关于构建管道行业本质安全设计体系的思考｜捷通环保

以下内容由注册人发布，仅供参考。本站点不对内容真实性与准确性负责。

关于构建管道行业本质安全设计体系的思考

x1 2022-03-16 10:20:33 评论（0）

《管道保护》编辑部：本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。石油天然气管道作为线性工程和危化品运输设施，其本质安全有哪些特点，实现的路径又是什么？带着这个大家所关心的问题，编辑部专访了中国石油天然气管道工程有限公司（管道设计院）王学军总经理，请王总结合当前我国管道行业发展的特点，阐述管道行业本质安全设计体系的初步框架，包括设计原则、设计程序、评价方法以及实现手段等，并提出相关建议。

专家简介：王学军，1974年生，中国石油天然气管道工程有限公司（原管道设计院）董事、总经理、党委副书记，教授级高级工程师。1997年7月毕业于重庆建筑大学城市燃气工程专业并参加工作，历任工艺室主任、副总工程师、副总经理等职务。1997年5月加入中国共产党，2009年1月获中国石油大学（北京）石油天然气工程硕士学位。长期从事石油天然气长输管道及储库的规划、设计与管理工作，在油气储运工程领域有25年的工作经验。

编辑部：我们一般理解，本质安全就是通过追求企业生产流程中人、物、系统、制度等诸要素的安全可靠及和谐统一，使各种危害因素始终处于受控状态，进而逐步趋近本质型、恒久型安全目标。请您介绍一下，本质安全设计理念最初是如何提出的？

王学军：本质安全由英国化工安全专家克莱兹（Trevor Kletz）于1976年首次提出。他认为“预防事故的最佳方法不是依靠更加可靠的附加安全设施，而是通过消除危险或降低危险程度以取代那些不安全装置，从而降低事故发生的可能性和严重性”。该理念的提出引起了人们的高度关注，随后开展了大量的研究，出现了本质安全设计、评价等系列技术和管理实践。

根据克莱兹的本质安全理念，要保证本质安全就要避免危险的存在，减少危险原料和工艺的使用，而不是在发现危险后进行防控。为此，需要开展危险源辨识，并在工艺、设备等设计中采取相应的措施并付诸实践。2010 年，海基勒（A.M.Heikkila）对本质安全理念进行了总结，将本质安全定义为“在化工和制造业中，通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，具备即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。”此定义体现了本质安全的源头、途径以及目标，被行业普遍接受。

本质安全设计是把本质安全这种想法，通过合理的规划，周密的计划，并以各种感觉形式传达出来的过程。在每次方案选择时均要考虑如何消除、降低危险，使用更安全的原料，采用更安全的工艺条件，进行容错设计，尽可能消除产品缺陷，降低人为操作失误、机械故障和蓄意破坏造成危险的可能性和事故后果。不同行业的危险源不同，导致事故的风险因素也不尽相同，先期开展本质安全设计的行业根据自身的特点提出了较为系统的设计原则、程序和评价方法。

在设计原则上，化工、石油化工等过程工业领域，提出了5项技术原则：①消除原则，消除所有危险物质；②最小化原则，不使用或使用最少量的危险物质；③替代原则，采用安全的或危险性小的原料、设备或工艺替代或置换危险的物质或工艺；④缓和原则，采用相对安全的过程操作条件，以降低危险物质的危险性；⑤简单化原则，采用更简单和友好型单元以降低出错和误操作的机会等。在过程工业生产装置领域，本质安全设计的技术原则主要有避免产生多米诺效应、杜绝不正确的安装、使操作者清楚了解装置/设备的状态、容忍操作失误、采用较少的仪表和较简单的控制系统，以及所有装置的控制系统其软件应该一致等。

在具体实践中，尽管根据技术原则开展了本质安全设计，但是并不能完全消除风险，还需要采取相应的安全措施使风险处于可接受范围内。一般考虑设置多层防护，例如为了确保核电站的安全, 在本质安全设计的基础上采用4道屏障和5道防线等多重安全防护策略。国际电工标准IEC 61511《机能安全—过程工业安全仪表系统》中典型的过程工业防护层，在本质安全设计的基础上设置了6道防护层：①基本过程控制系统；② 监测报警系统；③安全仪表系统；④机械防护；⑤结构防护；⑥程序防护。

