性質(zhì)等。動態(tài)數(shù)據(jù)中與管材缺陷相關(guān)的數(shù)據(jù)有運輸過程中造成的損傷數(shù)據(jù)等，與安裝缺陷有關(guān)的數(shù)據(jù)主要包括鋪管時造成損傷、管道線路調(diào)整、壓力試驗數(shù)據(jù)、設(shè)計運行壓力及安全因子等數(shù)據(jù)。
   ② 數(shù)據(jù)錄入
   表格是數(shù)據(jù)采集的載體，數(shù)據(jù)采集的填寫規(guī)范應(yīng)該具體、詳盡、方便現(xiàn)場填寫，采集數(shù)據(jù)共性部分應(yīng)集中設(shè)置，減少重復(fù)，表格的設(shè)計應(yīng)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(jié)合城鎮(zhèn)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(tǒng)工程完整性管理數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集表格通過管道焊縫坐標(biāo)數(shù)據(jù)將所有管件、設(shè)備進行空間關(guān)聯(lián)定位，使屬性參數(shù)和重要過程數(shù)據(jù)具有可追溯性，滿足后續(xù)完整性數(shù)據(jù)管理的要求。
    建設(shè)期管道施工信息數(shù)據(jù)由管道施工單位采集，并設(shè)置專人負責(zé)錄入系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的錄入有兩種方式，一是EXCEL表格導(dǎo)入，二是在線數(shù)據(jù)錄入。對錄入數(shù)據(jù)實行施工單位、建設(shè)單位、運營單位三級審核制度，確保錄入數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。將錄入的管道完整性數(shù)據(jù)與GIS系統(tǒng)相結(jié)合，將實際測量數(shù)據(jù)和管道設(shè)計GIS數(shù)據(jù)進行對比，以復(fù)核管道完整性數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。自動繪制出陰極保護數(shù)據(jù)歷史曲線，其橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為各類陰極保護參數(shù)測試值，有助于技術(shù)人員識別陰極保護異常點。
2.3 運行期的數(shù)據(jù)采集
   ① 數(shù)據(jù)類型
   管道運行期間采集的數(shù)據(jù)主要來源于3個方面：a.地質(zhì)敏感區(qū)和地質(zhì)災(zāi)害影響區(qū)數(shù)據(jù)，包括區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、地形地貌、巖組、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、降雨、地表水、地下水、氣候變化等空間和時間的相關(guān)信息。b.管道第三方破壞影響數(shù)據(jù)，包括人口密度、經(jīng)濟發(fā)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(biāo)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(shù)據(jù)。運行和維護數(shù)據(jù)由運行維護班組負責(zé)采集，并參考巡檢計劃、維護保養(yǎng)計劃、航拍(或遙感)圖、管道調(diào)查和試驗報告、運行和管理計劃等文件資料。檢測數(shù)據(jù)由檢測班組負責(zé)采集，深圳燃氣的檢測班組按照相應(yīng)規(guī)程每年對陰極保護系統(tǒng)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(biāo)數(shù)據(jù)錄入GIS，作為后期跟蹤復(fù)檢的依據(jù)。深圳燃氣委托有資質(zhì)的相關(guān)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(dǎo)波測試，以及時掌握管段的應(yīng)力集中和缺陷情況，采集檢測數(shù)據(jù)。
   ② 數(shù)據(jù)錄入
   采集數(shù)據(jù)的錄入由專人負責(zé)，管道運行單位專業(yè)工程師負責(zé)相應(yīng)上報數(shù)據(jù)的審核，經(jīng)過審核的數(shù)據(jù)可由GIS調(diào)用，作為管道屬性儲存，對于周期更新數(shù)據(jù)保留最新的錄入數(shù)據(jù)。深圳燃氣目前采集的運行期的數(shù)據(jù)主要是管道陰極保護數(shù)據(jù)、管道三樁(標(biāo)志樁、轉(zhuǎn)角樁及陰極保護檢測樁)的坐標(biāo)及埋深數(shù)據(jù)、特殊管段數(shù)據(jù)、防腐層破損疑似點數(shù)據(jù)、管道周邊建(構(gòu))筑物和第三方設(shè)施數(shù)據(jù)等。
