前言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC 309)提出并归口。
本文件起草单位:国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司、国家石油天然气管网集团有限公司、中国标准化研究院、浙江大学、国家管网集团北京管道有限公司、中国石油天然气管道科学研究院有限公司、中国安全生产科学研究院、中国石油天然气管道工程有限公司、中国特种设备检测研究院、合肥通用机械研究院有限公司、国家管网集团工程技术创新有限公司、香港特别行政区政府机电工程署、中国石油工程建设有限公司西南分公司、中国石油大学(华东)、中国石油大学(北京)、北京科技大学、安科工程技术研究院(北京)有限公司、国家管网集团储运技术发展有限公司、山东大学、北京理工大学。
本文件主要起草人:陈朋超、郑津洋、杨玉锋、杨燕梅、王富祥、戴联双、李睿、王东营、张强、吴江桥李守宝、王俊强、彭世垚、周道武、王修云、富宽、刘啸奔、王维斌、王磊、周鲁立、张圣柱、项小强、窦宏强王棠昱、刘翠伟、王许志、朱华颖、李兆凝、管金鑫、杨志文、燕冰川、姚登樽、佟雷、周煜、邢百汇、杨悦吴轩、李雪芳、李政龙、刘振翼、程伟。
警示:本文件不涉及与输氢管道系统完整性管理有关的所有安全问题。在使用本文件前,使用者有责任制定相应的安全和保护措施。
1 范围
本文件规定了氢气长输管道全生命周期完整性管理通用要求、数据管理、高后果区识别与管理、风险评价、检测和监测、完整性评价、维修维护与风险消减,以及持续改进要求。
本文件适用于氢气长输管道的完整性管理。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修订单)适用于本文件。
GB/T 27699 钢质管道内检测技术规范
GB 32167—2015 油气输送管道完整性管理规范
GB/T 34542.5—2026 氢气储存输送系统 第5部分:氢气输送系统技术要求
GB/T 36676 埋地钢质管道应力腐蚀开裂 (SCC)外检测方法
GB/T 42033 油气管道完整性评价技术规范
SY/T 4109 石油天然气钢质管道无损检测
SY/T 6151 钢质管道金属损失缺陷评价方法
SY/T 6597 油气管道内检测技术规范
SY/T 7820 输氢管道工程设计规范
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件
3.1
输氢管道系统完整性管理 hydrogen pipelines integrity management
对输氢管道系统面临的风险因素持续进行识别和评价,采取各种风险消减措施,将风险控制在合理、可接受的范围内的一系列过程。
[来源:GB 32167—2015,3.2,有修改]
3.2
氢致损伤 hydrogen-induced damage;HID
氢原子渗透进入材料内部,导致材料力学性能(如塑性、韧性)下降,引发材料脆化、裂纹萌生与扩展,甚至最终发生失效破坏的过程。
3.3
氢脆 hydrogen embrittlement;HE
因氢原子进入材料,导致塑性或韧性降低的损伤。
[来源:GB/T 10123—2022,4.32,有修改]
3.4 氢致开裂 hydrogen-induced cracking;HIC
由于氢扩散进入金属而引起的金属材料内部平面裂纹。
[来源:GB/T 10123—2022,4.39]
3.5 氢鼓泡 hydrogen blisters;HB
氢原子扩散进入金属材料内部后,重新结合成氢分子,产生的巨大内压导致金属形成亚表面平面空腔的损伤。
注:近表面鼓泡在低强度金属中通常会导致表面隆起。
3.6 潜在影响区域 potential impact zone
管道泄漏可能使其周边公众安全和/或财产遭到严重影响的区域。
[来源:GB 32167—2015,3.10]
3.7 高后果区 high consequence area;HCA
管道泄漏后可能对公众和环境造成较大不良影响的管道线路区段
[来源:GB 32167—2015,3.8,有修改]
3.8 内检测 in-line inspection;ILI
借助于流体压差使检测器在管内运动,检测管道缺陷(内外壁腐蚀、损伤、变形、裂纹等)、管道中心线位置和管道结构特征(焊缝、三通、弯头等)的方法。
[来源:GB 32167—2015,3.12]
3.9 完整性评价 integrity assessment
采取适用的检测或测试技术,获取管道本体状况信息,结合材料与结构可靠性等分析,对管道的安全状态进行全面评价,从而确定管道适用性的过程。
[来源:GB 32167—2015,3.11]
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ECDA 外部腐蚀直接评价(External Corrosion Direct Assessment)
HCA 高后果区(High Consequence Area)
ICDA 内部腐蚀直接评价 (Internal Corrosion Direct Assessment)
MAOP 最大允许操作压力(Maximum Allowable Operating Pressure)
QRA 定量风险评价(Quantitative Risk Assessment)
SCCDA 应力腐蚀开裂直接评价(Stress Corrosion Cracking Direct Assessment)
5 通用要求
5.1 一般要求
5.1.1 输氢管道系统完整性管理应贯穿输氢管道全生命周期。根据附录 A 对影响输氢管道系统完整性的所有危害因素进行识别和管理,确定事故风险水平,制定降低风险的措施,主要流程见图1。
5.1.2 建设期完整性管理应以数据采集与整合、设计优化、质量控制等为重点。
5.1.3 运行期完整性管理应动态进行数据采集与整合、高后果区识别、风险评价、检测与监测、完整性评价、维护维修与风险消减和效能评价,编制并定期更新输氢管道系统完整性管理方案,通过持续改进逐步提高完整性管理水平。
5.1.4 停用封存期应持续进行完整性管理工作
5.1.5 掺氢比例有动态变化的管道,应按风险最高氢分压确定完整性管理要求。
5.1.6 应积极采用新技术,不断提升对输氢管道系统状态的认知能力和对风险的评价能力。
5.2 设计期完整性管理
5.2.1 输氢管道设计阶段应全面分析管道面临的各类安全风险,针对各类风险采取合理防控措施,为输氢管道完整性管理提供可靠技术基础。
5.2.2 输氢管道初步设计应根据可行性研究和各专项评价要求提出推荐建设技术方案,施工图设计应落实初步设计提出的各项技术要求,工程建设项目设计变更时,应复核变更可能引入的安全风险变化
5.2.3 输氢管道选线设计中应进行管道路由比选优化,尽量减少高后果区、自然与地质灾害高风险段,并先期规避或减缓腐蚀、地质灾害、占压和第三方损坏等风险,对不可避让的高后果区、高风险区段路由进行论证,并提出针对性的风险消减措施
5.2.4 输氢管道系统应评价输送介质氢含量、输送工况、设备制造工艺、临氢材料适用性和经济合理性,不应选用易氢脆、易氢致开裂等氢敏感性的材料和设备。
5.2.5 输氢管道焊接和检测设计中,应关注焊接对氢气管道氢脆效应的影响,通过相关技术体系综合管控保证焊接管道的强度、韧性和疲劳性能。
5.2.6 输氢管道站场和阀室工艺设计、站场选址及总平面布置,应关注氢泄漏及管道放空时气体扩散范围、意外点燃的影响,根据氢气的火灾危险性及防火间距要求进行设计。
5.2.7 输氢管道建筑结构设计中,应关注氢气泄漏在密闭空间聚集形成安全风险的影响。
5.2.8 输氢管道监测仪表设计中,应关注氢气泄漏燃烧特点对介质泄漏隐患排查的影响
5.2.9 输氢管道电气、静电、接地与防雷设计中应关注氢气易燃易爆、爆炸范围宽和点火能量低的影响。
5.2.10 输氢管道系统的设计应满足清管和内检测工作的需要,并应符合 GB 32167—2015的规定。
5.2.11 对管道建成后可能存在地区等级升级的区段,应在设计中注重未来风险提升的防控措施。
5.2.12 应在采购、制造与验收等环节制定质量控制措施,确保所采购的产品符合设计功能和技术指标。
5.2.13 设计阶段应进行站场工艺系统风险分析(HAZOP),识别潜在危险及可操作性问题,确定安全仪表系统 (SIS)所需的安全完整性等级 (SIL)。 参照 GB/T 35320 进行 HAZOP 分析,参照GB/T 21109.3进行 SIL 定级。
5.2.14 管道设计阶段的最终成果和关键中间成果应存档并移交,包括涉及管道完整性管理的相关成果文件、过程资料,关键数字模型等,为管道完整性管理提供设计阶段信息数据。
