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管道完整性管理技術(shù)的最新發(fā)展如何?

時(shí)間: 2020-06-07 19:25:06 瀏覽次數：

近年來(lái),隨著(zhù)我國經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的不斷增加,管道里程迅速增長(cháng),且超過(guò)一半的管道在役時(shí)間為10 ~ 30年,處于事故多發(fā)期目前,國內外的管道管理已全而推進(jìn)完整性管理,保障了管道安全

近年來(lái),隨著(zhù)我國經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的不斷增加,管道里程迅速增長(cháng),且超過(guò)一半的管道在役時(shí)間為10 ~ 30年,處于事故多發(fā)期目前,國內外的管道管理已全而推進(jìn)完整性管理,保障了管道安全，通過(guò)運用包含數據采集,高后果區識別,鳳險評價(jià),完整性評價(jià),維修維護,效能評價(jià)的閉環(huán)管理體系,實(shí)現全面探知管道風(fēng)險,適時(shí)采取針對性維修維護措施。

　　在國外,兩年一次的IPC國際管道會(huì )議,通過(guò)全球同業(yè)人員的技術(shù)交流,充分體現了管道完整性管理的最新進(jìn)展,如對危險液體管道的完整性管理工作檢查,直接評價(jià)技,內檢測技術(shù)等。

　　一，對危險液體管道完整性管理工作的檢查早在2002年11月,美國國會(huì )通過(guò)了專(zhuān)門(mén)的日R。3609號法案——《管道安全增進(jìn)法》,并于2002年12月27日經(jīng)總統簽署后生效。

　　此法案要求管道運營(yíng)商在出現安全后果嚴重地區實(shí)施管道完整性管理計劃,按照管道長(cháng)度對管道進(jìn)行了分類(lèi):長(cháng)度超過(guò)804公里(500英里)的為一類(lèi)管道,長(cháng)度小于804公里(500英里)的為二類(lèi)管道。

　　1，檢查內容:根據《風(fēng)險管理示范綱要》《系統完整性檢測指導綱要》,以及API1160年《危險液體管道完整性管理》標準,對管道運營(yíng)商建立完整性管理體系的要求。

　　檢查內容包括:

　?、贆z查完整性管理方案的程序,執行情況和文檔編制:

　?、跈z查管道運營(yíng)商完成的完整性評價(jià):

　?、蹤z查內檢測結果及問(wèn)題識別;

　?、軝z查修復和減緩計劃:

　?、荽_認是否按法規要求的時(shí)間進(jìn)行修復;

　?、迿z查試壓記錄是否按聯(lián)邦法規49 cfr195執行,檢查運營(yíng)商對所有試驗失效的評估;

　?、叽_認預防和減緩措施是否得到執行;⑧檢查組進(jìn)一步對資產(chǎn),實(shí)際修復,直接評價(jià)及與完整性管理方案相關(guān)的內容進(jìn)行全面監督。

　　2，檢查結果:絕大多數管道運營(yíng)商已經(jīng)建立并執行了完整性管理體系,基本掌握了后果嚴重地區的管段,并按照規則要求,對這些地區進(jìn)行了完整性評價(jià)。

　　美國管道和危險物質(zhì)管理局(PHMSA)總結首輪檢查經(jīng)驗,就以下方面提出了改進(jìn)意見(jiàn):

　?、贁祿?。有效的數據整合是完整性管理的關(guān)鍵,目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些工具和方法,對不同類(lèi)型的數據進(jìn)行組合分析,但這方面的工作還處于開(kāi)始階段。

　?、趯葯z測結果的響應。部分運營(yíng)商沒(méi)有利用內檢測的結果進(jìn)行分析,未及時(shí)根據內檢測結果制訂并執行修復或減緩計劃,從其是要整合所有數據來(lái)恰當地評價(jià)管道風(fēng)險。

　?、茴A防和減緩措施。首輪檢查中發(fā)現許多正營(yíng)司躍王預防和政提措施的分析,包括對檢面能力及緊急情況處理能力的評估。在已經(jīng)開(kāi)始的第二輪檢查中,還未見(jiàn)到明顯的改進(jìn)。

　?、莩掷m的評估和評價(jià)。完成基線(xiàn)評價(jià)后,在如何合理確定周期評價(jià)的時(shí)間間隔方面,需要進(jìn)行進(jìn)一步研究,應著(zhù)重于分析運營(yíng)商進(jìn)行周期評價(jià)的實(shí)施效果。

