摘 要：隨著我國長輸天然氣管道建設(shè)的飛速發(fā)展，借鑒國外先進管理經(jīng)驗，探索建立適合國情的管道完整性管理方法已成為國內(nèi)所有管道公司的工作重點。在分析比較國內(nèi)外管道完整性管理差異性的基礎(chǔ)上，介紹了西氣東輸管道完整性管理理念的形成過程、西氣東輸管道完整性管理體系的架構(gòu)和以下特點：①理論聯(lián)系實際；②可操作性強；③完整性管理理念融入安全生產(chǎn)全過程；④高水平的專家支持團隊；⑤不斷完善完整性管理體系；⑥具有量化透明的考核機制。重點從地質(zhì)災(zāi)害、第三方損壞和管道本體完整性3個方面總結(jié)了西氣東輸管道完整性管理的工程實踐，并結(jié)合其實踐效果，從事故發(fā)生率和管理維護投入兩個方面對西氣東輸管道完整性管理的效能進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明：目前西氣東輸管道的實際失效頻率和計算可能失效頻率均小于歐洲EGIG的統(tǒng)計計算水平，管道完整性管理技術(shù)給西氣東輸管道的運營帶來了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，所取得的實踐經(jīng)驗對同類油氣管道的安全管理具有重要的工程示范意義。
關(guān)鍵詞：西氣東輸 管道 完整性管理 地質(zhì)災(zāi)害 第三方損壞 管道本體完整性 失效頻率 效能分析
Integrity management practices in the West-to-East Natural Gas Pipelines and their competence appraisal
Abstract：Along with the rapid development of domestic long-distance gas pipeline construction，each pipeline company，learning from foreign advanced experiences，puts its emphasis on exploring pipeline integrity management(PIM)methods more adaptable to national situation．Therefore，based on a comparative analysis of differences in PIM between China and other countries，this paper briefly introduced how the concept of PIM system for the West-to-East Pipelines came into being，and what its framework and characteristics are．Als0，how the PIM system worked in the West-to-East Pipelines was summarized in three aspects of geological disaster，the third-party damage，and pipeline body integrity．On this basis，a statistical analysis was performed of the competency appraisal for PIM in this case in terms of accident occurrence rate and management&maintenance inputs．Results demonstrate that both the actual failure frequency and the calculated possible failure frequency are smaller than the statistical results from the 8th Report of EGIG(European Gas Pipeline Incident Data Group)，proving that the PIM brings about obvious economic and social benefits for the West-to-East Pipelines．This study provides valuable reference for operators to ensure safety management of similar oil and gas pipeline proj ects．
