油气管道全生命周期管理标准化与信息化发展分析

　　摘要：油气管道是石油天然气资源输送的命脉，油气管道的全生命周期管理确保了管道安全平稳运行。分析了油气管道全生命周期管理的阶段特征，重点论述了油气管道全生命周期管理中标准化建设现状、存在的问题和需求，最后探讨了油气管道全生命周期管理信息化发展中的数据管理、智能化瓶颈和发展方向。

　　关键词：油气管道;全生命周期;标准化;数据管理;智能化

　　1 全生命周期概述

　　20 世纪 80 年代，德国工程师费里克斯提出全生命周期管理理念。目前全生命周期管理系统多被国内外大型企业用于设备管理应用中，应用领域包括石油、医疗、钢铁、飞机以及多种装备制造行业中，美国、英国、日本、中国等工业大国的著名企业均在推进设备全生命周期管理的信息化、智能化。我国最早在《轨道交通 通信、信号和处理系统控制和防护系统软件》(GB/T28808—2012/IEC 62279:2002)定义了软件生命周期概念：从软件构思开始到软件停用为止的时期内发生的活动[1]。

　　油气管道论文：预防油气管道破坏保障运营安全

　　《机械产品生命周期管理系统通用技术规范》(GB/T 33222—2016)中对产品生命周期管理定义做了定义，即以产品的整个生命周期过程为主线，从时间上覆盖产品市场调研、概念设计、详细设计、工艺设计、生产准备、产品试制、产品定型、产品销售、运行维护、产品报废和回收利用等全过程，从空间上覆盖企业内部、供应链上的企业及最终用户，实现对产品生命周期过程中各类数据的产生、管理、分发和使用[2]。《消费品生命周期安全风险控制通则》(GB/T 39112—2020)中对消费品生命周期定义是消费品从设计生产到最终处置的整个过程(包括设计、生产、包装、储运、使用和回收六个阶段)[3]。

　　2020 年，工信部等十五部门联合发布《关于进一步促进服务型制造发展的指导意见》(工信部联政法〔2020〕101 号)，这是在政府文件中首次提出“全生命周期管理”概念：鼓励制造业企业以客户为中心，完善专业化服务体系，开展从研发设计、生产制造、安装调试、交付使用到状态预警、故障诊断、维护检修、回收利用等全链条服务。

　　围绕提升研发设计、生产制造、维护检修水平，拓展售后支持、在线监测、数据融合分析处理和产品升级服务。建设贯穿产品全生命周期的数字化平台、产品数字孪生体等，提高产品生产数据分析能力，提升全生命周期服务水平。国家市场监管总局《关于大力开展质量基础设施“一站式”服务的意见》(国市监质〔2020〕177 号)提出：“面向石化、钢铁、有色、建材、装备等传统产业，强化全产业链、全生命周期的质量基础支撑，推动转型升级”，也提及了全生命周期的概念。近几年，我国相关标准中开始逐步有专门针对油气管道腐蚀防护方面的标准。

　　2 油气管道全生命周期管理

　　管道输送是五大运输方式之一。压力管道及储运设施的安全稳定运行关系到生产安全、环境安全和国家能源安全，也关系到人民群众生命财产安全和经济社会稳定发展大局。管道全生命周期管理是指基于材料的管道设计、制造、贮存、运输、安装、验收、运行、维护保养、检验评估、维修、报废全过程完整的管理[4]。将全生命周期管理的理念应用于油气管道，实现油气管道全过程资源、信息、数据的共享共用，对于提高管道工程建设的效率性、安全性，降低工程的成本具有重要意义。按照全生命周期管理的定义，可以将油气管道的全生命周期划分为前期规划阶段、设计阶段、工程建设阶段、生产运营阶段以及改造或停用阶段。

　　大多关于油气管道全生命周期管理的研究均是基于新规划的管道，但目前我国有大量的在用管道，针对新建管道和在用管道实施全生命周期管理的方法和难易程度均不相同。对于新建管道，可以按照管道全生命周期的整个流程实施管理，根据全生命周期管理系统的要求，整合各项流程，收集相关数据，整理分析数据，进行各种评估与评价。

　　对于在运行管道，特别是缺少管道基础资料或资料不准确的管道，要实行全生命周期管理，必须开展管道的勘查与核实，收集完整准确的管道基础资料，提供基础数据[5]。部分在运行管道的自动化实时检测系统不一定能全面覆盖管道的方方面面，这时就需要根据管道全生命周期管理对基础信息、基础数据的续期增加相应的自动化监测点，更多地采集管道运行数据，提供管理系统分析评价的全面性、可靠性[5]。对于检验检测与评估技术支撑，为了更好地实施管道全生命周期大管理工作，需要开展缺陷管道安全评估、外腐蚀直接评估、内腐蚀直接评估、地质灾害评估、管道修复、风险评价、现代信息等相关技术的学习和研究以及集成应用。