在本质安全设计程序上，强调全生命周期，每个阶段都有相应的重点工作内容和管理制度。

在本质安全评价方法上，先后出现了指数型评价方法、模糊理论型评价方法及图示型评价方法等。

编辑部：本质安全这种理念在管道行业经常被提及，据我们了解，至今还没有形成行业特有的设计原则、遵循的程序和评价方法。请您就构建管道行业本质安全设计体系谈谈具体思路。

王学军：本质安全设计首先需要全面认识所设计的系统，这样才能有针对性地进行危险源识别。在构建管道行业本质安全设计体系中，要着重分析把握管道行业存在的以下特点。

（1）天然气管道正在由单条管道、区域管道向全国管网发展。截至2020年，国内已建成天然气管道10.2万千米，除了部分新建管道外，已建管道分别由中石油、中石化、中海油以及各省市建设，可能存在重复建设、结构不尽合理等问题。同时为了实现“碳达峰、碳中和”目标，天然气将是重点发展的清洁能源，合理利用沿海LNG、四川页岩气等资源，保证天然气供应、改善环境将是今后一段时间的主要任务。为此需要统筹考虑，加快互联互通，形成天然气全国一张网。

（2）输送介质易燃易爆并朝着多样化发展。管道输送的油品或气体其闪点或燃点都较低，一旦泄漏遇到火源后很容易发生燃烧和爆炸。油品泄漏还会污染土壤和水体造成严重的环境问题。随着国家新能源、碳减排等政策的出台，今后管道输送的介质将更加多样化，例如输氢管道、掺氢/混氢管道、二氧化碳管道等都将陆续建设。

（3）输送方案朝着高压、大口径、高钢级发展。提高压力、加大管径均可提高单管输量，从而提高输送效益。与之相应的需要提高管道强度。目前国内已建设管径1422 mm，压力12 MPa，钢级L555M的管道。这类管道储存大量的能量，是一种危险源。

（4）管道沿线自然和社会环境多变。国内已建管道横跨东西，纵贯南北，途经高山峡谷、平原、水网、沙漠等各种地形地貌，通过人烟稀少的西北地区、地质条件复杂的西南山区、人员分散聚居的西南/华中/东北地区及人员密集的沿海地区，今后建设的管道仍然需要继续分布在上述区域中。管道所处环境不同，其风险也有所区别，失效后果差异也较大，应该区别对待。

根据上面分析的管道特点及其风险因素，在本质安全设计中应考虑以下原则。

（1）先整体后局部原则。全国形成天然气一张网是目前管道建设的重点，为此，先要考虑整张网的运行安全和供应安全，要在整合资源、细化市场的前提下合理布局管道。在人口密集区域，可与城市管网结合，将高压管道布置在城市边缘，通过城市管网满足用户需求。建设规模可考虑管容余量，重要通道考虑备用，保证管网有充足的运输能力和灵活调运能力。然后，根据单条管道在整个管网中的定位，结合不同区域管道的环境条件以及管道特性，有针对性地分析可能存在的风险，开展本质安全设计。

（2）全生命周期原则。管道本质安全设计从项目规划开始，要贯穿全生命周期可行性研究、初步设计、施工图设计、材料/设备制造、施工、运行及报废的整个过程。每个阶段有其重点任务和工作程序。整个过程是一个从宏观到微观、从整体到细节、由浅入深由虚到实的过程，同时也是一个风险不断被识别、不断被评估和应对的过程。

（3）全要素原则。管道本质安全设计涉及工程的所有物理要素，包括输送工艺和自动控制，站内总图布置、工艺流程、安全仪表系统及其他辅助设施，线路中的一般管段、穿跨越管段及特殊地形地貌和地质条件的管段等。要保证工艺、材料、设备、安全系统等自身的本质安全，降低事故概率。要保证施工、检测装备的安全可靠和技术先进性，以保证工程建设质量。

除了物理要素外，人是本质安全设计的决定因素。为此，要求设计人员具备相应的资质，施工、检测等各个环节的人员取得岗位资质，运行人员需经过培训以降低误操作的概率。同时，与本质安全相关的技术标准及最佳实践也应逐渐建立，以设计标准化、规范化和持续总结保证管道本质安全。