5.2.15 输氢管道设计阶段宜对三级人口密集型高后果区和站场进行量化风险评价,可参照 AQ 3057的 QRA 方法评估危险发生的频率及发生泄漏事故对站内外人员产生的风险。
5.3 施工期完整性管理
5.3.1 输氢管道施工应落实设计针对各类安全风险提出的应对方案和措施,为输氢管道完整性管理提供工程质量保证。
5.3.2 应对施工期间材料运输和储存,以及关键工序等可能影响管道完整性的危害因素进行识别,并针对危害因素采取适当的保护措施,消除或减缓危害因素的不利影响。
5.3.3 工程建设项目施工变更时,应分析变更的可行性和变更导致的管道完整性管理风险,并根据需要对施工工序、施工措施进行调整。
5.3.4 施工阶段因路由变化、地区等级升级产生的新高后果区、原有高后果区升级或原有高后果区长度变化时,应及时更新高后果区信息,并制定和采取针对性控制措施。
5.3.5 管道连头口焊缝应预留在地形较好的直管段,不宜设在弯管、变壁厚等焊缝处,不应强力组对。
5.3.6 输氢管道焊接接头应进行全周无损检测,管道环焊缝的无损检测方法宜采用射线检测或超声波检测,检测灵敏度应满足临氢环境下管道缺陷评价要求。
5.3.7 输氢管道连头口焊缝、热煨弯管与直管段连接焊缝,以及返修焊缝应进行 100% 射线检测和100%超声波检测。
5.3.8 输氢管道根部焊接宜采用钨极氩弧焊或气体保护实心焊丝内焊机自动焊
5.3.9 碳钢和低合金钢焊接材料应选用低氢型焊接材料。
5.3.10 对涉及管道安全的施工过程信息和数据应进行记录,在工程建设项目竣工资料中存档,为管道完整性管理提供施工阶段信息数据。
5.3.11 应加强施工期间管道路由的征地、施工、巡护等环节的管理,管道投产前无违章占压、无违法协议和遗留纠纷,自然与地质灾害风险得到有效控制
5.4 投产试运期完整性管理
5.4.1 投产前条件检查应对高后果区管道建设质量及安全防护设施落实情况进行重点检查,投产阶段应对高后果区管段重点巡检,制定泄漏应急措施。
5.4.2 输氢管道干燥处理应符合SY/T 7820要求。
5.4.3 管道防腐层检测、管道变形检测等发现的不可接受缺陷应在交付前完成整改,整改记录和报告应作为必要的移交资料。
5.4.4 应详细记录试运行和投产阶段的所有相关数据。
5.4.5 应对管道的运营和维护人员进行完整性技术培训,确保相关人员充分了解输氢管道主要的完整性危害因素、掌握设计方案中的风险减缓措施,明确风险减缓措施之间的相互关系
5.4.6 针对管道完整性采取的设计、施工要求和措施应纳入管道操作程序中。
5.4.7 投产前宜进行内检测,对其发现的特征进行分类,依据相关施工标准的要求进行修复,并记录在案。
5.4.8 投运前或投运后3年内的基线内检测与评价结论可作为工程验收依据。
5.4.9 建成后2年以上未投产的输氢管道,投产前宜进行检测,并优先选用内检测方法实施。
5.5 运行期完整性管理
5.5.1 应根据完整性管理需要,制定数据采集原则、内容与格式要求,并按照第 6 章持续进行数据管理。
5.5.2 输氢管道运行期应周期性地进行高后果区识别,识别时间间隔最长不超过18个月;当管道及周边环境发生变化,及时进行高后果区更新,高后果区识别管理要求按照第7章执行。
5.5.3 输氢管道高后果区应定期进行风险评价,高后果区风险评价可纳入管道全线风险评价,其中Ⅲ级人员密集型高后果区宜进行定量风险评价;输氢管道周边规划及设施建设足以形成新的高后果区或造成原有高后果区等级升高时,应组织专项风险评价,并根据评价结果制定相应的管控措施
5.5.4 输氢管道投产后1年内应按照第8章的要求完成运行阶段首次管道风险评价。
555 应根据输氢管道风险评价结果、运行策略、输送介质特性、工况条件及历史检测情况等因素确定检测和监测的内容与方法,重点检测和监测服役环境复杂、已劣化,以及失效后果严重的管段,并重点关注平面型缺陷和管道的应力状态检测,检测与监测按照第9章执行
5.5.6 应根据管道危害因素识别、历史检测数据及风险评价结果,确定完整性评价目标,并选用适用的评价方法周期性进行完整性评价,完整性评价按照第10章执行。
5.5.7 为保证输氢管道完整性管理的有效性,应制定效能评价程序,评价完整性管理程序实施的充分性、有效性及相关法规和标准的遵守情况。
5.5.8 输氢管道运行阶段应持续进行管道失效管理、应急管理、记录与文档管理、沟通和变更管理。
5.6 停用封存期完整性管理
5.6.1 管道停用前应根据风险评价结果制定停用方案,明确压力调控、流速控制、介质置换和管线隔离等操作要求及应急处置措施。
5.6.2 停用封存期管道系统或管段应与运行的生产系统进行有效物理隔离。
5.6.3 使用氮气进行置换/吹扫的停用与封存管道应定期进行压力检查。
5.6.4 停用封存管道应采取必要的安全防护措施,包括定期巡护和阴极保护等,完成清空或低风险介质置换的停用封存管道可不进行高后果区识别、风险评价和检测评价
5.6.5 停用管道再启用前应完成高后果区识别与风险评价。停用超过1年再启用的管道,应在启用前进行完整性评价。
5.6.6 报废管道应制定管道废弃处置方案,确定管道处置方式和安全防护措施。
6 数据管理
6.1 通则
6.1.1 完整性管理数据的采集与整合应从建设期开始,对全生命周期不同阶段的相关数据和信息进行收集、审查和整合,明确数据采集种类和属性,并在完整性管理过程中持续更新。
6.1.2 建设阶段收集的输氢管道的设计资料、中心线数据、施工记录、变更、评估报告、建设期相关协议、管道监督检验报告,以及管道走向图等资料应作为数据资产完整地移交。
6.1.3 宜建立数据管理信息系统进行数据的采集、移交、储存和更新,实现采集数据的信息化和数字化管理,建设期的数字化成果应与运行期完整性管理数据衔接。
6.1.4 数据管理系统应建立健全信息安全防护机制,防止数据泄露或网络攻击。
6.2 数据采集与移交
6.2.1 数据采集应包括管道全生命周期各个阶段数据。输氢管道完整性管理数据采集主要内容见附录 B。
6.2.2 建设期管道采集与移交的数据应真实、及时、准确和完整。
6.2.3 运行阶段宜采用多种技术手段进行线路、站场、周边环境、输送工艺及维修维护等参数的采集。
6.2.4 废弃管道数据采集内容应包含管道系统属性数据、废弃时间、废弃原因、废弃处置方法及处置效果和环境控制措施等。
6.3 数据对齐与整合
6.3.1 应对采集的数据进行精度、准确度和完整性检查,对数据的格式进行校验,对地面标识与管道穿跨越等数据进行重点复核。
6.3.2 数据整合应制定统一的参照系和计量单位,并与管道位置准确关联。
6.3.3 应对管道附属设施数据、监/检测数据、缺陷数据和周边环境数据进行对齐,对齐工作应基于环焊缝位置信息或其他拥有唯一地理空间坐标的实体信息进行。
6.4 数据存储与更新
6.4.1 应制定数据更新流程,对更新数据的真实性、一致性和完整性进行验证和核查,对存储的数据持续维护和更新。
6.4.2 数据存储和更新要求如下:
a) 存储检查:应例行验证存储的数据,确保数据的一致性和完整性;
b) 数据更新:应收集和存储所有发生变化的信息;
c) 更新检查:应定期检查,确保存储的数据是最新的;
d) 版本管理:应识别所有更新的版本细节,并比较历史数据与当前数据,以评价管道和环境的变化;
e) 数据修改规则:系统数据的修改应遵循变更程序管理的要求,应满足输氢管道系统持续安全运行的需求。
7 高后果区识别与管理
7.1 识别准则
7.1.1 按照 GB 50251中规定确定管道沿线地区等级,管道经过的区域满足表1识别项中的任意一项时,应确定为高后果区。
| 识别项 | 分级 |
| a) 管道经过的四级地区 | III级 |
| b) 管道经过的三级地区 | II级 |
| c) 设计压力 4 MPa 以上的管道,一级与二级地区潜在影响区域半径内有特定场所的区域 | II级 |
| d) 设计压力 4 MPa 及以下的管道,一级与二级地区潜在影响区域半径内有特定场所的区域 | I级 |
| e) 一、二级地区管道两侧各 200 m 内有加氢站、制氢站、加气站、加油站和油库等易燃易爆场所 | II级 |
| 注:I级表示最小的严重程度,III级表示最大的严重程度。 | |
7.1.2 除三级、四级地区外,由于输氢管道泄漏可能造成人员伤亡的特定场所包括:
a) 特定场所Ⅰ:医院、学校、托儿所、幼儿园、养老院、监狱及车站等人员聚集或疏散困难的建筑区域;
b) 特定场所Ⅱ:在一年之内至少有50 d(时间计算无须连贯)聚集30人或更多人的露天区域,例如集贸市场、寺庙、运动场、广场、娱乐休闲地和露营地等。