　　管道全生命周期管理和完整性管理有所区别，完整性管理实质是评价不断变化的管道系统面临的风险因素，并对相应的管理与维护活动做出优化调整，侧重于在役管道的风险管理和预防，其实是管道全生命周期管理的一部分，但有些表述中把 2 个概念合在一起表述。

　　3 油气管道全生命周期管理标准化建设

　　油气管道标准包括建设与运行总则、总图及运输、管道线路、穿跨越、站场工艺、机械设备、仪表自动化、防腐保温、建筑与结构、通信、供热、通风、给排水、焊接、电气、节能、HSE、消防和完整性等 18 个专业方向[7]。管道完整性管理贯穿于生命周期各个阶段，其程序结构如图 2 所示。油气管道相关标准主要包括国家标准、行业标准和企业标准。在国家标准和行业标准层面，目前我国油气管道相关国家标准、 行业标准约有 560 项， 包括 300 余项国家标准、190余项石油行业标准，以及 70 余项其他行业标准[6]。

　　中国政府和企业结合多年实践经验，多部门多行业反复协调讨论，在全周期完整性管理重要支撑技术领域制修订了多项国家标准、行业标准、企业标准，国内外部分主要油气管道相关标准。企业层面，2009 年，中国石油天然气集团公司企业标准 Q/SY 1180—2009 发布实施，对高后果区识别、风险评价、完整性评价、建设期完整管理等多个环节进行了详细规定，该标准是我国首部管道完整性企业标准，标志着龙头企业管道完整性管理开始进入规范化标准化阶段。

　　国家层面，2015 年发布了国家标准《油气输送管道完整性管理规范》(GB 32167—2015)，推进了中国油气管道完整性管理统一标准化进程，为政府部门关于全面推行油气输送管道完整性管理工作奠定了基础。2018 年发布的《油气管道运行规范》(GB/T 35068—2018)进一步推动了油气管道运行规范管理。

　　国际层面，2019 年中国牵头发布了国际标准 ISO 19345—2019，该标准分为两部分，即ISO19345-1 2019 《 Petroleum and natural gas industry-Pipeline transportationsystems- Pipeline integrity management Specification-Part 1:Full-life cycle integritymanagement for onshore pipeline(石油和天然气工业管道输送系统管道完整性管理规范 第 1 部分：陆上管道全生命周期完整性管理)》[8]和 ISO19345-2 2019《Petroleum and natural gas industry-Pipeline transportation systems-Pipeline integritymanagement Specification-Part 2:Full-life cycle integrity management for offshorepipeline(石油和天然气工业管道输送系统管道完整性管理规范 第 2 部分：海上管道全生命周期完整性管理)》[9]，这是中国油气管道行业首次主导制定国际标准，标志着中国油气管道管理技术进入世界先进水平行列，标志着管道完整性管理实现了标准化，它的应用将会减少管道事故的发生，极大促进全球管道管理水平的提升，具有重要里程碑意义。美国机械工程师协会也发布了压力设备完整性的生命周期管理指南 ASME PTB-2—2009。

　　国内油气管道全周期管理标准存在的问题及需求包括：(1)标准本身技术需要完善。如现有的风险评价标准适用性不强;泄漏监测和安全预警系统的技术规范需要进一步完善，尤其针对新建管道的设计建造，增加高后果区、高风险区的监测预警风险减缓技术要求;预警系统缺少具体技术指标，建议在标准中明确响应时间、定位精度等要求[7]。(2)全生命周期管理标准体系需要进一步完善。目前，我国还没有完整的油气管道技术法规，油气管道标准尚未覆盖全面，特别是在工程建设标准、运行管理、管道废弃等方面[8]。国家标准只提出了最低要求，行业和企业标准需要覆盖管道规划、设计到管道判废的全生命周期的标准体系。

　　4.油气管道全生命周期管理信息化建设

　　国家发改委公布《中长期油气管网规划》 中提出，到 2025 年油气管道里程将增加到 24 万 km，重点加强“互联网+”、物联网、大数据、云计算等先进技术与油气管网的创新融合，完善信息共享平台。管理效率低、人工成本高、技术决策风险偏高依然是当前管道企业存在的主要问题，管道管理信息化建设对全生命周期管理具有重要意义。