　?、尥暾怨芾韺?shí)施細則.API 1160是完整性管理的通用標準,運營(yíng)商還應建立實(shí)施細則,以增強完整性管理的有效性。⑦完整性決策和分析的技術(shù)基礎。運營(yíng)商仍然沒(méi)有充分地利用歷史數據來(lái)決定風(fēng)險因素和再評價(jià);另外,對歷史數據不充分情況下的決策分析方法有待改進(jìn).PHMSA希望有更多的技術(shù)和方法,作為定整性決策和分析的基礎。

　?、嗤暾猿绦蛭募?。文件編制的完整性和質(zhì)量,是完整決策基礎缺乏足夠的重視。

　　二，直接評價(jià)技術(shù)的進(jìn)展內檢測,試壓,直接評價(jià)是管道完整性評價(jià)的三種主要方法。

　　盡管智能檢測器在不斷更新,但仍有許多管道不能使用內檢測設備。試壓法是針對-些特定管道的評價(jià)方法,但要求管道在停輸狀態(tài)下使用。對無(wú)法進(jìn)行內檢測和試壓的管道,可以選擇使用直接評價(jià)技術(shù)進(jìn)行完整性評價(jià)。與內檢測,試壓等傳統評價(jià)方法相比,直接評價(jià)具有成本低,易實(shí)施等特點(diǎn)。近年來(lái),許多管道運營(yíng)商在完整性管理方案中,已經(jīng)列人了直接評價(jià)技術(shù),如公在Gasunie幾家大公司司管轄的12000公里的高壓管道中,僅50%有適合進(jìn)行管道內檢測。

　　1，直接評價(jià)方法及相關(guān)技術(shù):直接評價(jià)是一種把管道的物理特性,操作歷史與管道的檢測,檢查結果結合起來(lái),采用不開(kāi)挖檢測技術(shù)(一般為地上或間接檢測),并根據檢測結果進(jìn)行開(kāi)挖和檢查,來(lái)確定管道完整性的方法一般分為預評價(jià)間接檢測直接檢查,后評價(jià)四個(gè)步驟；

①，預評價(jià)通過(guò)數據收集和分析,確定直接評價(jià)是否可行,劃分評價(jià)區域和選擇間接檢測工具。

②，間接檢測主要為地面檢測,目的是確定涂層缺陷嚴重程度,其他異常及管道上已發(fā)生或可能發(fā)生腐蝕的區域。

③，直接檢查。根據間接檢測結果的分析,來(lái)選擇開(kāi)挖點(diǎn)位置和數量,并在開(kāi)挖后對管道表面直接檢查。

④，后評價(jià)驗證直接評價(jià)方法的有效性,并確定下一次評價(jià)的時(shí)間間隔直接評價(jià)按照管道的威脅因素，分為外腐蝕直接評價(jià)(ECDA)內腐蝕直接評(ICDA)和應力腐蝕開(kāi)裂直接評價(jià)(SCCDA)ICDA方法分為三類(lèi),分別適用于干氣,濕氣和液體管道目前針對干氣的ICDA方法主要是應用流體力學(xué)模型,來(lái)識別電解液積聚導致的腐蝕，該方法已較為成熟,但評估濕氣和液體管道的ICDA方法,還有許多技術(shù)難題需要克服SCCDA方法的步驟與ECDA相似,重點(diǎn)是識別容易發(fā)生SCC的情況和評估可疑的管道系統，此方法適用于高pH值的鱗狀細胞癌(傳統SCC)和接近中性pH值的鱗狀細胞癌(新型鱗狀細胞癌)北美已建立應力腐蝕開(kāi)裂的直接評價(jià)方法,且針對應力腐蝕開(kāi)裂壓力試驗間隔時(shí)間的方法的研究也有了新的進(jìn)展，直接評價(jià)方法的實(shí)施,需要間接檢測方法作為技術(shù)支持。為提高檢測可靠性,美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )(NACE)要求運營(yíng)商使用兩種或更多間接檢測工具,以對檢測結果相互驗證。常用的間接檢測技術(shù)有直流電位梯度檢測技術(shù)(DCVG),密間隔電位檢測技術(shù)(CIPS),交流電流衰減技術(shù),電壓差技術(shù)等。