3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
    完整性管理是一個持續(xù)改進的過程，管理者需要根據(jù)完整性管理的進程對數(shù)據(jù)特別是完整性支持數(shù)據(jù)進行跟蹤和管理，因此要不斷更新、擴充和完善數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)變更管理中還應(yīng)當(dāng)考慮數(shù)據(jù)信息的變化速度和趨勢，對于與時間有關(guān)的數(shù)據(jù)，應(yīng)保證數(shù)據(jù)的時效性，若是在完整性管理程序制定數(shù)年前采集的數(shù)據(jù)，則可能不適合現(xiàn)行的完整性管理，或者根據(jù)這些數(shù)據(jù)實施的完整性評價會失去意義。因此，有必要制訂統(tǒng)一的信息管理流程，以便及時識別和保存關(guān)鍵信息、跟蹤和掌握數(shù)據(jù)的變化趨勢。
    深圳燃氣立足于現(xiàn)有信息系統(tǒng)，包括GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)和作業(yè)流系統(tǒng)，開發(fā)出完整性數(shù)據(jù)采集平臺，建立了管道完整性管理數(shù)據(jù)模型，為完整性數(shù)據(jù)采集提供數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)模型確定了數(shù)據(jù)的儲存方式及數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)方式。完整性數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以GIS為基礎(chǔ)[10]，適應(yīng)燃氣行業(yè)信息化建設(shè)的需要，從實用、簡潔、靈活、高效的原則出發(fā)，提供一個功能強大、界面友好、操作性強的燃氣管網(wǎng)信息管理平臺[11]，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的錄入、維護、變更、批量導(dǎo)入、導(dǎo)出、查詢及分析等功能，并以多用戶按角色授權(quán)的方式協(xié)作進行數(shù)據(jù)管理。用戶在角色權(quán)限許可的范圍內(nèi)，完成其轄區(qū)內(nèi)管道數(shù)據(jù)的管理工作。通過這種分布協(xié)作的管理方式，使各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)得以落實，同時也保證了數(shù)據(jù)信息的更新和實效。數(shù)據(jù)的核實、組織、備份則由管理員統(tǒng)一管理，保證了數(shù)據(jù)資源的同步、有效和安全。
3.1 與GIS共享數(shù)據(jù)庫
    GIS和作業(yè)流系統(tǒng)可調(diào)用完整性數(shù)據(jù)采集平臺里的數(shù)據(jù)。建設(shè)期錄入完整性數(shù)據(jù)采集平臺的檢測樁、標(biāo)志樁等數(shù)據(jù)，以及運行期錄入的管道防腐層破損點數(shù)據(jù)、修復(fù)的破損點數(shù)據(jù)、管道周邊構(gòu)筑物和第三方施工的數(shù)據(jù)都可以通過數(shù)據(jù)接口，在GIS系統(tǒng)里顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，同時在GIS系統(tǒng)中增加管道設(shè)計、閥室設(shè)計圖層，通過與施工管道對比，可以監(jiān)控施工與設(shè)計是否一致。GIS和完整性數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享，為后續(xù)進行風(fēng)險評價和完整性評價打下良好的基礎(chǔ)。
3.2 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和預(yù)警功能
    完整性數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對于新錄入的檢測數(shù)據(jù)進行識別，系統(tǒng)會自動對超出規(guī)定范圍的異常數(shù)據(jù)進行警示，即錄入的異常數(shù)據(jù)變?yōu)榧t色，達到預(yù)警的功能。另外，次高壓管道陰極保護系統(tǒng)可自動對不同時期的陰極保護檢測數(shù)據(jù)繪制曲線，方便管道運行單位監(jiān)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(guān)于數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理、工程管理、負荷預(yù)測、風(fēng)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)