　　(1)数据管理。

　　管道全生命周期管理各个环节都需要有强有力的数据支持，越是重大的决策，做好顶层设计，需要参考的数据就会越多[9]。新业务对数据管理提出新的需求，传统的数据管理模式已经难以满足管道生命全周期的需要。目前广泛使用的管道数据模型有 PODS、APDM、PIDM 等。中国石油管道科技研究中心自 2004 年开始研究管道数据模型技术，开发了中国石油管道完整性数据模型 PIDM(Pipeline Integrity Data Model)，实现了对长输油气管道数据的有序管理[10]。董绍华[11]以设计和运行为主，参考 APDM(Arcgis Pipeline Data Model)数据模型，通过将全部数据加载到管道数据模型上，提出了管道全生命周期数据库架构。

　　中国石油管道科技研究中心制订了企业标准Q/SY 1180.6—2014《管道完整性管理规范 第 6 部分：数据采集》和 Q/SY 1726.2—2014《管道完整性管理系统规范第 2 部分：数据填报》，对管道完整性基础数据和业务数据格式进行了详细规定。中国石油管道公司组织编制了《油气管道设备设施运行数据规定：线路部分》《油气管道设备设施运行数据规定：站场部分》《油气管道设备设施分类代码》等文件，从管道建设期与运营期数据分类代码、属性规范、编码规则、重点设备拆分等环节建立了较为完整的全生命周期数据标准体系。国外 Enbridge、Williams Gas 等管道企业已收集了内检测、腐蚀事故、应力腐蚀，建立了较完整的管道数据库[12]。

　　管道全生命周期数据管理关键技术包括数据模型、多维度时空数据的管理、数据对齐、数据利用等。未来发展应注重 2 个方向：①云计算。未来云计算在油气管道全生命周期中的主要目标是数据存储和分析。通过开发，进行海量数据的存储与管理，最终实现整合资源、提高系统可靠性，更好地为管道全周期管理服务。②大数据分析。利用大数据技术，从多维度提取数据价值，建立基于大数据的运行决策支持模型，实现分析与趋势预测，为油气管道全生命周期各环节提供建议指导。

　　(2 )智能化发展。

　　随着新一轮信息技术迅速发展和深入应用，智能管道建设已具备一定基础，智能化发展已成为必然趋势。中国石油天然气集团公司最早提出“数字化管道”，将数字管道建设确定为技术发展的重点，将数字化技术应用于全生命周期的管理。2014 年，中国石油化工股份有限公司启动了智能化管道管理系统项目，完成了项目顶层设计和管道数字化管理、管道完整性管理、管道运行、应急响应管理、综合管理五大类功能的研发[11]。中国石油中亚 D 线输气管道途经 4 个国家，人文、地理环境复杂，多方已达成共识将其建成智能管道[13]。油气管道智能化发展可以优化当前复杂系统，促进数据采集与应用脱节相对接，对油气管道安全具有重要意义。

　　5.总结与展望

　　目前，国家、社会对安全环保的关注度越来越高，油气管道的生命全周期管理进入快速发展阶段。企业以落实国家标准强制要求为核心，加强企业自身标准要求提高，必将有效持续促进油气管道生命全周期管理的持续发展。近年来油气管道技术已经在逐步完善，为全生命周期的管理发挥了重要引领作用，但依然存在顶层标准体系未建立，不同标准之间技术内容协调性不强和水平参差不齐等问题。建议在国家、行业和企业层面都开展管道标准体系研究，形成不同层次的标准体系，同时在标准的基础上形成法规。

　　随着大数据、移动互联、云计算等技术的不断进步，必然促进油气管道全生命周期信息化建设。数据管理是油气管道全生命周期管理的关键支持过程，智能化是油气管道全生命周期发展主流方向，然而智能化管网建设最重要的是解决数据采集到数据应用的难题。未来，油气管道全生命周期信息化建设一定是结合物联网、云计算、大数据、人工智能等相关先进技术，整合成统一信息化平台，在油气管理全生命周期中提供安全可靠、优化高效、环境友好运营服务。

　　参考文献

　　[1]赵天时.建立轨道交通安全相关系统安全管理规范模型的构想[J].铁道技术监督,2014，42(5):6-10.[2]GB/T3222—2016，机械产品生命周期管理系统通用技术规范[S].

　　[3]GBT/39112—2020，消费品生命周期安全风险控制通则[S].

　　[4]于亚男.特种设备全生命周期风险辨识技术研究[D].北京：中国地质大学，2012

　　.[5]齐研科,李璇.城市燃气管道全生命周期完整性管理的探讨[J].城市燃气，2013，463(9):27-30

　　.[6]陈朋超,冯文兴,燕冰川.油气管道全生命周期完整性管理体系的构建[J].油气储运，2020，39(1):40-47.

　　[7]刘冰,姚学军.油气管道完整性管理全生命周期标准体系须先行[J].石油工业技术监督，2017，33(10):22-25

　　作者：郭淼 1，朱晓宇 1，黄国家 2，3，李茂东 2, *，李志敏 2,3