Keywords：West-to-East pipeline，pipeline integrity management，geological disaster，third-party damage，pipeline body integrity，failure frequency，competence appraisal
截至目前，中國石油西氣東輸管道(銷售)公司(以下簡稱西氣東輸管道公司)運營管理管道總咀程達1.0868×104km，擁有141座站場、2座地下儲氣庫、1個計量檢定中心。管道線路包括西氣東輸一線(寧夏以東)、西氣東輸二線(寧夏以東)和忠武線，沿途經(jīng)過15個省、自治區(qū)、直轄市，連通了我國陸上四大氣區(qū)，形成了橫跨東西、縱貫?zāi)媳钡奶烊粴夤芫W(wǎng)。
壓力大、鋼級高、覆蓋面廣，沿線自然環(huán)境和社會環(huán)境復(fù)雜，給西氣東輸管道的運行管理帶來了挑戰(zhàn)。為此，西氣東輸管道公司在研究國外先進管理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外完整性管理研究成果，探索建立了適合自身特點的管道完整性管理方法。
1 管道完整性管理理念的形成
1．1 國內(nèi)外管道完整性管理的差異性
國外管道風(fēng)險評價方法正逐步由定性方法向定量方法過渡。依據(jù)內(nèi)檢測數(shù)據(jù)可定量地評價管道發(fā)生腐蝕穿孔和斷裂事故的概率。國外的管道完整性管理以定量或者半定量風(fēng)險評估方法評估管道的綜合風(fēng)險，并以管道本體完整性評價為基礎(chǔ)，實施完整性管理。在高后果區(qū)風(fēng)險管理方面，美國等發(fā)達國家將其納入國家安全生產(chǎn)管理法律法規(guī)中，如美國聯(lián)邦法規(guī)第49部——運輸(第191—l95部分)、《關(guān)于增進管道安全性的法案》(美國HR．3609)等，運用法律對管道設(shè)計、建設(shè)和運行管理進行安全監(jiān)督，形成了面向公共安全、強制要求的管道完整性管理[1-2]。
國內(nèi)則是管道運行企業(yè)為提高自身管理水平，減少管道事故發(fā)生率，合理分配有限資源，而開展管道完整性管理工作，屬于企業(yè)自發(fā)行為。由于國內(nèi)企業(yè)眾多、技術(shù)差異大、關(guān)注角度不同，導(dǎo)致了管道完整性管理在實施層面上存在差異，出現(xiàn)了有借鑒國外完整性管理方法、考慮管道綜合風(fēng)險的管道完整性管理，也有分類開展的完整性管理方法[3-10]。
1．2 西氣東輸管道完整性管理理念建立
規(guī)模大、起點高、定位高，為西氣東輸工程建成后管道的運行管理提出了更高要求，也得到了社會各界的高度關(guān)注。2005年初，西氣東輸管道公司開始管道完整性管理工作，然而對如何開展完整性管理，公司內(nèi)部產(chǎn)生過不同意見：①借鑒國外經(jīng)驗以定量或者半定量風(fēng)險評估方法評估管道綜合風(fēng)險，以管道本體完整性評價為基礎(chǔ)，依次排序開展管道完整性管理工作；②根據(jù)各種風(fēng)險類型運用定量或者半定量方法評估管道分項風(fēng)險．分別排序，按專業(yè)開展管道完整性管理工作。最終分析認為，西氣東輸管道地理跨度大、地貌類型繁多、自然環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險類型突出，由于沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平不一，人文素質(zhì)差別較大，社會環(huán)境不確定因素眾多，第i方風(fēng)險隱患突出，而管道本體方面由于管道建成不久，管道狀況較好，短期內(nèi)時效性和穩(wěn)定性因素成為高風(fēng)險的可能性相對較小。因此，確立了從地質(zhì)災(zāi)害、第三方損壞、管道本體腐蝕防控3個方面，按順序開展管道完整性管理，并及時依托國內(nèi)重點科研單位分專業(yè)開展專項研究，指導(dǎo)開展管道完整性管理工作[11]。
2 管道完整性管理體系的架構(gòu)
