含缺陷管道完整性評價的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

摘 要

摘要：本文總結(jié)了含缺陷管道完整性評價的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出完整性評價的數(shù)據(jù)收集工作應(yīng)從管道建設(shè)初期開始，貫穿于整個管道運(yùn)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(jié)了含缺陷管道完整性評價的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出完整性評價的數(shù)據(jù)收集工作應(yīng)從管道建設(shè)初期開始，貫穿于整個管道運(yùn)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(nèi)容包括剩余強(qiáng)度評價、剩余壽命預(yù)測和基于評價的合理維護(hù)維修建議；介紹了檢測數(shù)據(jù)及完整性評價結(jié)果與GIS(地理信息系統(tǒng))相結(jié)合的重要性。對進(jìn)一步加強(qiáng)完整性管理技術(shù)提出合理化建議。
關(guān)鍵詞：完整性；評價數(shù)據(jù)；剩余強(qiáng)度；評價剩余壽命；預(yù)測；GIS維護(hù)維修
1 引言
    含缺陷管道完整性評價是當(dāng)前世界各大管道公司采取的一項重要的完整性管理內(nèi)容。含缺陷管道完整性評價的目的是識別出對管道當(dāng)前和將來存在威脅的缺陷，保證管道安全，保證社會穩(wěn)定，保護(hù)環(huán)境，同時也要保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。簡單來講就是要同時兼顧管道的安全和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(lǐng)域取得了令人矚目的成績，并成功應(yīng)用于國內(nèi)外多條管線，本文將對實(shí)踐中得到的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行討論。
2 完善的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)收集應(yīng)從建設(shè)初期開始，貫穿于整個管道運(yùn)營過程。完整性評價數(shù)據(jù)涉及管道的設(shè)計、施工以及后期運(yùn)營等整個連續(xù)過程的內(nèi)容。完善的可利用的數(shù)據(jù)是進(jìn)行完整性評價工作的基礎(chǔ)，在整個評價過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。管道原始屬性數(shù)據(jù)和管道檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否將直接影響完整性評價的結(jié)果，從而干擾運(yùn)營者的決策，進(jìn)而對管道的安全運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
    管道原始屬性數(shù)據(jù)包括管材類型、管道直徑、管道壁厚、設(shè)計壓力，設(shè)計系數(shù)，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(shè)時期的數(shù)據(jù)包括鋼管的運(yùn)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(bǔ)口處的防腐方式等。運(yùn)營時期的數(shù)據(jù)主要包括投產(chǎn)時間、運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度、輸送介質(zhì)，在線檢測歷史以及管道運(yùn)營過程中是否出現(xiàn)間歇性停產(chǎn)或交替運(yùn)輸兩種以上介質(zhì)等等情況。這些數(shù)據(jù)都要一一調(diào)查，以備完整性評價使用。比如，某段管道，運(yùn)營時間不長即發(fā)現(xiàn)整個管段的FBE涂層發(fā)生剝離，已經(jīng)失去了對管道的保護(hù)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(tǒng)是否正常運(yùn)行，管道鋪設(shè)前防腐管的存放問題以及涂層的本身質(zhì)量和安裝質(zhì)量問題。這其中涉及到的具體數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性都會影響分析判斷的結(jié)果，從而影響合理的結(jié)論建議。
    管道檢測數(shù)據(jù)主要指對管道實(shí)施無損檢測得到的管道本身的一些特征數(shù)據(jù)及管體上存在的缺陷數(shù)據(jù)，其中管道缺陷的尺寸及位置等數(shù)據(jù)在進(jìn)行管道完整性評價時是必不可少的，主要用于剩余強(qiáng)度及剩余壽命的計算過程以及評價分析過程。
3 剩余強(qiáng)度評價
    剩余強(qiáng)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(shù)據(jù)依據(jù)。其中缺陷的尺寸數(shù)據(jù)是剩余強(qiáng)度評價的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)主要來源于管道智能檢測的結(jié)果，目前應(yīng)用廣泛的智能檢測技術(shù)包括漏磁檢測和超聲波檢測。
    依據(jù)缺陷的尺寸數(shù)據(jù)，通過力學(xué)計算公式，得到當(dāng)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(jìn)行比較，得到一個預(yù)估維修比，公式如下：
    ERF=MAOP/Psafe
公式(1)
    其中：ERF：預(yù)估維修比；
    MAOP：最大允許操作壓力；
    Psafe：缺陷處最大安全壓力。
    當(dāng)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(dāng)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(yù)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(qiáng)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(nèi)外認(rèn)可且應(yīng)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(shù)據(jù)，因此檢測公司已經(jīng)將這些評價方法與軟件相結(jié)合，應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，并收到了良好的效果。