7.1.3 输氢管道的潜在影响区域依据输氢管道泄漏后潜在影响半径确定,潜在影响半径(R)的计算见公式(1):
R = (-0.031 cdotF +0.099) · √(d2 P)(1)
式中:
R 输氢管道的潜在影响半径,单位为米(m);
F 氢气在管输气体中的体积比例,取0~1;
d 管道外径,单位为毫米(mm);
———最大允许操作压力,单位为兆帕 (MPa) 。
7.2 识别要求
7.2.1 高后果区的识别宜依据影像图进行初步识别,并通过现场调查确定高后果区详细信息,应明确建构筑物的名称、类型、范围、涉及人数及与管道中心间距等。
7.2.2 高后果区识别工作应由熟悉管道沿线情况的人员进行,识别人员应参加有关培训。
7.2.3 高后果区起止点与高后果区内人员居住的建筑物距离以及易燃易爆场所的距离不应小于潜在影响半径和200 m 中的较大值。
7.2.4 识别出的高后果区相互重叠或间隔不超过50 m 时,可作为一个高后果区管理或根据管理需要分别管理。
7.2.5 当输氢管道长期低于最大允许操作压力运行时,潜在影响半径宜按照最大操作压力计算。
7.3 高后果区管理
7.3.1 参照 GB 46767建立高后果区安全管理制度,明确安全管理要求以及管理机构和人员职责,定期维护高后果区的监控设施和警示标识。管道标志损毁或者安全警示不清晰的,应及时更新或修复
7.3.2 输氢管道本体存在以下缺陷时应实施修复或降压运行等响应措施:
a) Ⅰ级与Ⅱ级高后果区管道本体腐蚀深度大于或等于60%壁厚或开挖应力释放后凹陷深度大于或等于6%外径;
b) Ⅲ级高后果区管道本体腐蚀深度大于或等于40%壁厚或开挖应力释放后凹陷深度大于或等于4%外径。
7.3.3 对于涉及地质灾害风险的高后果区,应建立地质灾害风险评价机制,每年根据风险等级制定风险防控、监测和治理计划。
7.3.4 应重点加强高后果区第三方施工管理,防止损坏和占压管道。
7.3.5 运行阶段应针对每一个高后果区编制风险管控方案,管控方案应对高后果区的风险管控措施、巡护要求和应急准备做出安排,做到“一区一案”。
7.3.6 应优先安排高后果区内管段的内检测、直接检测、维护维修和其他日常管理工作。
7.3.7 应定期对高后果区段的管理人员进行培训,确保高后果区管理人员应知与应会。
8 风险评价
8.1 一般要求
8.1.1 进行输氢管道风险评价时,应结合氢气介质特性全面识别各类危害因素,评价危害因素导致失效的可能性和后果,对管段进行风险排序,确定需要采取风险消减措施的优先顺序。
8.1.2 管道改输氢后应进行系统的风险评价,风险评价应重点针对改输氢带来管道损伤机理变化和管道失效后果变化情况,并详细对比掺氢前后的风险变化,根据风险变化情况制定针对性风险管控措施。
8.1.3 风险评价所采用的数据应全面和准确,能够反映管道的最新运行管理情况。
8.2 评价方法的选用
8.2.1 基于输氢管道具体情况,结合现有数据的完整程度以及经济投入等因素,根据风险评价的目的和需求、适用性、数据完整程度,以及风险因素识别结果等因素选用合理的风险评价方法。
8.2.2 输氢管道线路风险评价可采用定性、半定量或定量方法。定性方法参照 GB 32167—2015中附录 E进行,半定量风险评价方法参照 GB/T 27512 和 SY/T 6891.1 进行,定量风险评价方法参照SY/T 6891.2和 AQ 3057进行。
8.2.3 输氢管道站场根据设备类型的不同可选用不同的风险评估方法,静设备和工艺管道宜采用基于风险的检验 (RBI),可参照 GB/T 26610(所有部分)进行,动设备宜采用以可靠性为中心的维护(RCM),针对具有“紧急停车”或联锁保护功能的安全仪表系统,宜采用安全完整性等级(SIL)评价方法,可参照 GB/T 45111确定安全仪表系统的安全完整性等级是否满足需要。
8.2.4 输氢管道站场存在人口密集区时宜进行定量风险评价(QRA),并根据个人风险和社会风险情况确定氢气输送带来的人员安全风险。
8.2.5 输氢管道站场应定期进行 HAZOP分析,并针对性管控工艺运行风险。
8.3 评价流程
风险评价应按照图2的流程进行。
8.4 数据收集和整理
8.4.1 应根据风险评价方法确定数据收集范围和内容。
8.4.2 输氢管道风险评价数据采集的方式有踏勘、与管道管理人员访谈和查阅资料等,宜收集以下资料:
a) 管道/站场基础信息资料:如管道输送介质、管径、壁厚、材质、设计压力、运行年限、防腐层类型、补口形式、管段敷设方式、管道里程、三桩一牌、管道穿跨越、站场、阀室和设备设施等属性信息;
b) 管道/站场设计施工资料:如初步设计及竣工资料、施工情况和管道通行带的遥感或航拍影像图等;
c) 管道系统运行维护资料:如管道高后果区资料、管道周围人口分布、第三方交叉施工信息、管道地质灾害调查/识别信息、管道内检测、直接检测信息、管道更新改造工程信息、管道腐蚀防护信息、管道安全隐患识别、泄漏监测系统/安全预警系统/视频监控系统等情况、管输介质的来源和性质、管道输量和运行压力信息、管道清管杂质分析,以及站场设备维修维护等信息;
d) 泄漏历史及应急情况:如管道泄漏事故历史、管道维抢修情况及应急预案等;
e) 以往的评价报告及管理规章制度:如环境影响评价报告、安全评价报告、站场危险与可操作性分析及其他危害分析报告、第三方施工管理制度与设备管理制度等;
f) 其他相关信息。
8.5 危害因素识别
8.5.1 应在风险评价时系统全面进行所评价管道危害因素的识别。应按照 GB 32167—2015识别不符合国家法律法规和标准要求的状况,以及会导致管道风险升高的因素
8.5.2 应识别影响输氢管道风险的潜在危害因素,输氢管道常见危害因素见附录 A,应关注多种危害因素的共同作用。
8.6 评价单元划分
8.6.1 输氢管道线路风险评价应以管段为单元,评价前应进行管段划分;站场风险评价根据工艺单元分布情况划分评价单元。
8.6.2 应根据管道属性和管道周边环境进行输氢管道线路管段划分。管段划分宜考虑以下因素,包括但不限于:
a) 管材、管径、壁厚、防腐层类型、穿跨越与管道附属设施;
b) 管道运行参数,包括输送介质、运行压力和温度等;
c) 管道服役时间;
d) 管输氢气的含水情况及水的积聚位置;
e) 管道沿线人口密度、附近建筑物的密集程度和重要程度;
f) 管道沿线杂散电流状况;
g) 管道防腐层状况;
h) 管道阴极保护状况,特别是阴极保护电位过负的位置;
i) 管道沿线土壤工程地质条件及应力状况。
8.7 失效可能性分析
8.7.1 应结合包含氢致损伤因素在内的失效影响因素进行失效可能性分析,分析过程中应关注已采取的风险减缓措施的效果。
8.7.2 应对每个管道分段识别出的危害因素逐一进行失效可能性分析,如果危害因素存在多个失效模式,则应计算每个失效模式的失效可能性。
8.7.3 输氢管道风险评价工作中失效可能性分析应包含以下因素:
a) 第三方损坏,如开挖施工损坏等;
b) 腐蚀,如外腐蚀、内腐蚀和应力腐蚀开裂等;
c) 氢致损伤,如氢脆、氢致开裂和氢鼓泡等;
d) 制造与施工缺陷,如环焊缝缺陷与凹陷等;
e) 地质灾害,如滑坡、崩塌和水毁等;
f) 误操作,如人为误操作、设计安装失误,以及机械防护失误等。
8.7.4 失效可能性可采用定性、半定量或定量的方法计算。
8.7.5 直接采用历史失效数据进行失效可能性分析或对失效可能性分析结果进行验证时,应对历史数据的适用性进行分析,并重点考虑输氢导致失效概率变化。输氢管道定量风险评价失效概率计算方法参照附录 C。
8.8 失效后果分析
8.8.1 失效后果分析用于确定输氢管道失效对周边人员、财产和环境产生不利影响的严重程度。
8.8.2 失效后果分析应包括以下因素:
a) 输氢管道介质的性质;
b) 失效模式;
c) 限制氢气泄漏的缓解措施;
d) 含氢介质泄漏后的扩散、燃烧与爆炸情况。
e) 潜在影响区域内的人员情况;
f) 管道周边受影响对象暴露水平及其影响程度;
g) 应急响应措施。
8.8.3 含氢介质泄放后的失效后果,应分析氢气立即点燃和扩散后的延迟点燃两种不同情况。点火概率取值参照附录 D。
8.8.4 应对划分的每个管段所有失效模式的失效后果进行评价。失效后果可采用定性、半定量或定量的方法计算。
8.8.5 定量风险评价中应采用氢气射流火模型或爆炸超压模型,应关注氢气火焰不可见性对人员疏散的影响。
8.9 风险计算
风险是失效发生的可能性与失效后果的乘积,风险计算方法见公式(2)和公式(3):
a) 单个危害:
r = Li Ci
b) 多种危害:
Risk = Σi=1n Li Ci(3)
式中:
r 风险值;
Li 第 i 种失效类别导致的管道失效可能性;