　　2，直接評價(jià)技術(shù)標準:ECDA,直流ICDA(干氣),wG -ICDA(濕氣)和SCCDA標準.ECDA標準已經(jīng)完成,已經(jīng)并人輸氣管道完整性管理規則中.ICDA和SCCDA標準一經(jīng)完成,也會(huì )并人該項規則。

　　3，專(zhuān)題研究工作:為加強完整性相關(guān)技術(shù)的研究,美國國會(huì )加大了對PHMSA管道安全研發(fā)項目的支持力度。專(zhuān)題研究包括實(shí)際效果研究,間接檢測設備應用效果,流體力學(xué)模型,直接評價(jià)的不確定性和可靠性,對實(shí)踐的總結等,具體有以下幾個(gè)方面:

　?、?，對ECDA和內檢測數據進(jìn)行對比,以對ECDA方法進(jìn)行驗證:通過(guò)實(shí)例論證NACE發(fā)布推薦的有效性對復合管光管,巖石區和其他難以進(jìn)行ECDA評價(jià)的情況進(jìn)行試驗對不適合進(jìn)行ECDA評價(jià)的條件進(jìn)行研究，針對難以進(jìn)行ECDA的區域開(kāi)發(fā)機器人系統。

　?、跈z查驗證DG - ICDA作為預測內腐蝕位置的方法,開(kāi)展對WG - ICDA的初步研究。

　?、墼u估導波技術(shù)的有效性,研究對遠距離超聲導波信號的增強及區域擴大可能性的評估:遠距離超聲導波與計算機終端的數據處理和通信系統結合技術(shù)加大地面檢測管壁金屬損失工具的研發(fā)力度,使之能與智能檢測器技術(shù)抗衡直接評價(jià)技術(shù)將不斷為現在難以評價(jià)的區域,提供改進(jìn)了的解決方案。直接評價(jià)不僅作為一種主要的評價(jià)工具,同時(shí)作為智能檢測器和試壓的輔助工具,將具有更加廣泛的應用前景。

　　三，內檢測技術(shù)的進(jìn)展及存在的問(wèn)題：

隨著(zhù)完整性管理的發(fā)展,需要精確可靠的檢測方法,為運營(yíng)商提供準確和可靠的數據,來(lái)執行先進(jìn)的完整性評價(jià)計劃和優(yōu)化方法;對內檢測器的精確性、可靠性,可重復性,可對比性,以及高分辨率等方面,提出了更高的要求。各種檢測技術(shù)不斷發(fā)展,應用各種原理的管道智能內檢測器不斷更新。內檢測技術(shù)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展,但仍然存在一些問(wèn)題。

　　1，裂紋內檢測技術(shù):

目前最適合于檢測裂紋的技術(shù)是超聲波方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠提供對管壁的定量檢測,具有較高的數據精度和置信度;缺點(diǎn)是需要耦合劑,應用于輸氣管道時(shí)較復雜。如德國羅森公司研發(fā)出一種新型高分辨率超聲波檢測器,它可有效和精確地檢測裂紋。這一新型檢測器已經(jīng)通過(guò)了工業(yè)試驗,可以判斷SCC,涂層剝落,其他裂紋缺陷,異常溝槽,人為缺陷等。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是借助電子聲波傳感器，代替了傳統的壓電傳感器，使超聲波能在種彈性導電介質(zhì)中得到激勵，不需要機械接觸或液體耦合。ROSEN 裂紋檢測器是適用于天然氣管道的超聲裂紋檢測器，其工具參數和檢測參數見(jiàn)圖1。

傳統的裂紋檢測器可檢測的裂紋長(cháng)度最小臨界值為 30mm。由表1-1可見(jiàn)，新型檢測器可檢測的裂紋長(cháng)度最小臨界值達到20mm。同時(shí)進(jìn)行金屬損失和裂紋的內檢測技術(shù):金屬損失和裂紋是管道的兩大主要缺陷，存在于管道的整個(gè)生命周期內。在現有技術(shù)條件下，普道運營(yíng)商必須分別使用金屬損失檢測器和裂紋檢測器，對管道的金屬損失和裂紋進(jìn)行檢測，這會(huì )花費巨大的精力和財力。

