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「干货」天然气管道完整性

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1 前言

管道完整性管理的最大特点是变更后的响应,使管道始终处于控制状态,满足政府对城市燃气管道安全的监督要求,完善的管道完整性管理手段也可以降低泄漏维修和环保措施的成本。

美国于2001年11月颁布ASME B31.8S2002年12月,美国参议院通过了《2002-管道安全改进法》,完善了国家管道安全法-行政部门法规-规范制度,进入依法实施阶段。

在国外管道完整性管理过程已取得了巨大的经济效益和社会效益,西欧17国现役长距离输油气管道,泄漏事故率已从40年前的1.2次/103 km?a下降至2000年的0.25次/103 km? a,每年泄漏次数下降30%;意大利SNAM公司实施管道完整性管理策略,使系统保持高安全性和低成本,节省维护成本的三分之一。

图1 管道腐蚀失效

2000年4月,中国发布了《石油天然气管道安全监督管理条例》,明确了油气管道系统的安全监督管理规则。陕京输气管道、西气东输干线、陕京二线等项目实施了完整的管理。2015年颁布GB 32167-2015 《油气输送管道完整性管理规范》。城市燃气管网完整性管理实践刚刚起步。

2 管道完整性管理的基本概念

2.1 管道完整性(Pipeline Integrity)概念

管道完整性是指管道始终处于完全可靠的服务状态。其内涵包括三个方面:

① 管道物理和功能完整;

② 管道始终处于受控状态;

③ 管道运营商已经并将继续采取措施防止故障事故。

2.2 管道完整性管理(Pipeline Integrity Management)概念

管道完整性管理是指通过风险评估、内外检测规划、完整性评估、腐蚀控制、维修计划、管道维修等一系列工作,将管道恢复到设计水平。

2.3 管道完整性管理的技术内涵

管道完整性管理由以下步骤组成,形成闭环系统:

① 识别和分类潜在危险因素;

②采集、整合和分析数据;

③风险评价;

④完整性评价(基于风险检测);

⑤决策、响应和反馈完整性评价结果。

如图2所示:

图2 管道完整性管理流程图

2.4 管道完整性管理的基本步骤

2.4.1 准备阶段(第一阶段)

(1)根据客观情况划分管段,确定故障类型

天然气管道的9大类22小类失效类型,如表1所示。

表1 天然气管道故障原因

(2)对各管道进行评价,总结结果,确定需要优先考虑的管段和关键预防的故障类型。对于燃气管道,第三方损坏、操作不当、设计缺陷和腐蚀是需要预防的有效类型。

(3)收集管道完整性管理数据,包括管道原施工图及监测记录、管道资质证书、制造设备技术数据、管道设计及工程报告、管道调查试验报告、管道监测计划、运行管理计划、应急处理计划、事故报告、技术评价报告、操作规范及相应的工业标准。

2.4.2 风险评估阶段(第二阶段)

利用风险评估获得不同管段的风险指标和不同故障原因的风险指标,比较结果,确定需要优先考虑管道完整性评估的管段区域和故障原因。目前,城市燃气系统风险评估方法分为定性风险评估、定量风险评估和半定量风险评估。

2.4.3 完整性评价阶段(第三阶段)

(1)管道检测技术

①内检测技术

管道内部检测是指检测仪器进入管道,通过管道,沿途进行实时检测,记录测量结果,并提供一套完整的数据来描述管壁的状态。该检测方法准确、直观地获取数据,对了解管道腐蚀状况、评估管道寿命、确定腐蚀抑制计划具有重要意义。该检测方法适用于城市燃气高压环干管的检测。

「干货」天然气管道完整性

管道中可检测到的缺陷可分为三类:

a. 异常几何形状(凹陷、椭圆变形、位移等):测径器;

b. 金属损失(腐蚀、划伤等):漏磁(MFL)技术、超声波检测器;

c. 裂纹(疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹等。):超声波检测器、弹性波检测器和电磁声能检测器。