2．1 西氣東輸管道完整性管理體系
西氣東輸管道完整性管理體系是西氣東輸HSE管理體系的分支，包括標(biāo)準(zhǔn)體系和體系文件兩部分，其中體系文件又包括程序文件和作業(yè)文件兩部分，具體架構(gòu)如圖l所示。目前，西氣東輸管道公司管道完整性管理體系包含1 2個標(biāo)準(zhǔn)文件，4個程序文件和41個作業(yè)文件[12-14]。
2．2 西氣東輸管道完整性管理特點
1)理論聯(lián)系實際、理論依托實際。西氣東輸管道完整性管理研究始終以實際運用為主導(dǎo)，堅持科研與實踐相結(jié)合，邊研究、邊實踐，在實踐過程中修正研究方向，走出了一條特色鮮明的科研及成果轉(zhuǎn)化道路。
2)可操作性強，便于掌握運用。西氣東輸管道完整性管理模式摒棄了傳統(tǒng)風(fēng)險評價由專家及有資質(zhì)人員才能完成的現(xiàn)狀，針對不同層級管理人員制訂評價標(biāo)準(zhǔn)，通過災(zāi)害主控要素，簡單、快速、有效地判定初步風(fēng)險等級，迅速在公司范圍內(nèi)形成了全員參與、分層級管控的完整性管理工作氛圍，為保障管道安全運行統(tǒng)一了思想。
3)立足實際，解決管理難題。西氣東輸管道完整性管理針對管道通過特有的地質(zhì)災(zāi)害類型如黃土塬、采空區(qū)以及復(fù)雜的社會環(huán)境，與科研機構(gòu)合作建立符合國情的地質(zhì)災(zāi)害及第三方損壞風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)，填補了國內(nèi)多項技術(shù)空白。
4)完整性管理理念融入安全生產(chǎn)全過程。西氣東輸管道完整性管理針對管道風(fēng)險因素定期實施周期性風(fēng)險評估和維護，同時對完整性管理的有效性進行動態(tài)監(jiān)測，將完整性管理融入安全生產(chǎn)的全過程。
5)具有高水平的專家支持團隊。在西氣東輸管道完整性管理實施過程中，建立了包含工程地質(zhì)、水土保持、金屬材料、結(jié)構(gòu)力學(xué)等專業(yè)的具有國家級水平專家?guī)?，依托專業(yè)單位及專家團隊解決技術(shù)上存在的難題。
6)不斷修改完善管道完整性管理體系。西氣東輸管道完整性管理針對實際管理中出現(xiàn)的新問題，定期修訂、補充和完善完整性管理體系文件，使完整性管理體系不斷適應(yīng)管理主體及客體變化，確保了技術(shù)文件與管道運行條件的適時跟進。
7)具有量化透明的考核機制。西氣東輸管道完整性管理一方面通過量化考核指標(biāo)使管理工作具有了明確的目標(biāo)；另一方面，將考核數(shù)據(jù)結(jié)果及分析報告如實公布，有助于二級單位之間監(jiān)督、比較，形成競爭機制，提升執(zhí)行力。
3 管道完整性管理技術(shù)的應(yīng)用實踐
3．1 管道地質(zhì)災(zāi)害完整性管理
3．1．1管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估
通過對水毀、濕陷性黃土等環(huán)境災(zāi)害和采空塌陷、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害等致災(zāi)機理進行研究，從管線特征、誘發(fā)因素和控制要素3個方面建了12套初步評估體系，并開發(fā)出了專項風(fēng)險評估軟件。根據(jù)自然地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，每年汛前、汛后各開展1次環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估，及時削減汛期產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。自開展地質(zhì)災(zāi)害完整性管理以來，西氣東輸管道公司共計評價、削減地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險超過2000處，有力保障了管道的安全運行。