參數圖

　　該技術(shù)的特點(diǎn)是電子設施控制的超聲波柬允許一次通過(guò)檢測金屬損失和裂紋優(yōu)化的傳感器,超聲波束及大量的測量通道,實(shí)現了覆蓋整個(gè)管壁圓周的高分辨率可能感地探測小的凹陷和腐蝕造成的裂紋。

　　3，機械損傷檢測技術(shù)

　　機械損傷來(lái)自對管道表面的直接沖擊,包括巖石與管道的直接接觸,不適當的建設行為以及第三方挖掘等。有些損傷在未被發(fā)現情況下,會(huì )維持相當長(cháng)的時(shí)間,從而進(jìn)一步形成腐蝕或裂紋,有可能導致管道以后的失效。目前,機械損傷已經(jīng)成為導致管道失效的主要原因之一。管道運營(yíng)商希望通過(guò)使用適當的內檢測工具,可以檢測各種原因造成的,影響管道有效內徑的幾何異?，F象,并確定其程度和位置，漏磁技術(shù)應用于管道內檢測,已有超過(guò)40年的時(shí)間,一般用來(lái)探測腐蝕造成的金屬損失,是目前最適宜的腐蝕檢測技術(shù):由于漏磁技術(shù)被認為是最具有成本效率的內檢測方法,管道運營(yíng),商管理者和研發(fā)人員都希望提高漏磁技術(shù)檢測機械損傷的靈敏度,從而使漏磁檢測技術(shù)有效應用于機械損傷缺陷的識別目前該項工作有了以下新的進(jìn)展；

　?、俚聡_森公司開(kāi)發(fā)出用于內檢測器的新一代幾何傳感器。

　　可以提供高精度的管道內部輪廓的幾何數據,如能探測到的最小凹陷是4. 47毫米(0。176年)這種傳感器結合了非接觸遠距離測量法與測徑器手臂的優(yōu)勢，允許傳感器在高動(dòng)態(tài)運行載荷作用下工作該傳感器與導航器，高分辨率漏磁檢測技術(shù)相結合,推進(jìn)了機械損傷檢測工具的發(fā)展。
②加拿大BJ公司開(kāi)展了基于三軸漏磁信號識別凹陷特性的研究應用三軸漏磁工具檢測小凹陷(深度小于直徑的1%)的技術(shù)已經(jīng)有了重大進(jìn)展,其檢測能力已在現場(chǎng)挖掘中得到了驗證，該項技術(shù)目前具有國際領(lǐng)先水平。

　　四，，金屬損失檢測技術(shù)：

　　由于檢測器設計改進(jìn)，傳感技術(shù)、電子學(xué)和其他要素的發(fā)展，新型檢測工具已經(jīng)具有探測小缺陷的能力，預測的缺陷尺寸也更加精確，并通過(guò)多種途徑進(jìn)行了很大的改進(jìn)，如大多數低分辨率檢測器，測量漏磁場(chǎng)僅在單一方向，現在高分辨率檢測器的檢測范圍是兩個(gè)或是三個(gè)相互垂直的方向，取樣率、特定距離收集的數據樣本和時(shí)間間隔也大大增大，這類(lèi)高分辨率漏磁檢測器可識別的金屬損失特征有金屬增長(cháng)和金屬損失、復雜腐蝕情況、延長(cháng)的軸向缺陷、制造缺陷、建設缺陷、焊縫裂紋、四陷、折皺、圓鑿、圓周裂紋等。般認為凹陷、折皺等管道缺陷無(wú)法被 MFL識別，因此漏磁技術(shù)中關(guān)于非腐蝕特征的進(jìn)一步研究變得更加重要，這仍是目前漏磁技術(shù)研究的方向。

　　五，內檢測技術(shù)存在的問(wèn)題及發(fā)展方向:

　　經(jīng)過(guò)多年應用,內檢測技術(shù)已經(jīng)成為評估管道缺陷和確保管道完整性的首選技術(shù)。高分牌率的內檢測器(幾何,腐蝕,裂紋)可探測,定位,測量并顯示管壁上的異常,這些異?？梢员硎緸閹缀巫冃?凹陷,陽(yáng)肅,精圓變形,折皺,彎曲),腐蝕,裂紋和其他缺陷。內檢測器已經(jīng)從純粹的檢測工具轉變?yōu)橐粋€(gè)精確的測量手段,目前面臨的問(wèn)題如下；

