含缺陷管道完整性評價的實踐經驗

摘 要

摘要：本文總結了含缺陷管道完整性評價的一些實踐經驗，提出完整性評價的數據收集工作應從管道建設初期開始，貫穿于整個管道運營過程；并討論完整性管理的重要組成部分，即含缺陷管道
摘要：本文總結了含缺陷管道完整性評價的一些實踐經驗，提出完整性評價的數據收集工作應從管道建設初期開始，貫穿于整個管道運營過程；并討論完整性管理的重要組成部分，即含缺陷管道的完整性評價，具體內容包括剩余強度評價、剩余壽命預測和基于評價的合理維護維修建議；介紹了檢測數據及完整性評價結果與GIS(地理信息系統)相結合的重要性。對進一步加強完整性管理技術提出合理化建議。
關鍵詞：完整性；評價數據；剩余強度；評價剩余壽命；預測；GIS維護維修
1 引言
    含缺陷管道完整性評價是當前世界各大管道公司采取的一項重要的完整性管理內容。含缺陷管道完整性評價的目的是識別出對管道當前和將來存在威脅的缺陷，保證管道安全，保證社會穩定，保護環境，同時也要保證企業的經濟效益。簡單來講就是要同時兼顧管道的安全和企業的經濟效益。中油管道檢測公司目前在含缺陷管道的完整性管理領域取得了令人矚目的成績，并成功應用于國內外多條管線，本文將對實踐中得到的一些經驗進行討論。
2 完善的數據是含缺陷管道完整性評價的基石
    含缺陷管道完整性評價數據收集應從建設初期開始，貫穿于整個管道運營過程。完整性評價數據涉及管道的設計、施工以及后期運營等整個連續過程的內容。完善的可利用的數據是進行完整性評價工作的基礎，在整個評價過程中發揮著至關重要的作用。管道原始屬性數據和管道檢測數據的準確與否將直接影響完整性評價的結果，從而干擾運營者的決策，進而對管道的安全運營產生嚴重的影響。
    管道原始屬性數據包括管材類型、管道直徑、管道壁厚、設計壓力，設計系數，MAOP(最大允許安全操作壓力)，防腐形式以及出廠記錄等等。建設時期的數據包括鋼管的運輸過程記錄、存放過程記錄、以及施工過程記錄，管道焊接類型，補口處的防腐方式等。運營時期的數據主要包括投產時間、運行壓力、運行溫度、輸送介質，在線檢測歷史以及管道運營過程中是否出現間歇性停產或交替運輸兩種以上介質等等情況。這些數據都要一一調查，以備完整性評價使用。比如，某段管道，運營時間不長即發現整個管段的FBE涂層發生剝離，已經失去了對管道的保護作用。完整性評價人員在分析原因的時候，提出很多問題，包括陰保系統是否正常運行，管道鋪設前防腐管的存放問題以及涂層的本身質量和安裝質量問題。這其中涉及到的具體數據，包括管道的陰保電位值、鋼管存放形式和時間、涂層施工溫度及方法等等，這些數據的準確性都會影響分析判斷的結果，從而影響合理的結論建議。
    管道檢測數據主要指對管道實施無損檢測得到的管道本身的一些特征數據及管體上存在的缺陷數據，其中管道缺陷的尺寸及位置等數據在進行管道完整性評價時是必不可少的，主要用于剩余強度及剩余壽命的計算過程以及評價分析過程。
3 剩余強度評價
    剩余強度評價是完整性評價中一項重要的組成部分，為管道的維修、提壓或降壓提供了數據依據。其中缺陷的尺寸數據是剩余強度評價的基礎，這些數據主要來源于管道智能檢測的結果，目前應用廣泛的智能檢測技術包括漏磁檢測和超聲波檢測。
    依據缺陷的尺寸數據，通過力學計算公式，得到當前含缺陷管道的安全承壓能力，將管道的最大允許操作壓力MAOP與計算得到的缺陷處最大安全壓力進行比較，得到一個預估維修比，公式如下：
    ERF=MAOP/Psafe
公式(1)
    其中：ERF：預估維修比；
    MAOP：最大允許操作壓力；
    Psafe：缺陷處最大安全壓力。
    當ERF大于1時，說明管道上的缺陷是不可接受的，即缺陷處最大安全壓力不能滿足最大允許操作壓力的要求，需要立即維修或替換；當ERF小于等于1時，說明管道上的缺陷是可以接受的，即缺陷處最大安全壓力能夠滿足最大允許操作壓力的要求。預估維修比是確定缺陷是否需要立即維修的主要參考。