Ci 第 i 种失效类别导致的管道失效后果,包括第 i 种失效类别导致管道泄漏产生的人员伤亡、环境影响、财产损失、停输影响;
i 失效类别,包括第三方损坏、腐蚀、氢致损伤、制造与施工缺陷、地质灾害和误操作等失效类型,各因素符合独立性假设。
8.10 风险等级及风险可接受性判定
8.10.1 应进行风险等级判定并按照风险水平对管段进行排序,确定完整性评价和实施风险消减措施的优先等级。
8.10.2 采用定性和半定量风险评价方法进行风险评价时,可依据风险矩阵进行风险等级判定,风险等级可接受性及响应策略参照 GB 32167—2015中附录 E,按表2执行。
| 风险等级 | 风险可接受性及响应策略 |
| 低(等级I) | 风险水平可以接受,当前应对措施有效,不必采取额外技术、管理方面的措施 |
| 中(等级II) | 风险水平可以接受,但应保持关注 |
| 较高(等级III) | 风险水平不可接受,应在限定时间内采取有效应对措施降低风险 |
| 高(等级IV) | 风险水平不可接受,应尽快采取有效应对措施降低风险 |
8103 采用定量风险评价方法进行评价时,可通过个人风险和社会风险判定风险可接受性,参照GB 36894将风险评价的结果和风险可接受标准比较,判断项目的实际风险水平是否可接受。
8.11 风险消减措施建议
8.11.1 风险消减措施应包括降低失效可能性的措施、降低失效后果的措施、增强设施和人员对后果承受能力的措施及对后果中的主要危险因素进行控制的措施等。
8.11.2 可评估和选择性地应用专设保障措施,以将输氢管道意外损坏的风险降至最低,或将输氢管道可能失效的有害后果降至最低。
8.12 风险再评价
8.12.1 输氢管道风险评价的时间间隔应根据风险评价的结论确定,且不宜超过3年。
8.12.2 当出现下列情况之一时,应对管道或发生变化的管段重新进行风险评价:
a) 上次风险评价周期到期;
b) 管道进行了重大维修改造,如管道改线、换管等;
c) 操作工况发生重大变化,如最大允许操作压力(MAOP)变更;
d) 掺氢比例发生变化,如超过最大允许掺氢比;
e) 沿线环境发生重大变化,如高后果区地区等级升级;
f) 其他可能影响管道风险的重大变化。
8.13 风险评价报告
8.13.1 应根据风险评价的目标和范围确定风险评价报告的内容,评价报告应包括不限于以下内容:
a) 概述(评价目的、评价背景和评价结果简介);
b) 管道基本情况(管道基本参数、管道路由和管道管理现状);
c) 评价方法与评价过程(指标体系、评价工具和危害因素识别情况);
d) 管段划分(管段划分原则和结果);
e) 风险评价(失效可能性分析、失效后果分析、风险等级确定和风险可接受性判定);
f) 评价结论及风险控制建议措施。
8.13.2 风险评价报告应清晰描述输氢管道在特定时间段的风险和随时间变化的风险。
9 检测和监测
9.1 通则
9.1.1 输氢管道检测方式主要包括地面宏观检查、内检测与直接检测,宜采用一种以上的检测和/或监测方法来识别同一管段的不同危害因素。 输氢管道的检测与试验可参照 GB 32167—2015、GB/T 34275、GB/T 27699的要求执行。
9.1.2 输氢管道站场设备检测与监测选用的具体技术方法应结合设备类型、损伤/故障模式、检测项目及内容、技术方法适用性及实施成本等综合确定,宜采用新检测技术方法提升检测准确性和效率
9.1.3 检测记录、报告、底片或扫查图像等检测资料宜进行数字化处理,并应按照SY/T 4109的规定执行,保存期应不少于管道服役期。
9.1.4 新建输氢管道应在投产后3年内或按照当地主管部门的要求进行基线检测,宜通过剩余强度评价和剩余寿命预测确定下次检测周期。
9.1.5 检测应由具有相关资质和能力的检验检测机构负责,检验检测机构应对检验结论的真实性、准确性和有效性负责。管道企业应为检验顺利实施提供必要的条件,并协助完成检验工作
9.2 地面宏观检查
输氢管道地面宏观检查的检测要求与实施过程宜按照 GB/T 37368的相关规定执行。
9.3 内检测
9.3.1 应根据管道风险评估结果、管道缺陷特征及历史检测情况,选择合适的内检测技术及设备,检测器在氢环境下检测能力应与待检测管道的条件和检测目标相匹配,宜优先选择具备平面型缺陷及附加应力检测能力的高精度内检测器。
9.3.2 检测器类型及适用性的一般性分类、常见的检测技术性能规格与检测服务方的技术资质等应符合 GB/T 27699规定。
9.3.3 首次应用于输氢管道的检测器、检测技术、新设备或检测新的缺陷类型应进行检测性能验证,重点应关注氢致开裂等平面型缺陷,验证方法可选择牵拉试验验证或者依据检测结果开挖验证
9.3.4 应验证检测器在输氢环境中的适用性,验证方法宜选择临氢环境相容性试验。
9.3.5 在清管和内检测项目实施前应进行风险识别并制定控制措施,纳入清管及内检测实施方案。
9.3.6 内检测实施流程参考 GB/T 27699、SY/T 6597 执行。 检测报告格式及内容应符合GB/T 27699、SY/T 6597的规定,并提供检测过程中氢含量数据。
9.3.7 应通过开挖验证,判断检测结果是否达到约定的检测精度,评价方法参照 GB/T 27699、SY/T 6597。
9.4 直接检测
9.4.1 输氢管道直接检测应包括外腐蚀直接检测、内腐蚀直接检测、氢致开裂直接检测和应力腐蚀开裂直接检测。
9.4.2 外腐蚀直接检测参照 GB/T 37368、SY/T 0087.1相关规定。
9.4.3 内腐蚀直接检测参照 GB/T 37368、SY/T 0087.2相关规定。
9.4.4 氢致开裂的直接检测重点关注以下因素:
a) 氢气输送管道可出现内部输送介质诱导的氢致开裂;
b) 应根据管道的运行压力,运行温度,管道材质与钢级等参数,确定是否进行氢致开裂直接检测;
c) 发生过由输送介质诱导的氢致开裂的管道,应定期进行排查,并对可能发生氢致开裂的管段应进行开挖检测。
9.4.5 应力腐蚀开裂的直接检测应符合 GB/T 36676的相关规定。
9.4.6 输氢管道应根据材料类型、运行工况及失效机理,选择适用的无损应力检测技术与检测策略,对管体及关键部位的应力状态进行检测与评估,重点关注焊缝、弯头与弯管等应力集中区及缺陷敏感区域。
9.4.7 根据检测目的与精度要求选择无损应力检测方式,对输氢管道关键区域进行应力检测与交叉验证。可采用射线类、超声类或多种无损检测技术的组合应用方式,以提高检测结果的可靠性与准确性。
9.4.8 无损应力检测结果应与腐蚀、缺陷检测及风险评价结果进行综合分析,指导检维修决策与风险减缓。
9.5 监测
9.5.1 输氢管道监测系统应能实时或定期提供管道本体、输送介质和周边环境的数据信息,可参照GB/T 44250.1执行。
9.5.2 应监测输氢管道组分、压力、温度等运行参数。
9.5.3 宜对易受滑坡、洪水、地质沉降等引起的管段位移和/或管道应力变化进行重点监测。
9.5.4 宜监测输氢管道沿线隧道等密闭空间氢气浓度。
9.5.5 应对输氢管道阀室、场站与管廊等重点部位进行氢气泄漏监测。
9.5.6 应监测管道的阴极保护系统和杂散电流干扰防护系统运行状况,评估阴极保护和杂散电流干扰防护的效果。
9.5.7 宜监测输氢管道沿线氢气含量变化,重点监测掺氢管道的掺混界面位置。
10 完整性评价
10.1 通则
10.1.1 输氢管道完整性评价方法包括基于内检测的适用性评价、基于压力试验的适用性评价、基于直接检测的适用性评价以及其他经过验证的完整性评价方法。对于存在多种危害因素的管段,宜采用多种完整性评价方法进行综合评价。若针对特定危害无适用的评价方法,则应采取有效的预防性措施
10.1.2 宜优先选择基于内检测的适用性评价方法进行完整性评价。如管道不具备内检测条件,宜改造管道,使其具备内检测条件。对不能改造或不能清管的管道,可采用压力试验或直接评价方法,亦可采用其他经过验证的完整性评价方法。
10.1.3 输氢管道投用后,应在3年内完成完整性评价。后续再评价周期应根据完整性评价结果确定,但再评价周期最长不应超过6年。
10.1.4 完整性评价所需数据包括但不限于:
a) 管段属性数据(如管材、管径、壁厚、设计温度及设计压力等);
b) 设计期数据(如管道设计规范、制造工艺与性能试验等技术文件等);
c) 施工期数据(如连接方式、弯管信息、埋深数据、焊接工艺与环焊缝检测数据等);
d) 运行期数据(如介质成分、最大/最小运行压力、最大/最小运行温度、泄漏/失效历史、压力波动历史与维修记录等);
e) 检测数据(如内检测数据和直接检测数据等);
f) 载荷数据(如缺陷处管道压力、弯曲载荷和轴向载荷等);