多年管理統(tǒng)計的結(jié)果表明，西氣東輸管道環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害類型主要分布為：①寧陜段，邊坡失穩(wěn)、黃土陷穴、滑坡、水流沖刷、坡面沖刷、黃土崾峴坍塌、沙漠風(fēng)沙淤積；②長寧段，坡面沖刷、沙漠風(fēng)沙淤積、水流沖刷；③山西、甘陜段，邊坡失穩(wěn)、水流沖刷、坡面沖刷、采空塌陷、滑坡、黃土崾峴坍塌、黃土陷穴；④豫皖段，黃土陷穴、采空區(qū)、殘丘沖溝；⑤蘇浙滬段、蘇北段，沖溝、灌溉渠水流沖刷；⑥豫鄂段，水流沖刷、坡而沖刷、崩塌；⑦忠武線段，水流沖刷、坡面沖刷、崩塌、滑坡、泥石流；⑧贛湘、廣東段，邊坡穩(wěn)定、水流沖刷、坡面沖刷、滑坡。
3．1．2地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警
地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警是在地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)體或承災(zāi)體(管道)上布設(shè)監(jiān)測設(shè)備，以致災(zāi)體變形和管體應(yīng)力變化為臨測熏點，測量變形量和管體應(yīng)力增量，掌握管道滑坡、采空區(qū)沉降等重點地質(zhì)災(zāi)害類型的發(fā)育情況及管道受力狀態(tài)，定期發(fā)布監(jiān)測報告，并對災(zāi)害實行預(yù)警預(yù)報[15]。2007年至今，西氣東輸建成了涵蓋西氣東輸一線(以下簡稱西一線)、西氣東輸二線(以下簡稱兩二線)以及忠武線120處地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險點的地質(zhì)災(zāi)害前期監(jiān)測網(wǎng)，成功預(yù)警災(zāi)害超過10次，為災(zāi)害預(yù)警及地質(zhì)災(zāi)害治理工作提供了數(shù)據(jù)支持。如2009年，山西省陽城縣蒿峪村采空區(qū)沉降預(yù)警，在其不停輸帶壓抬管治理中進行管道應(yīng)力動態(tài)監(jiān)測(圖2)，確保了管道安全；2011年山西省沁水縣小嶺村滑坡監(jiān)測也為災(zāi)害治理提供了數(shù)據(jù)支持。
3．1．3買施小維護治理
墨菲定理認為，管道沿線小型水毀類環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害若不及時維護治理會導(dǎo)致風(fēng)險增加，并對管道安全運行造成威脅。因此，西氣東輸管道公司在管道地質(zhì)災(zāi)害完整性管理實踐過程中提出了“治早治小”的管理理念，對運行管理中出現(xiàn)的小型水毀及時實施維護，消減管道環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。
3．2 第三方損壞完整性管理
3．2．1第三方損壞風(fēng)險評估
第三方損壞風(fēng)險評估是評定管道沿線居民、施工單位等對管道的意外損傷或故意破壞所引起管道風(fēng)險變化情況的技術(shù)。根據(jù)西氣東輸管道第三方損壞風(fēng)險管理體系，利用自主開發(fā)的西氣東輸管道第三方損壞風(fēng)險評估軟件(圖3)分別于2009年和2011年從沿線社會環(huán)境、居民關(guān)系、管道敷設(shè)狀態(tài)等第三方損壞的敏感因素人手開展第三方損壞風(fēng)險評估工作，更新了管道附近的人口密度和工礦企業(yè)分布、管道違章占壓歷史數(shù)據(jù)和第三方施工等情況，確定了西氣東輸管道第三方損壞的風(fēng)險分布。對比2009年第三方損壞風(fēng)險評估結(jié)果，中等風(fēng)險降低了l9.28％，較高風(fēng)險增加了22.15％，揭示了管道沿線經(jīng)濟發(fā)展、人員活動增加等影響第三方損壞防控的因素正在不斷增多。
3．2．2第三方損壞預(yù)防與控制
3．2．2．1GPS巡榆
管道巡檢是管道管理的重要手段，可及時發(fā)現(xiàn)人為危及管道安全的各種風(fēng)險，為管道管理提供第一手資料?；?span lang="EN-US">3S(GPS、GPRS、GIS)技術(shù)的GPS巡檢系統(tǒng)，在地理信息系統(tǒng)的支持下能夠?qū)ρ矙z人員工作狀態(tài)進行監(jiān)督，實現(xiàn)巡檢工作的數(shù)字化、可視化、實時化管理，提高巡檢事件的上報效率以及緊急故障處理的協(xié)調(diào)能力，并起到輔助管理決策的作用。