（4）全过程原则。实现本质安全设计还需建立完善管理制度，开展全过程管理，执行设、校、审制度，履行文件放行审批程序和材料/设备订货招标程序。施工过程落实施工监理、焊口检测、隐蔽工程检查、施工验收等程序。运行阶段健全管道巡护、高后果区管控、完整性管理、第三方施工监护、人员培训、管道报废等制度。

编辑部：构建管道行业本质安全设计体系，需要建立一套科学的本质安全设计程序，对此您是怎么考虑的？

王学军：设计是本质安全的源头，施工是保障，运行是保持，只有相关方各负其责，才能实现本质安全设计的初衷。下面是一张管道本质安全设计流程图，它贯穿于管道从规划到报废的全生命周期。为方便大家理解，我作一简要说明。

在规划阶段，要通过管网层面的评估，明确待建管道的定位，初步分析可能的风险因素。

在可行性研究阶段，重点是遵循法律法规，开展管道选线和站址选择，并及时开展环境影响评价、安全预评价、地质灾害评价等专项评价，保证路由和站址的依法合规，同时要开展风险因素识别，高后果区识别等工作。

在初步设计阶段，要优化工艺流程、操作程序，合理布置总图，以及路由细化、穿跨越精细化设计、高后果区管控，并开展HAZOP、SIL、LOPA、QRA等评价分析。对于高钢级管道、氢气管道、二氧化碳管道等，要做好线路用管的选择和焊接工艺的确定工作。

在材料/设备制造阶段，要细化技术要求并严格按照技术规格书的要求制造，对于新材料、新设备还要组织鉴定，必要时驻厂监造。

在施工图阶段，主要落实初步设计方案、安全评价报告及评审意见、HAZOP分析报告的建议措施、SIL定级报告措施，开展管道结构优化、可施工性审核，提出焊接总体要求、数字化交付等。

在施工阶段，重点是按图施工、严格执行焊接工艺、保质保量完成管道防护施工、对设计变更开展安全评估，并组织安全条件验收、施工数据采集和交付等。当前高钢级管道的现场焊接、山区管道防护工程等是施工阶段实现本质安全的重点环节。

在运行阶段，开展完整性管理、管道巡护、定期检测、风险评价和预先维修，消减安全风险，保持管道本质安全状态，并及时向设计单位和施工单位反馈管道事故、故障及处理情况，为改进本质安全设计提供基础资料。

编辑部：您刚才系统介绍了构建管道行业本质安全设计体系的总体思路，这对我国管道行业从源头上改进和提升本质安全来讲具有重要意义。为此您还有哪些设想和建议？

王学军：一是完善本质安全设计/评价方法。本质安全评价应该分层次，首先是整个管网层面的评价，目前还没有成熟的模型和方法。然后是单条管道层面的评价，国内有相关研究但是还不成熟。单条管道各子系统的评价方法相对成熟，工艺系统有HAZOP、RAM等方法，安全仪表系统有LOPA、SIL等方法，管道线路有定性、半定量和定量风险评价方法等。在管道线路设计上，国际上正在研究采用安全等级替代地区等级。

二是要加快管道事故（事件）数据库建设。本质安全设计需要遵循PDCA过程（即策划—实施—检查—反馈四个过程）。数据为这个循环过程提供了基础保障。数字化可以提供管道全生命周期的所有信息，其中包括事故数据。事故数据一方面为改进设计提供直接借鉴，另一方面也为安全评价和完整性管理提供基础数据，为此应加快建立我国管道事故（事件）数据库。

三是积极推进智能管道建设。智能管道建设是在标准统一和管道数字化基础上，通过精准感知运营状态和内外部环境，统筹全局智能辅助决策，支撑管道安全输送和高效运营。智能管道建设是实现本质安全的重要抓手，要以站线一体化三维数字化协同设计为源头，集成采办、施工、运维数据，构建管道数字孪生体，通过数字化和智能化技术应用，形成管网系统泛在感知、安全评价、应急处置等新型安全能力，以提高运维效率，增强管道的安全可靠性。

建议从行业层面制订和完善管道本质安全相关标准，增强其系统性、全面性、技术适用性和衔接一致性。同时针对上述问题开展进一步研究，持续完善管道本质安全理念，尽快建立管道本质安全技术和评价管理体系，不断提升管道本质安全水平。

编辑部：感谢您接受我们的采访。