g) 氢环境下材料力学性能数据(如母材与焊缝的拉伸、断裂及疲劳裂纹扩展速率等力学性能);
h) 其他数据(高后果区识别与风险评价结果等)。
10.1.5 管道运行工艺条件发生重大变更时,应重新进行完整性评价。
10.2 基于压力试验的适用性评价
基于压力试验的适用性评价方法参照 GB 32167—2015和 GB/T 42033执行。
10.3 基于直接检测的适用性评价
10.3.1 基于直接检测的适用性评价法主要适用于评价与时间相关的缺陷,如外腐蚀、内腐蚀以及应力腐蚀开裂(SCC)等。
10.3.2 符合下列条件时,宜选用基于直接检测的适用性评价法:
a) 不具备内检测或压力试验条件的;
b) 无法确定是否可实施内检测或压力试验的;
c) 经确认直接评价可有效替代内检测或压力试验的。
1033 输氢管道基于直接检测的适用性评价方法主要包括外部腐蚀直接评价(ECDA)、内部腐蚀直接评价(ICDA)和应力腐蚀开裂直接评价(SCCDA),其参考评价标准见表3。在执行相关标准时,应特别关注氢气环境对腐蚀机理及评价结果的影响。
| 评价方法 | 评价对象 | 参考标准 |
| ECDA | 外腐蚀 | SY/T 0087.1 |
| ICDA | 内腐蚀 | SY/T 0087.2 |
| SCCDA | 应力腐蚀开裂 | GB/T 36676 |
10.3.4 外观检查、常规无损检测或其他新技术可用于开挖后或地面管道的检测,但其结论不宜直接作为管道完整性评价的唯一依据。
10.3.5 基于直接检测的适用性评价的再评价周期应根据风险评价结论和本次直接评价结果确定,最长不应超过3年。
10.4 基于内检测的适用性评价
10.4.1 评价要求
10.4.1.1 应对内检测发现的缺陷进行适用性评价,判定其在当前及未来一定时期内是否满足管道的安全运行要求。
10.4.1.2 适用性评价应包括评价数据收集与验证、缺陷统计与致因分析、评价方法选择、剩余强度评价、剩余寿命预测、再评价周期确定及措施建议等。
10.4.1.3 应按 GB/T 42033的规定进行评价数据收集、缺陷数据统计与致因分析。当缺乏氢环境下材料性能数据时,宜通过试验测试获取或参考同类管道数据
10.4.1.4 应结合行业实践经验、安全运行策略和历史失效事故,确定不同类型缺陷的响应准则,进行含缺陷管道剩余强度评价与剩余寿命预测。
10.4.1.5 应根据缺陷类型(体积型、平面型与几何型)、荷载条件及管道材料特性,选择适宜的缺陷评价方法。评价时应充分关注氢环境导致材料韧性下降、疲劳裂纹扩展速率增大等因素。可参照附录 E 中推荐的缺陷评价方法
10.4.1.6 对于与时间相关的缺陷,应基于管道投用时间、检测时间间隔及缺陷致因,选用合适的缺陷增长预测模型,预测其发展趋势。
10.4.2 剩余强度评价与剩余寿命预测
10.4.2.1 对于体积型缺陷,宜采用极限承载能力的剩余强度方法进行评价。在计算含缺陷管道最大安全操作压力时,应关注缺陷形貌及氢环境对材料屈服强度和抗拉强度的影响。可根据缺陷监测、检测数据或历史经验,按 GB/T 42033或SY/T 6151规定计算腐蚀增长速率,预测含缺陷管道的剩余寿命。
10.4.2.2 对于平面型缺陷,宜采用断裂力学方法进行评价,同时考虑亚临界裂纹扩展的失效风险。断裂韧性等参数应优先采用实测数据,试验方法可参考 GB/T 34542.2—2018等,若无实测数据,可保守采用同等条件下测试的裂纹断裂韧性最小值。断裂评估应结合管道载荷类型与失效模式,采用失效评估图(FAD)或有限元方法评价缺陷的承载能力。
10.4.2.3 对于凹陷与褶皱等几何变形缺陷,宜采用基于深度或基于应变的方法进行评价。评价时,应关注氢环境对材料应变能力的影响,并对几何变形缺陷的可接受准则进行修正或确认。应关注其在交变应力及氢环境下裂纹萌生的可能性,重点考虑变形区域伴有金属损失或与焊缝重合时的失效风险。
10.4.2.4 对于受循环载荷作用的管段,宜进行专项疲劳分析和断裂评价,确保其在再评价周期或设计寿命内安全运行。可按公式(4)和公式(5)对受影响管段进行裂纹扩展寿命评估。
(d a)/(d N) = C DeltaKn(4)
DeltaK = Kmax - Kmin(5)
式中:
da/dN 裂纹扩展速率;
C和 n 材料有关常数,与材料的微观组织、加载方式、加载频率、加载应力比、试验环境和温度等有关,宜采用管材在临氢环境下的原位疲劳测试数据或按照 GB/T 34542.5— 2026中附录B取值;
Kmax 、 Kmin 疲劳加载循环中应力强度因子的最大和最小值。
10.4.3 评价结论与建议
10.4.3.1 应给出缺陷适用性评价结论,包括继续使用、监控使用、计划维修、降压运行、立即维修或更换。
10.4.3.2 当缺陷剩余强度不满足 MAOP下的运行要求,或管体缺陷超出可接受标准时,应立即采取修复或降压运行措施。当采用降压运行措施时,应给出缺陷修复前含缺陷管道的安全运行压力建议。
10.4.3.3 管道满足继续使用条件但需计划维修时,应结合缺陷失效模式、高后果区失效后果严重程度及预测剩余寿命,提出修复时间与方法建议。
10434 宜综合考虑检出缺陷精度及置信度、缺陷增长对管道未来完整性的影响、预测结果随时间增长的分散性,以及未来需维修缺陷数量增长趋势等,给出再检测评价的时间间隔和方法建议
10.4.3.5 缺陷维修响应时间应从现场检测完成时开始计算。
11 维修维护与风险消减
11.1.1 应根据风险评价与完整性评价结果,采取适当的维修维护与风险消减措施,将输氢管道的风险控制在合理、可接受的范围内
11.1.2 重大风险的减缓措施实施前应编制专项风险减缓措施方案,并经过评审后实施。
11.1.3 应在输氢管道整个服役周期内实施风险消减措施,应对风险消减措施的适用性进行评价
11.1.4 应根据标准和操作规程的相关要求,完整性评价结果和确认的危害因素实施降压或维修等风险消减措施。
11.1.5 应采取措施预防输氢管道泄漏后发生意外点火、火灾或爆炸。
11.1.6 应采取预防措施,防止在存在可燃混合物的情况下产生静电放电。
11.1.7 预防措施应能阻止或减缓危害因素导致的管道劣化趋势。
11.1.8 应对减缓措施进行优先级排序,并列出时间表;减缓措施优先排序和时间表,应随新信息的不断获取而实时调整。不同风险因素的减缓措施见附录 F
11.1.9 应关注在不同运行压力下的输氢管道焊缝缺陷可接受标准。
11.1.10 输氢管道第三方损坏风险控制参照 GB 32167—2015进行。
11.1.11 输氢管道的自然与地质灾害风险控制参照SY/T 6828进行。
11.1.12 输氢管道内、外腐蚀风险控制参照 GB/T 23258、GB/T 21447和 GB/T 21448进行。
11.1.13 输氢管道不同类型缺陷的修复方法可参照 GB 32167—2015中附录 K 进行,重点考虑缺陷修复方法在输氢管道中的适用性。
12 持续改进
12.1 管道失效管理
12.1.1 宜对输氢管道泄漏事件进行失效分析,失效分析方法参照 GB/T 46424。
12.1.2 应根据现场调查结果及收集到的背景资料,结合试验分析结果等,综合分析判断失效模式,找出失效的直接原因与根本原因等。
12.1.3 应针对失效原因分析复核完整性管理方案和执行情况,查找管理制度和管理活动中存在的不足。
12.1.4 对于氢相关的失效机理造成的失效,应分析同类问题发生的可能性、产生的影响和需采取的防范措施。
12.1.5 应编写失效分析报告。报告应在管道企业内部进行发布和宣贯。
12.2 应急管理
输氢管道企业的应急管理要求如下:
a) 应编制应急预案,应急预案中应包含氢气泄漏专项处置流程;
b) 应明确应急演练层级及频次;
c) 应根据应急物资配置标准及抢险需要配备应急物资,应急物资应包括天然气/氢气专用检测仪;
d) 维抢修时应对维抢点附近土壤中和大气中的氢浓度进行检测;
e) 应做好管道沿线风险告知,重点告知气体泄漏后果特点;
f) 应建立企地会商研判和协同应急处置工作机制。
12.3 记录与文档管理、沟通和变更管理
12.3.1 应建立和管理涉及管道设计、采购、施工、运行、维护和废弃阶段完整性管理活动的记录和文档。
12.3.2 应制定和实施沟通计划以保证相关人员能够获知完整性管理相关信息
12.3.3 应制定变更管理程序,以规范变更管理,对于输氢比例变更、工艺调整、改线与修复等变更,应及时更新数据,变更完整性管理方案。
12.4 培训和技能
12.4.1 从事输氢管道完整性管理的相关人员应进行相应的培训,合格后方可进行相关工作,培训内容包括但不限于以下内容:
a) 数据管理;
b) 风险评价与高后果区识别管理;
c) 检测与完整性评价;