②外部检测技术(直接评估技术)

外部检测技术主要是外部腐蚀危险的直接评价方法(ECDA)直接评价内腐蚀危险的方法(ICDA)。适用于城市燃气高、中压管道,主要采用外腐蚀危险的直接评价方法。

a. 外腐蚀直接评价方法是评价管段外腐蚀风险和管段完整性。采用无开挖检测技术(一般为地面或间接检测)评价防腐效果,包括管中电流法、直流电位梯度法、密度间距电位法、皮尔逊检测法等外防腐层检测技术。

图3(Pearson)

图4(DCVG)

b. 内腐蚀直接评价方法可用于评价通常输送干气,但可能短期接触水分或游离水(或其他电解质)的输气管道完整性。超声波、射线等无损检测技术在开挖过程中检测管道缺陷。

③试压

压力试验是行业长期认可的管道完整性验证方法。它是确保管道完整性运行的有效方法之一,可以随着时间的推移检测到普遍腐蚀、疲劳、腐蚀疲劳和疲劳裂纹等缺陷。该完整性评价方法可包括强度试验和严密性试验,对在役城市的燃气管道有一定的局限性。

根据城市燃气管网的特点,采用外腐蚀直接评价的方法对高风险区域管段进行检测。表2介绍了几种外防腐层检测方法。

比较几种常用的外腐直接评价方法的特点

图5 PCM+A支架测量法

(2)缺陷管道适用性评价

对于通过管道检测技术发现的管道缺陷,应评估缺陷管道的适用性,包括缺陷管道剩余强度评估和剩余寿命预测。

①缺陷管剩余强度评价

缺陷管道剩余强度评价标准SY/T 6151-2009标准、AGA NG-18、ASME B31等。

剩余强度评价的缺陷类型包括五类:a. 体积缺陷:如局部沟槽腐蚀缺陷、片状腐蚀缺陷、局部抛光缺陷等;b. 平面缺陷:即裂纹缺陷,包括未熔化缺陷、未渗透缺陷、焊接裂纹、疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹和氢宏观裂纹;c. 弥散损伤缺陷:包括点腐蚀缺陷、表面氢鼓泡和氢微裂纹;d. 几何缺陷:包括焊缝错边、焊缝撅嘴、管体不圆、壁厚不均等缺陷;e. 机械损坏缺陷:主要由管道施工意外损坏和施工、农民耕地、人为损坏等原因造成。缺陷类型包括表面坑、槽和 槽。

图6 腐蚀缺陷点

②预测剩余寿命

燃气管道剩余寿命的评价是管道安全评价的重要组成部分,直接关系到管道检测、维护和更换周期的确定。

预测剩余寿命的方法一般包括两种:一种是基于现场检测和监测积累的数据;另一种是模拟实验室管道服务环境中的缺陷增长规律,通过模拟试验获得缺陷的动态发展规律,然后预测管道的剩余寿命。

图7 防腐层损坏导致阴保失效

2.4.4 维修、调整、制定预防措施、确定再评价间隔(第四阶段)

消除或减缓检测中发现的安全隐患,通过管道维护、运行条件调整和预防措施提高管道安全性,是对检测评价的响应。

重新评估周期主要根据维护标准、维护数量和预防措施的有效性来确定。基本原则是,从本次维护后的残余缺陷到下一个周期的完整性余缺陷不会发展为危险缺陷。

3 小结

(1)燃气管道完整性管理已成为管道工程领域研究的热点。

(2)管道完整性管理是将被动管理变为主动管理响应提前检测预防,使管道始终处于控制状态,可采取有计划、有针对性的维护措施,防止管道故障或事故。

(3)将管道大修费用投入到最需要的地方,避免部分管道过度维修或欠维修,从而最大限度地节约成本。

(4)燃气管道完整性管理过程是周期循环和持续改进的,从而使管道处于良好的运行状态,对延长管道寿命期的作用不言而喻。


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