4 剩余壽命預(yù)測
    剩余壽命預(yù)測主要是依據(jù)缺陷的動力學(xué)發(fā)展規(guī)律來預(yù)測含缺陷管道的剩余壽命。剩余壽命預(yù)測主要是預(yù)測管道的未來發(fā)展勢態(tài)，并根據(jù)預(yù)測的結(jié)果制定再檢測周期，并制定再檢測周期內(nèi)的維護(hù)維修計劃。
    剩余壽命預(yù)測本身是一個很復(fù)雜的分析過程，需要綜合多方面的數(shù)據(jù)依據(jù)。管材本身的剩余壽命預(yù)測，主要是基于腐蝕速率和剩余強(qiáng)度的計算，實(shí)際上，對于具體管線的剩余壽命，還應(yīng)當(dāng)考慮管線防腐層的有效保護(hù)壽命和緩蝕劑的有效保護(hù)壽命問題。
    剩余壽命預(yù)測主要依據(jù)缺陷生長速率的計算，缺陷發(fā)展速率的確定是一個重要環(huán)節(jié)，要準(zhǔn)確地預(yù)測缺陷的發(fā)展速率，需要首先明確缺陷的性質(zhì)類型，是腐蝕還是裂紋？或是疲勞？缺陷的類型不同，其發(fā)展規(guī)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(fù)雜性，目前并沒有可以依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。簡而易行的缺陷速率計算方法是基于兩次或多次檢測數(shù)據(jù)的對比。有時，如果只有一次在線檢測的結(jié)果數(shù)據(jù)，無法得到缺陷發(fā)展速率所有的必要數(shù)據(jù)，對于管道運(yùn)營歷史較長的管道可采用半壽命預(yù)測方法，增加預(yù)測的保守性，同時增加管道運(yùn)營的安全性。
5 提供維護(hù)維修建議
    完整性管理的最終目的是為了保證管道安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。因此，根據(jù)剩余強(qiáng)度和剩余壽命預(yù)測結(jié)果，結(jié)合管道的實(shí)際情況，可以分階段地制定一系列的維護(hù)維修計劃，并確定管道的再檢測周期及日常運(yùn)營管理的輔助措施，提供科學(xué)有效的運(yùn)營管理建議。
    目前，管道維護(hù)維修方法有很多種，打磨、補(bǔ)焊、鋼制套筒、復(fù)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(yīng)該綜合考慮管道當(dāng)前狀況以及維修的施工難度和施工風(fēng)險，并綜合考慮維修周期和經(jīng)濟(jì)成本。近年來，碳纖維復(fù)合材料套筒憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能以及便于安裝和低成本的優(yōu)勢，得到了廣大運(yùn)營公司的青睞，實(shí)際應(yīng)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(diǎn)和施工中應(yīng)注意的事項？這些問題目前都可以找到標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。國際管道研究委員會的PRCI L52047(管道修復(fù)手冊)標(biāo)準(zhǔn)就對以上問題做了詳細(xì)地解答，值得借鑒。
6 與GIS相結(jié)合
    將檢測數(shù)據(jù)和完整性評價結(jié)果與GIS(地理信息系統(tǒng))相結(jié)合，不但能充分地將管道屬性信息與地理數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，還能夠完美直觀地展示管道的評價結(jié)果，這一技術(shù)受到了廣大管道運(yùn)營者的認(rèn)可。
    中油管道檢測公司順應(yīng)時代潮流，勇于探索吸取新技術(shù)，新理念，開發(fā)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(yè)主公司的認(rèn)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(yīng)的管道檢測數(shù)據(jù)及其評價結(jié)果進(jìn)行緊密結(jié)合；支持文字、圖像、文檔及音視頻數(shù)據(jù)的查閱檢索；具有強(qiáng)大的地圖處理功能，可隨時對系統(tǒng)數(shù)據(jù)編輯、修改、實(shí)現(xiàn)地圖的無極縮放、漫游及圖層疊加，突出顯示重點(diǎn)信息，數(shù)據(jù)及屬性可視化；大部分?jǐn)?shù)據(jù)及屬性可與圖形對象(點(diǎn)、線、面)相關(guān)聯(lián)，靈活多樣的查詢、統(tǒng)計、輸出、按用戶需求生成專題圖及統(tǒng)計報表等功能。
    目前，檢測公司已將GIS系統(tǒng)應(yīng)用于蘇丹以及國內(nèi)等多條管線的報告當(dāng)中，并得到業(yè)主的廣泛認(rèn)可。
7 結(jié)論及建議
    完整性管理學(xué)科的發(fā)展日新月異，其涉及到的內(nèi)容繁多復(fù)雜，因此，無論是管道運(yùn)營者還是管道服務(wù)公司，都要不斷學(xué)習(xí)完善完整性管理知識，使這項現(xiàn)代化的學(xué)科更好地為人類服務(wù)。
    管道檢測服務(wù)公司應(yīng)該與管道運(yùn)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(shù)據(jù)的變更及保存情況，并最大程度地了解管道業(yè)主在完整性管理中的實(shí)際需求，使雙方在管道完整性管理的意義上達(dá)成共識，為管道完整性評價工作更好地應(yīng)用于管道日常管理中奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)，為管道事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
 
(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(shù)有限責(zé)任公司 河北廊坊 065000；2.中油管道科學(xué)研究院 河北廊坊 065000)