d) 管体缺陷修复管理;
e) 线路日常管理;
f) 效能评价与管理。
12.4.2 应编制对完整性管理人员的培训计划并贯彻执行,培训应安排相应的测试。
12.4.3 完整性管理人员宜每3年接受一次知识更新培训,以更新其岗位知识和技能。
12.5 效能评价
12.5.1 效能评价可采用管理审核、指标评价和对标等方法。
12.5.2 效能评价既应评价具体危害因素,也应评价总体改进效果。
12.5.3 应评价其他相关管理计划和流程在支持完整性管理决策方面的有效性
12.5.4 应使用效能评价结果持续审查完整性管理程序。
附录 A (资料性)
输氢管道常见危害因素
输氢管道常见危害因素识别至少包括表 A.1的内容。
| 分类 | 风险因素 | 子因素 |
| 与时间相关的因素 | 外腐蚀 | 不当的阴极保护、地铁、高压输电线或电气化铁路等外部干扰、微生物等外部腐蚀性因素 |
| 内腐蚀/磨蚀 | 水、氧、二氧化碳、微生物等内部腐蚀性介质因素,内部流体流动导致的冲蚀因素 | |
| 应力腐蚀开裂 | 高pH应力腐蚀开裂、近中性pH应力腐蚀开裂等 | |
| 氢脆/氢致开裂等氢损伤 | 因材质导致的抗氢性能下降 | |
| 因不合理的热处理制度导致的抗氢性能下降 | ||
| 阴极保护电位过负或直流负向干扰 | ||
| 其他因素或多因素耦合导致的氢损伤 | ||
| 疲劳损伤 | 内压周期性波动导致的疲劳 | |
| 周期性外部载荷导致的疲劳 | ||
| 氢致疲劳损伤 | ||
| 非约束凹陷 | ||
| 其他周期性载荷 | ||
| 固有因素 | 制管有关的缺陷 | 焊接接头(焊缝)缺陷 |
| 管体缺陷 | ||
| 与设备有关的因素 | 垫片,O型圈失效 | |
| 控制/泄压设备故障 | ||
| 密封件、填料失效 | ||
| 与氢不相容的材料 | ||
| 其他设备因素 | ||
| 与焊接/施工相关的因素 | 管道焊接接头缺陷(特别是裂纹型缺陷),包括支管和T型接头焊缝 | |
| 制造焊缝缺陷 | ||
| 褶皱弯管或屈曲 | ||
| 螺纹磨损/管子破损/接头失效 | ||
| 与氢不相容的材料 |
| 分类 | 风险因素 | 子因素 |
| 与时间无关的因素 | 机械损伤 | 甲方、乙方,或第三方造成的损坏(瞬时/立即失效) |
| 管道原有损伤(如凹陷、划痕的滞后性失效) | ||
| 故意破坏 | ||
| 误操作 | 控制不当 | |
| 不正确的惰化程序 | ||
| 误关断 | ||
| 管道操作和维护不当 | ||
| 其他误操作 | ||
| 自然与地质灾害 | 低温/高温 | |
| 强风 | ||
| 雷击/闪电 | ||
| 暴雨或洪水等与水有关的因素 | ||
| 土体移动 | ||
| 其他 | 公路、铁路穿越引起的异常荷载 | |
| 并行管道、高压电线或电气化铁路等其他构筑物影响 | ||
| 其他因素 |
附录 B (资料性)
数据收集列表
管道完整性管理数据收集列表见表 B.1。
| 序号 | 分类 | 数据子类名称 | 数据采集源头阶段 |
| 1 | 中心线 | 测量控制点 | 建设期 |
| 中心线控制点 | 建设期、运行期 | ||
| 标段 | 建设期 | ||
| 埋深 | 建设期、运行期 | ||
| 2 | 阴极保护 | 阴极保护记录 | 运行期 |
| 牺牲阳极 | 建设期、运行期 | ||
| 阳极地床 | 建设期、运行期 | ||
| 阴极保护电源 | 建设期、运行期 | ||
| 排流装置 | 建设期、运行期 | ||
| 3 | 管道设施 | 站场边界 | 建设期 |
| 标桩 | 建设期、运行期 | ||
| 埋地标识 | 建设期、运行期 | ||
| 附属物 | 建设期、运行期 | ||
| 套管 | 建设期、运行期 | ||
| 防腐层 | 建设期、运行期 | ||
| 穿跨越 | 建设期、运行期 | ||
| 弯管 | 建设期、运行期 | ||
| 收发球筒 | 建设期、运行期 | ||
| 非焊缝连接方式 | 建设期、运行期 | ||
| 钢管 | 建设期、运行期 | ||
| 开孔 | 建设期、运行期 | ||
| 阀门 | 建设期、运行期 | ||
| 环焊缝 | 建设期、运行期 | ||
| 三通 | 建设期、运行期 | ||
| 水工保护 | 建设期、运行期 | ||
| 隧道 | 建设期、运行期 | ||
| 4 | 第三方设施 | 第三方管道 | 建设期 |
| 公共设施 | 建设期、运行期 | ||
| 地下障碍物 | 建设期、运行期 |
| 序号 | 分类 | 数据子类名称 | 数据采集源头阶段 |
| 5 | 检测监测维护 | 内检测记录 | 运行期 |
| 直接检测记录 | 运行期 | ||
| 适用性评价 | 运行期 | ||
| 管体开挖单 | 运行期 | ||
| 焊缝检测结果 | 建设期 | ||
| 监测系统数据 | 建设期、运行期 | ||
| 试压 | 建设期 | ||
| 管道维修 | 运行期 | ||
| 6 | 基础地理 | 建构筑物 | 建设期、运行期 |
| 河流 | 建设期 | ||
| 土地利用 | 建设期 | ||
| 行政区划 | 建设期 | ||
| 铁路 | 建设期 | ||
| 公路 | 建设期 | ||
| 土壤 | 建设期 | ||
| 地质灾害 | 建设期、运行期 | ||
| 面状水域 | 建设期 | ||
| 7 | 运行 | 输送介质 | 运行期 |
| 氢气含量 | 运行期 | ||
| 运行压力 | 运行期 | ||
| 失效记录 | 运行期 | ||
| 巡线记录 | 运行期 | ||
| 泄漏监测系统 | 建设期、运行期 | ||
| 清管 | 建设期、运行期 | ||
| 8 | 管道风险 | 高后果区识别结果 | 建设期、运行期 |
| 管道风险评价结果 | 建设期、运行期 | ||
| 地质灾害评价结果 | 建设期、运行期 | ||
| 9 | 应急管理 | 单位联系人 | 建设期、运行期 |
| 应急组织机构 | 建设期、运行期 | ||
| 应急组织人员 | 建设期、运行期 | ||
| 应急抢修设备 | 建设期、运行期 | ||
| 应急预案 | 建设期、运行期 | ||
| 应急抢修记录 | 建设期、运行期 | ||
| 储备物资 | 建设期、运行期 |
| 序号 | 分类 | 数据子类名称 | 数据采集源头阶段 |
| 10 | 站场设备基本属性 | 设备台账 | 建设期、运行期 |
| 设计参数 | 建设期、运行期 | ||
| 介质 | 建设期、运行期 | ||
| 工艺参数 | 建设期、运行期 | ||
| 11 | 站场设备设计、安装 | 材料 | 建设期、运行期 |
| 设计文件及说明书 | 建设期、运行期 | ||
| 安装工艺文件 | 建设期、运行期 | ||
| 质量证明文件 | 建设期、运行期 | ||
| 焊接和热处理 | 建设期、运行期 | ||
| 质量检验 | 建设期、运行期 | ||
| 安装监督检验 | 建设期、运行期 | ||
| 竣工资料 | 建设期、运行期 | ||
| 12 | 站场设备投产运行数据和记录 | 设备使用登记 | 运行期 |
| 操作规程 | 运行期 | ||
| 工艺流程 | 运行期 | ||
| 介质 | 运行期 | ||
| 日常维护保养 | 运行期 | ||
| 日常检查等数据和记录 | 运行期 | ||
| 13 | 站场设备定期检验、异常情况数据 | 定期检验 | 运行期 |
| 检监测与评价 | 运行期 | ||
| 电气设备的预防性试验 | 运行期 | ||
| 异常情况处理 | 运行期 | ||
| 改造与修理 | 运行期 | ||
| 耐压试验 | 运行期 | ||
| 14 | 设备停用报废数据 | 停用报废方案 | 停用封存期 |
| 废弃处置结果 | 停用封存期 |
附录 C (资料性)
输氢管道失效概率计算方法
C.1 失效场景
管道失效场景应根据泄漏孔径大小分为破裂及孔泄漏两大类,管道的典型失效场景见表 C.1。当管道直径小于150 mm 时,取小于管道直径的孔泄漏场景及完全破裂场景。当实际管道失效统计没有全部孔径失效统计数据时,可根据实际情况设置失效场景。应沿管道选择一系列泄漏点,泄漏点的初始间距可取为50 m,泄漏点数量的选取应确保当增加泄漏点数量时,风险曲线不会显著变化。
| 失效场景 | 泄漏孔径范围(d) | 代表值 |
| 小孔泄漏 | 0<d≤5 | 5 |
| 中孔泄漏 | 5<d≤50 | 25 |
| 大孔泄漏 | 50<d≤150 | 100 |