3．2．2．2開展外部基礎(chǔ)工作
第三方損壞外部基礎(chǔ)工作包括第三方信息收集、管道地面標(biāo)識增補、違章占壓清理和控制、管道光纜定位、管道保護宣傳以及第三方風(fēng)險隱患點治理等。根據(jù)管道沿線自然、社會、經(jīng)濟和人文因素的調(diào)查數(shù)據(jù)，按照第三方風(fēng)險評估風(fēng)險排序結(jié)果，西氣東輸管道公司按期有計劃地加強了第三方損壞重點防控部位的外部基礎(chǔ)管理。幾年間累計向沿線群眾發(fā)放宣傳品超百萬份，對l4000余名挖掘機手進行宣傳；同時，建立信息員、管道沿線居民、管道沿線政府等多渠道信息收集網(wǎng)絡(luò)，完善信息收集制度，使得第三方施工有效信息收集率超過90％，預(yù)控第三方施工超過30萬點次。
3．2．2．3開展快速高效的第二方施工服務(wù)
眾多案例顯示，強行或隱瞞施工多因第三方工期延誤造成。因此，西氣東輸管道公司將開展第三方施工快速服務(wù)作為第三方損壞完整性管理的內(nèi)容之一，通過樹立主動服務(wù)意識，沒置快速服務(wù)電話，分級審批第三方施工方案，主動幫助待建施工項目通過管道，探索建立了快速服務(wù)、快速通過的第三方施工快速服務(wù)體系，確保管道安全。
3．3 管道本體缺陷完整性管理
3．3．1實施管道內(nèi)檢測
管道內(nèi)檢測技術(shù)是本體完整性管理的重要技術(shù)，得到了世界各國的重視，并紛紛對管道內(nèi)檢測工作提出了要求。我國在2000年4月《石油天然氣管道安全監(jiān)督與管理暫行規(guī)定》中對管道的檢驗與檢測做了新的規(guī)定。依據(jù)規(guī)定，西氣東輸管道公司自2010年開始自西向東對一線2169km管道開展了管道內(nèi)榆測工作，在對發(fā)現(xiàn)危害及潛在危害的基礎(chǔ)上完成了超過1500處補口修復(fù)及24處管體補強，消除了泄漏隱患。
3．3．2實施管道外檢測
在役管道防腐層檢測(外檢測)一般綜合利用地卣間接檢測和開挖檢測2種方式。在管道沿線環(huán)境變化較大時，可使用多種檢測方法，提高可靠性。目前普遍采用的外檢測方法有：交流電流衰減法、交流電位梯度法(ACVG)、直流電位梯度法(DCVG)、音頻檢漏法等。過去4年間，兩氣東輸完成了西一線6432km在役管道外檢測工作，并根據(jù)檢測結(jié)果對l368處外防腐層缺陷點實施了修復(fù)，對陰極保護過度保護、欠保護問題進行了整改，使管道陰極保護電位合格率超過99％。
3．3．3開展站場、閥室防腐層大修
西氣東輸管道公司每年以隨機抽查、重點場站全面普查的方式，對站場埋地管道開展直接開挖評價工作。近年來根據(jù)評價結(jié)果分批、有序地對西氣東輸一線干線45座場站和l36座閥室實施了防腐層大修，并增設(shè)了區(qū)域陰極保護系統(tǒng)，通過站內(nèi)、外聯(lián)保使管道陰極保護電位得到了補充，對抵抗外界交直流干擾起到了積極作用。
4 管道完整性管理的效能分析
管道安全評價與完整性管理的日的是最大限度地減少油氣管道事故發(fā)生率以及盡可能地延長干線管道的使用壽命，合理地分配有限的管道維護費用，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和安全風(fēng)險的平衡[16]。
4．1 地質(zhì)災(zāi)害管理效能分析
西氣東輸管道地質(zhì)災(zāi)害維護費用統(tǒng)計如圖4、5所示，圖4中的曲線l為管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險治理維護費用曲線，曲線2為二次擬合曲線。2條曲線的趨勢表明：西氣東輸一線在開展地質(zhì)災(zāi)害完整性管理后，管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險治理維護費用逐年降低，當(dāng)前治理費用水平約為2005年的l／4，并趨近于穩(wěn)定水平。圖5數(shù)據(jù)表明西氣東輸二線投產(chǎn)第一年地質(zhì)災(zāi)害治理費用與西氣東輸一線2005年相比減少約l／3，且治理費用逐年下降。2013年西氣東輸二線治理費用比西氣東輸一線約高l倍，預(yù)計未來幾年堅持管道地質(zhì)災(zāi)害完整性管理后，西氣東輸二線地質(zhì)災(zāi)害管理將逐步趨于穩(wěn)定水平。