    目前有很多的剩余強度評價方法可供選擇使用，其中中油管道檢測公司擁有國內外認可且應用比較廣泛的方法有Shell-92、ASME B31G、RSTRENG、DNV RP F101。由于評價過程往往涉及大量的數據，因此檢測公司已經將這些評價方法與軟件相結合，應用于實踐當中，并收到了良好的效果。
4 剩余壽命預測
    剩余壽命預測主要是依據缺陷的動力學發展規律來預測含缺陷管道的剩余壽命。剩余壽命預測主要是預測管道的未來發展勢態，并根據預測的結果制定再檢測周期，并制定再檢測周期內的維護維修計劃。
    剩余壽命預測本身是一個很復雜的分析過程，需要綜合多方面的數據依據。管材本身的剩余壽命預測，主要是基于腐蝕速率和剩余強度的計算，實際上，對于具體管線的剩余壽命，還應當考慮管線防腐層的有效保護壽命和緩蝕劑的有效保護壽命問題。
    剩余壽命預測主要依據缺陷生長速率的計算，缺陷發展速率的確定是一個重要環節，要準確地預測缺陷的發展速率，需要首先明確缺陷的性質類型，是腐蝕還是裂紋？或是疲勞？缺陷的類型不同，其發展規律也千差萬別，因此不可同一而論。由于缺陷生長速率分析的復雜性，目前并沒有可以依據的標準。簡而易行的缺陷速率計算方法是基于兩次或多次檢測數據的對比。有時，如果只有一次在線檢測的結果數據，無法得到缺陷發展速率所有的必要數據，對于管道運營歷史較長的管道可采用半壽命預測方法，增加預測的保守性，同時增加管道運營的安全性。
5 提供維護維修建議
    完整性管理的最終目的是為了保證管道安全經濟地運行。因此，根據剩余強度和剩余壽命預測結果，結合管道的實際情況，可以分階段地制定一系列的維護維修計劃，并確定管道的再檢測周期及日常運營管理的輔助措施，提供科學有效的運營管理建議。
    目前，管道維護維修方法有很多種，打磨、補焊、鋼制套筒、復合材料套筒以及換管等等。這些維修方法各有利弊，在制定維修方案時應該綜合考慮管道當前狀況以及維修的施工難度和施工風險，并綜合考慮維修周期和經濟成本。近年來，碳纖維復合材料套筒憑借其優異的力學性能以及便于安裝和低成本的優勢，得到了廣大運營公司的青睞，實際應用也越來越普遍。
    對于各種類型的缺陷適用什么樣的維修方法？以及各種維修方法的特點和施工中應注意的事項？這些問題目前都可以找到標準依據。國際管道研究委員會的PRCI L52047(管道修復手冊)標準就對以上問題做了詳細地解答，值得借鑒。
6 與GIS相結合
    將檢測數據和完整性評價結果與GIS(地理信息系統)相結合，不但能充分地將管道屬性信息與地理數據緊密結合，還能夠完美直觀地展示管道的評價結果，這一技術受到了廣大管道運營者的認可。
    中油管道檢測公司順應時代潮流，勇于探索吸取新技術，新理念，開發了基于GIS平臺的用戶化報告，提升自身價值的同時，也贏得了業主公司的認可和信任。
    檢測公司基于GIS的可視化報告軟件，能夠把管道及管道周圍重要的地理或圖形對象與對應的管道檢測數據及其評價結果進行緊密結合；支持文字、圖像、文檔及音視頻數據的查閱檢索；具有強大的地圖處理功能，可隨時對系統數據編輯、修改、實現地圖的無極縮放、漫游及圖層疊加，突出顯示重點信息，數據及屬性可視化；大部分數據及屬性可與圖形對象(點、線、面)相關聯，靈活多樣的查詢、統計、輸出、按用戶需求生成專題圖及統計報表等功能。
    目前，檢測公司已將GIS系統應用于蘇丹以及國內等多條管線的報告當中，并得到業主的廣泛認可。
7 結論及建議
    完整性管理學科的發展日新月異，其涉及到的內容繁多復雜，因此，無論是管道運營者還是管道服務公司，都要不斷學習完善完整性管理知識，使這項現代化的學科更好地為人類服務。
    管道檢測服務公司應該與管道運營公司多多溝通交流，以便最大程度地了解完整性評價所需數據的變更及保存情況，并最大程度地了解管道業主在完整性管理中的實際需求，使雙方在管道完整性管理的意義上達成共識，為管道完整性評價工作更好地應用于管道日常管理中奠定堅實的基礎，為管道事業的發展做出貢獻。
 
(本文作者：付桂英1 郭瑞杰1 周春1 李彥春2 1.中油管道檢測技術有限責任公司 河北廊坊 065000；2.中油管道科學研究院 河北廊坊 065000)