| 完全破裂 | d>150 | 管道直径 |
C.2 失效概率计算方法
C.2.1 通则
C.2.1.1 失效概率分析方法的选择宜考虑不同失效因素的特点,失效概率计算可采用但不限于基于历史失效数据修正的方法、结构可靠性分析推导的方法和故障树分析法等
C.2.1.2 失效概率计算规则如下:
a) 应对附录 A 中的危害因素进行失效概率计算;
b) 宜考虑已经采取的风险消减措施的效果,如检测、修复及第三方损坏防护等;
c) 应对划分的每个评价单元确定其失效概率。
C.2.2 基于历史失效数据修正方法
基于历史失效数据修正的方法参考管道历史失效频率,并根据评价管段的实际情况,依靠失效统计或者技术人员的经验对历史失效频率进行修正。该方法适用于历史失效数据记录完整、数据量丰富的情景,常用于运营期管道定量风险评价工作。设计期间的定量风险评价可直接采用基础失效频率,以表征管道行业平均水平,输氢管道企业建立管道失效数据库应采用自有数据库确定基础失效频率,如无自建失效数据库,可参照国外或者权威机构发布的数据报告。氢气管道设备设施基础失效频率取值可参照表 C.2,氢气管道线路失效频率取值可参照表 C.3。
| 设备/组件 | 泄漏尺寸等级b | 氢气(气体) | 甲烷(气体) | ||||
| μ | σ | 中位数 | μ | σ | 中位数 | ||
| 压缩机 | 0.01% | -2.3 | 0.3 | 1.00×10-1 | -1.7 | 1 | 1.90×10-1 |
| 0.10% | -4.1 | 0.5 | 1.70×10-2 | -3.6 | 0.8 | 2.80×10-2 | |
| 1% | -5.4 | 0.8 | 4.60×10-3 | -5.5 | 0.6 | 4.10×10-3 | |
| 10% | -8.8 | 0.7 | 1.50×10-4 | -7.4 | 0.6 | 6.00×10-4 | |
| 100% | -11.1 | 1.2 | 1.50×10-5 | -9.3 | 0.7 | 8.80×10-5 | |
| 压力容器 | 0.01% | -13.5 | 0.7 | 1.40×10-6 | -3.6 | 1.2 | 2.60×10-2 |
| 0.10% | -13.6 | 0.6 | 1.20×10-6 | -4.8 | 0.9 | 7.80×10-3 | |
| 1% | -14.1 | 0.6 | 7.90×10-7 | -6.1 | 0.7 | 2.30×10-3 | |
| 10% | -14.6 | 0.6 | 4.50×10-7 | -7.3 | 0.6 | 6.80×10-4 | |
| 100% | -15.3 | 0.6 | 2.30×10-7 | -8.5 | 0.9 | 2.00×10-4 | |
| 过滤器 | 0.01% | -5.2 | 1.7 | 5.30×10-3 | -1.2 | 0.9 | 3.00×10-1 |
| 0.10% | -5.3 | 1.3 | 5.10×10-3 | -2.2 | 0.8 | 1.10×10-1 | |
| 1% | -5.3 | 1.3 | 4.80×10-3 | -3.2 | 0.6 | 4.00×10-2 | |
| 10% | -5.4 | 0.7 | 4.60×10-3 | -4.2 | 0.6 | 1.50×10-2 | |
| 100% | -5.4 | 0.8 | 4.40×10-3 | -5.2 | 0.6 | 5.50×10-3 | |
| 法兰 | 0.01% | -3.9 | 1.5 | 2.00×10-2 | -2.4 | 1.2 | 8.70×10-2 |
| 0.10% | -6.1 | 1.1 | 2.20×10-3 | -4.7 | 0.9 | 8.70×10-3 | |
| 1% | -8.3 | 2.1 | 2.40×10-4 | -7 | 0.7 | 8.80×10-4 | |
| 10% | -10.5 | 0.7 | 2.70×10-5 | -9.3 | 0.6 | 8.80×10-5 | |
| 100% | -12.7 | 1.7 | 2.90×10-6 | -11.6 | 0.7 | 9.20×10-6 | |
| 软管 | 0.01% | -7.5 | 0.4 | 5.80×10-4 | -10.5 | 1.2 | 2.80×10?5 |
| 0.10% | -8.5 | 0.6 | 2.00×10-4 | -9.3 | 0.9 | 9.10×10-5 | |
| 1% | -8.7 | 0.6 | 1.60×10-4 | -8.2 | 0.7 | 2.90×10-4 | |
| 10% | -8.8 | 0.6 | 1.50×10-4 | -7 | 0.6 | 9.10×10-4 | |
| 100% | -9.7 | 1 | 6.20×10-5 | -5.8 | 0.7 | 2.90×10-3 | |
| 连接头 | 0.01% | -10.3 | 0.2 | 3.50×10-5 | 0.5 | 1.1 | 1.60×100 |
| 0.10% | -12.3 | 0.9 | 4.70×10-6 | -1.5 | 0.8 | 2.30×10-1 | |
| 1% | -11.8 | 0.5 | 7.90×10-6 | -3.4 | 0.6 | 3.20×10-2 | |
| 10% | -11.8 | 0.6 | 1.60×10-6 | -5.4 | 0.6 | 3.30×10-3 | |
| 100% | -11.8 | 0.6 | 1.60×10-6 | -6.9 | 0.8 | 1.00×10-3 | |
| 设备/组件 | 泄漏尺寸等级b | 氢气(气体) | 甲烷(气体) | ||||
| μ | σ | 中位数 | μ | σ | 中位数 | ||
| 管道 | 0.01% | -11.7 | 0.7 | 8.00×10-6 | -2.5 | 1.2 | 8.10×10-2 |
| 0.10% | -12.5 | 0.7 | 3.70×10-6 | -4.2 | 0.9 | 1.50×10-2 | |
| 1% | -13.9 | 1.3 | 9.60×10-7 | -5.9 | 0.9 | 2.70×10-3 | |
| 10% | -14.6 | 1.2 | 4.60×10-7 | -7.6 | 0.6 | 5.00×10-4 | |
| 100% | -15.7 | 1.8 | 1.50×10-7 | -9.3 | 0.9 | 9.10×10-5 | |
| 阀门 | 0.01% | -5.9 | 0.2 | 2.90×10-3 | -3 | 1.1 | 5.10×10-2 |
| 0.10% | -7.4 | 0.4 | 5.90×10-4 | -3.9 | 0.8 | 2.00×10-2 | |
| 1% | -9.8 | 1.1 | 5.40×10-5 | -4.9 | 1.4 | 7.80×10-3 | |
| 10% | -10.6 | 0.6 | 2.50×10-5 | -5.8 | 0.6 | 3.00×10-3 | |
| 100% | -12.2 | 1.4 | 4.80×10-6 | -6.8 | 1.2 | 1.20×10-3 | |
| 仪表 | 0.01% | -7.4 | 0.7 | 6.20×10-4 | -7.3 | 0.7 | 6.90×10-4 |
| 0.10% | -8.5 | 0.8 | 2.00×10-4 | -8.1 | 0.6 | 3.00×10-4 | |
| 1% | -9.1 | 0.9 | 1.10×10-4 | -8.9 | 0.6 | 1.30×10-4 | |
| 10% | -9.2 | 1.1 | 1.00×10-4 | -9.8 | 0.5 | 5.70×10-5 | |
| 100% | -10.2 | 1.5 | 3.70×10-5 | -10.6 | 0.7 | 2.50×10-5 | |
| a表中设定不同种类的设备i、泄漏尺寸等级(k)对应的泄漏频率f服从对数正态分布,分布参数为μ(对数正态分布均值)、σ(对数正态分布标准差),符合以下关系:fleak,i,k~Lognormal(μ,σ2),推荐采用中位数进行频率计算。b泄漏尺寸等级即泄漏孔的截面积与管道(或设备)的截面积之比,0.01%即针孔泄漏,0.10%代表小孔泄漏,1%代表中孔泄漏,10%代表大孔泄漏,100%代表全尺寸断裂。 | |||||||
| 壁厚mm | 失效频率次/(km·a) |
| ≤5 | 2.7 ×10-4 |