地質(zhì)災(zāi)害搶險次數(shù)反映了管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估的準(zhǔn)確程度及風(fēng)險控制的效果，同時也反映出管道地質(zhì)災(zāi)害完整性管理的水平。圖6為西氣東輸管道搶險次數(shù)折線圖，該圖表明西氣東輸管道地質(zhì)災(zāi)害搶險次數(shù)逐年降低。從搶險總數(shù)量上看，西氣東輸管道的水毀搶險頻率處于1.2次／(1000 km·a)的水平。
綜合分析地質(zhì)災(zāi)害治理費用及地質(zhì)災(zāi)害搶險頻次，可以看出西氣東輸一線地質(zhì)災(zāi)害防控處于經(jīng)濟效益和風(fēng)險的平衡區(qū)間；西氣東輸二線由于新投產(chǎn)管道覆土沉降多等因素導(dǎo)致?lián)岆U次數(shù)相對一線較高。根據(jù)一線管理經(jīng)驗，預(yù)測西氣東輸二線堅持實施地質(zhì)災(zāi)害完整性管理，管道維護費用將會與管道的安傘水平達到新的平衡。
4．2第三方損壞管理效能分析
西氣東輸管道同溝敷設(shè)通訊光纜，外界施工導(dǎo)致管道通訊光纜中斷，同樣可能觸及管道使管道受損，同時，光纜中斷必然導(dǎo)致通訊中斷，具有不可隱瞞性。因此，在第三方損壞防控管理中，西氣東輸管道公司將光纜中斷作為第三方損壞完整性管理實施效果的直接評判依據(jù)。圖7、8分別為西氣東輸一線2009—2012年光纜損傷頻率趨勢圖和西氣東輸二線2011—2012年光纜損傷頻率柱狀圖。
圖7表明，西氣東輸一線管道斷纜頻率由2009年的7.1次／(1090km·a)降至2010年的l.8次／(1000km·a)，并呈逐年下降之勢，說明2009年開始逐步實施第三方損壞完整性管理工作后，施工機械等可能威脅管道安全的第三方施工次數(shù)顯著減少，管道安全水平逐步提高。由圖8可以看出，2011年西氣東輸二線投產(chǎn)運行初，在第三方損壞完整性管理指導(dǎo)下光纜中斷次數(shù)處于較低水平，并呈下降趨勢。
4．3 西氣東輸管道安全狀態(tài)分析
為了使管理關(guān)口前移，將非受控光纜損傷、管道大型搶險以及不可接受的腐蝕缺陷點次定義為管道可能損傷事件，提出管道可能損傷頻率的概念，即一定長度的管道在一定時間內(nèi)出現(xiàn)管道可能損傷事件的次數(shù)，計算得出2010—2012年西氣東輸管道可能損傷頻率為2.62次／(1000km·a)。據(jù)海因里希法則[17]推算得出管道可能失效頻率為0.087次／(1000km．a)，查閱資料發(fā)現(xiàn)同期EGIG統(tǒng)計歐洲輸氣管道事故失效頻率為0.162次／(1000km·a)。由此可見，西氣東輸管道線路地質(zhì)災(zāi)害、第三方施工及腐蝕控制管理取得了良好的效果[18]。
5 結(jié)論
1)國外管道完整性管理演化歷程表明，面向公共安全強制性要求的完整性管理是油氣管道完整性管理的發(fā)展方向。我國油氣管道完整性管理要朝公共安全方向發(fā)展不僅需要國內(nèi)民眾法律意識的提升，而且還需要油氣管道科研人員、企業(yè)在技術(shù)進步上做出不懈努力。
2)管道信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)是實施管道完整性管理的基礎(chǔ)。管道完整性管理的本質(zhì)是針對管道安全狀態(tài)的管理，運用IT技術(shù)建立管道完整性管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，收錄管道的設(shè)計信息、施工信息、材料信息、位置信息、圖形信息、地理信息、設(shè)備參數(shù)和運行信息等為實施完整性管理提供支持，這將是未來完整性管理工作的重點。
3)西氣東輸管道運行l0年持續(xù)低事故率的管理經(jīng)驗表明，完整性管理是管道行業(yè)行之有效的管理模式，是確保管道安全的重要手段。西氣東輸管道在完整性管理過程中取得的成效將對我國其他油氣管道的安全管理起到借鑒和示范的效果。
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本文作者：么惠全 毛建 吳志平 張照旭 趙冬野
作者單位：中國石油西氣東輸管道(銷售)公司
中國石油天然氣與管道分公司
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