　?、俟艿罍y量的目標處在一個(gè)復雜,連續,變化的內部環(huán)境(壓力,溫度,腐蝕等)和外部環(huán)境(周?chē)寥?腐蝕,第三方干擾等)。

　?、趦葯z測器運行過(guò)程中,其關(guān)鍵部件可能會(huì )失效,但無(wú)法及時(shí)更換。

　?、壑悄軝z測器的運行參數并不穩定,如速率、磁場(chǎng),以及檢州期間傳感器故障影響。

　?、軐?shí)際存在的缺陷數量大于被內檢測器檢測到的數量,缺陷的實(shí)際大小一般大于內檢測器給出的數據。

　?、輨?chuàng )建一個(gè)內檢測方法對比標準非常困難。

　　六、分析以上情況內檢測技術(shù)應該在以下方面進(jìn)行改進(jìn)

　?、傩枰M(jìn)步改進(jìn)內檢測器的基本原理和技術(shù),以改進(jìn)現有內檢測技術(shù)存在的未探測到,低估危險及錯誤辨識等方面的性能。

　?、趯葯z測數據進(jìn)行整體的統計分析,確定內檢測遺漏和錯誤辨識的缺陷的缺陷的數量，尺寸和位置，評價(jià)內檢測器檢測到的缺陷的實(shí)際數量和尺寸。

　?、蹖Ω鞣N內檢測數據的差異進(jìn)行對比分析,以對測量錯誤進(jìn)行歸納,驗證檢測器,現場(chǎng)和計算機數據。

　　由于近年互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,加速了管道數據庫的建立和發(fā)展,如新的世紀軟件、GeoFields鷹信息映射等技術(shù)服務(wù)公司,實(shí)現了基于GIS的數據編輯,維護軟件產(chǎn)品,為大型管道企業(yè)建立了管道數據庫,并收集了大量相關(guān)內檢測,腐蝕事故,應力腐蝕等完整性數據。又如在美國,利益相關(guān)方基于NIPPfrastructare保護計劃)設計的合作模式,構建了npm(國家管道映射系統)管道數據庫,收集了管道位置,應急資源等信息。

　　在國內,主要依托企業(yè)內部技術(shù)研發(fā)機構開(kāi)展信息化建設。建立管道完整性數據模型PIDM(管道完整性數據模型),形成從管道設計,建設到運維等不同階段的管道完整性數據庫。促進(jìn)了評價(jià)由定性經(jīng)過(guò)半定量到定量的發(fā)展,實(shí)現了宏觀(guān)粗放型管理到微觀(guān)精細化管理的進(jìn)步,如精準,科學(xué)地修復每一個(gè)管道缺陷,較為科學(xué),合理地得出管道使用或判廢的結論等。

　　數據庫的建立，進(jìn)一步促進(jìn)了各項評價(jià)管理技術(shù)的發(fā)展，形成了良好的管理生態(tài)，如半定量的專(zhuān)家打分法與完整性數據庫結合，促進(jìn)了評價(jià)準確度和精細度的提高站場(chǎng)完整性管理技術(shù)、大型管網(wǎng)可靠性管理技術(shù)也已經(jīng)成為當前的研究重點(diǎn)，新技術(shù)的發(fā)展突破了線(xiàn)性資產(chǎn)管理的范圍，需要事件數據、臺套數據的支持。

　　另外，對完整性數據管理而言，還需要支持復雜數據對象管理、實(shí)時(shí)數據接口管理等，今后發(fā)展方向，如移動(dòng)智能終端，同時(shí)結合通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息發(fā)布、應急搶險、設備管理、移動(dòng)巡檢等數據的交換應用，從而實(shí)現對管道維護資源的優(yōu)化配置及全過(guò)程管控，為管道企業(yè)安全運營(yíng)和降本增效提供巨大幫助。

　　又如云計算，如在長(cháng)輸管道上借助云計算技術(shù)，實(shí)現基于云化資源對內檢測信號等數據的集中統一管理和發(fā)布，最終實(shí)現整合資源。提高系統可靠性、降低系統投資與維護成本的目標，更好地為長(cháng)輸管道完整性管理服務(wù)。還有管道物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用,主要集中在移動(dòng)辦公,人員防護等方面,應用的業(yè)務(wù)領(lǐng)域有站場(chǎng),閥室設施狀態(tài)監測,地質(zhì)災害監測,陰保數據采集等。

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