| >5 ∼10 | 1.2 ×10-4 |
| >10 ∼15 | 1.3 ×10-5 |
| >15 | 1.2 ×10-5 |
| 平均值 | 1.2 ×10-4 |
C.2.3 结构可靠性分析推导方法
C.2.3.1 结构可靠性分析推导的方法,适用于充分掌握管道材料各项参数及运行管理参数的情景。
C.2.3.2 分析管道在不同工况下承受的载荷类型,并确定各载荷的数值大小、作用方式及统计特征(均
值、标准差、分布类型)。计算方法可参照 GB/T 29167,针对输氢管道,应特别关注氢气对材料力学性能的影响,如氢脆和氢致疲劳,在载荷统计分析中应关注其对载荷效应的潜在放大作用。
C.2.3.3 针对输氢管道,除常规载荷效应外,还应重点识别以下氢致失效模式:
a) 氢致开裂(HIC),在氢原子渗透管壁并在缺陷或夹杂物处聚集时,可能引发内部裂纹,尤其在湿硫化氢环境中更为显著;
b) 氢脆(HE),材料在氢作用下发生塑性损失和脆性断裂倾向增加,导致在低于设计载荷条件下发生突发性断裂;
c) 氢致疲劳裂纹扩展,氢气环境显著加速裂纹扩展速率,尤其在压力循环工况下,即使应力强度因子范围低于空气中门槛值,仍可能发生扩展;
d) 氢致分层与鼓泡,多发生于非金属夹杂物层状分布区域,严重时可发展为壁厚减薄或穿孔;
e) 焊缝氢致失效,焊接区域因组织不均匀和残余应力集中,对氢更为敏感,易成为优先失效位置。
C.2.4 故障树分析法
故障树分析法步骤如下。
a) 建立故障树。界定目标事件的边界条件,确定顶上事件为管道泄漏。识别造成管道泄漏的直接原因或失效模式,对其中的每个原因或者失效模式进行分析,以识别造成泄漏的原因。依据自上而下的顺序分析,直到所有的时间不能再分解或不必要再分解。处于最低水平的事项及因素称作基本事件。
b) 确定基本事件发生概率。首先确定基本事件的发生概率,进而计算顶上事件发生的概率。单位事件内发生故障的概率(λ)可参照SY/T 6891.2—2020中附录 C。
c) 计算顶上事件发生概率。通过布尔代数来简化故障树,并定量计算顶上事件发生的概率,具体计算步骤可参考 GB/T 7829。
附录 D (资料性)
输氢点火概率参考值
输氢管道点火分为立即点火和延迟点火。点火概率可根据数据库统计或通过概率模型计算得到。无法获取相关历史数据确定时可参考表 D.1选取。
| 泄漏速率kg/s | 城市/工业区 | 农村地区 |
| 0.1 | 0.002 2 | 0.002 2 |
| 0.2 | 0.003 6 | 0.002 4 |
| 0.5 | 0.007 2 | 0.002 8 |
| 1 | 0.012 | 0.003 |
| 2 | 0.020 2 | 0.003 2 |
| 5 | 0.039 8 | 0.003 6 |
| 10 | 0.066 4 | 0.004 |
| 20 | 0.110 8 | 0.007 |
| 50 | 0.218 2 | 0.014 6 |
| 100 | 0.364 2 | 0.025 2 |
| 200 | 0.608 2 | 0.044 |
| 500 | 1 | 0.091 8 |
| 1 000 | 1 | 0.16 |
| 注1:立即点火的概率固定值为0.001,不随泄漏速率的变化而变化。注2:延迟点火的概率分为早期点火(泄漏后30s内点火)和晚期点火(泄漏后30s外点火),早期点火和晚期点火的比例为3:7或者1:1。 | ||
附录 E (资料性)
不同类型缺陷的评价参考标准
管道不同类型缺陷的评价参考标准见表 E.1
| 缺陷类型 | 国内标准/方法 |
| 腐蚀 | SY/T 6151SY/T 6477SY/T 10048GB/T 42033GB/T 19624GB/T 30582(外损伤)GB/T 35013 |
| 划痕 | SY/T 6151SY/T 6477GB/T 42033GB/T 19624GB/T 30582(外损伤)GB/T 35013 |
| 制造缺陷a | SY/T 6151SY/T 6477GB/T 42033GB/T 19624GB/T 30582(外损伤)GB/T 35013 |
| 凹陷(含与划痕等其他缺陷相关的复合凹陷) | SY/T 6996SY/T 6477GB/T 42033GB/T 30582(外损伤)GB/T 35013GB/T 36701 |
| 焊缝缺陷b | SY/T 6477GB/T 19624GB/T 35013GB/T 42033 |
| 裂纹(含环境开裂、应力腐蚀开裂、氢致开裂、氢脆等) | SY/T 6477GB/T 19624GB/T 35013 |
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附录 F (资料性)
不同风险因素的减缓措施
F.1 输氢管道不同风险因素的减缓措施见表 F.1
F.2 表 F.1中所列的风险减缓措施覆盖设计阶段、施工阶段、投产试运行阶段、运行阶段,以及停用封存阶段等各个阶段。
| 分类 | 风险因素 | 可选择的风险减缓措施 |
| 与时间相关的因素 | 外腐蚀 | a) 定期检测阴极保护电位,优化系统参数,控制保护电位在合理范围;b) 增设排流设施,消除杂散电流干扰;c) 定期进行外腐蚀直接评价(ECDA)及完整性评价;d) 对腐蚀超标管段进行修复或换管;e) 采用防腐性能更优的防腐层 |
| 内腐蚀/磨蚀 | a) 控制输送介质中水、氧、二氧化碳等杂质含量;b) 定期检测介质腐蚀性参数,进行内腐蚀在线监测c) 定期进行管道内检测及内腐蚀直接评价;d) 对冲蚀严重管段采用耐冲蚀材料或增加壁厚,优化流体流速;e) 对腐蚀、冲蚀超标管段进行修复或换管;f) 必要时降压运行 | |
| 应力腐蚀开裂 | a) 控制输送介质的pH值等关键参数;b) 采用抗应力腐蚀开裂性能优异的管材;c) 优化焊接工艺,消除焊接残余应力;d) 定期进行检测与完整性评价;e) 修复或换管;f) 必要时降压运行 | |
| 氢脆/氢致开裂等氢损伤 | a) 选用与氢相容性好、抗氢损伤性能优异的管材及附件材料;b) 优化阴极保护系统,避免保护电位过负;c) 增设排流设施,消除直流负向干扰;d) 进行专项检测与评价;e) 修复或换管;f) 必要时降压运行 | |
| 疲劳损伤 | a) 优化运行工况,减少内压波动幅度和频率;b) 识别并评估各类周期性外部载荷,采取防护措施;c) 选用抗氢致疲劳性能好的管材,控制氢损伤发展;d) 定期进行管道内检测和疲劳寿命评价;e) 修复或换管;f) 必要时改线避开高载荷区域或降压运行 |
| 分类 | 风险因素 | 可选择的风险减缓措施 |
| 固有因素 | 制管有关的缺陷 | a) 控制制管工艺,加强出厂质量检验;b) 定期进行管道内检测或直接检测;c) 对超标焊接接头缺陷和管体缺陷进行修复;d) 对存在严重缺陷的管段进行换管;e) 必要时降压运行 |
| 与设备有关的因素 | a) 选用与氢相容性好的设备、密封件、填料及附件材料;b) 定期校验控制、泄压等安全设备,加强运行状态监测;c) 制定密封件、填料定期更换计划,及时更换老化失效部件;d) 进行在用设备氢相容性排查;e) 及时更换存在安全隐患的设备部件 | |
| 与焊接/施工相关的因素 | a) 加强焊工管理和焊接过程质量控制;b) 焊接接头无损检测;c) 选用与氢相容性好的焊接材料和施工材料;d) 对超标缺陷、褶皱弯管等进行修复或更换;e) 加强施工过程验收,避免产生初始缺陷 | |
| 与时间无关的因素 | 机械损伤 | a) 加强日常巡线,采用智能巡线技术;b) 安装安全预警系统;c) 增加管道标识;d) 增设保护设施(套管、盖板等);e) 提高管道埋深;f) 加强管道保护法律法规宣传,提高沿线公众保护意识;g) 安装视频监控;h) 加强与公安部门联动;i) 必要时对高风险管段进行改线 |
| 误操作 | a) 规范操作流程;b) 加强员工安全技能培训和考核;c) 采用防误操作设计;d) 设置操作联锁和安全保护装置;e) 完善操作监护制度,加强作业过程监控和记录;f) 制定各类误操作应急预案,定期进行应急演练 | |
| 自然与地质灾害 | a) 实施水工保护工程,增加河流穿越埋深;b) 治理灾害体;c) 灾害点监测;d) 加强极端天气和汛期巡检;e) 对受土体移动影响的管段进行加固,必要时更改穿越方式;f) 必要时改线 | |
| 其他 | 其他 | a) 加强安全距离、密闭空间等排查;b) 加强高风险区域的监测和巡检;c) 必要时更改穿越方式或改线 |
参考文献
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