近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的不斷增加,管道里程迅速增長,且超過一半的管道在役時(shí)間為10 ~ 30年,處于事故多發(fā)期目前,國內(nèi)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,隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的不斷增加,管道里程迅速增長,且超過一半的管道在役時(shí)間為10 ~ 30年,處于事故多發(fā)期目前,國內(nèi)外的管道管理已全而推進(jìn)完整性管理,保障了管道安全,通過運(yùn)用包含數(shù)據(jù)采集,高后果區(qū)識別,鳳險(xiǎn)評價(jià),完整性評價(jià),維修維護(hù),效能評價(jià)的閉環(huán)管理體系,實(shí)現(xiàn)全面探知管道風(fēng)險(xiǎn),適時(shí)采取針對性維修維護(hù)措施。
在國外,兩年一次的IPC國際管道會議,通過全球同業(yè)人員的技術(shù)交流,充分體現(xiàn)了管道完整性管理的最新進(jìn)展,如對危險(xiǎn)液體管道的完整性管理工作檢查,直接評價(jià)技,內(nèi)檢測技術(shù)等。
一,對危險(xiǎn)液體管道完整性管理工作的檢查早在2002年11月,美國國會通過了專門的日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(tǒng)簽署后生效。
此法案要求管道運(yùn)營商在出現(xiàn)安全后果嚴(yán)重地區(qū)實(shí)施管道完整性管理計(jì)劃,按照管道長度對管道進(jìn)行了分類:長度超過804公里(500英里)的為一類管道,長度小于804公里(500英里)的為二類管道。
1,檢查內(nèi)容:根據(jù)《風(fēng)險(xiǎn)管理示范綱要》《系統(tǒng)完整性檢測指導(dǎo)綱要》,以及API1160年《危險(xiǎn)液體管道完整性管理》標(biāo)準(zhǔn),對管道運(yùn)營商建立完整性管理體系的要求。
檢查內(nèi)容包括:
①檢查完整性管理方案的程序,執(zhí)行情況和文檔編制:
?、跈z查管道運(yùn)營商完成的完整性評價(jià):
?、蹤z查內(nèi)檢測結(jié)果及問題識別;
?、軝z查修復(fù)和減緩計(jì)劃:
?、荽_認(rèn)是否按法規(guī)要求的時(shí)間進(jìn)行修復(fù);
?、迿z查試壓記錄是否按聯(lián)邦法規(guī)49 cfr195執(zhí)行,檢查運(yùn)營商對所有試驗(yàn)失效的評估;
?、叽_認(rèn)預(yù)防和減緩措施是否得到執(zhí)行;⑧檢查組進(jìn)一步對資產(chǎn),實(shí)際修復(fù),直接評價(jià)及與完整性管理方案相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行全面監(jiān)督。
2,檢查結(jié)果:絕大多數(shù)管道運(yùn)營商已經(jīng)建立并執(zhí)行了完整性管理體系,基本掌握了后果嚴(yán)重地區(qū)的管段,并按照規(guī)則要求,對這些地區(qū)進(jìn)行了完整性評價(jià)。
美國管道和危險(xiǎn)物質(zhì)管理局(PHMSA)總結(jié)首輪檢查經(jīng)驗(yàn),就以下方面提出了改進(jìn)意見:
?、贁?shù)據(jù)整合。有效的數(shù)據(jù)整合是完整性管理的關(guān)鍵,目前已經(jīng)開發(fā)了一些工具和方法,對不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析,但這方面的工作還處于開始階段。
②對內(nèi)檢測結(jié)果的響應(yīng)。部分運(yùn)營商沒有利用內(nèi)檢測的結(jié)果進(jìn)行分析,未及時(shí)根據(jù)內(nèi)檢測結(jié)果制訂并執(zhí)行修復(fù)或減緩計(jì)劃,從其是要整合所有數(shù)據(jù)來恰當(dāng)?shù)卦u價(jià)管道風(fēng)險(xiǎn)。
?、茴A(yù)防和減緩措施。首輪檢查中發(fā)現(xiàn)許多正營司躍王預(yù)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)開始的第二輪檢查中,還未見到明顯的改進(jìn)。
?、莩掷m(xù)的評估和評價(jià)。完成基線評價(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(yīng)著重于分析運(yùn)營商進(jìn)行周期評價(jià)的實(shí)施效果。
?、尥暾怨芾韺?shí)施細(xì)則.API 1160是完整性管理的通用標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)營商還應(yīng)建立實(shí)施細(xì)則,以增強(qiáng)完整性管理的有效性。⑦完整性決策和分析的技術(shù)基礎(chǔ)。運(yùn)營商仍然沒有充分地利用歷史數(shù)據(jù)來決定風(fēng)險(xiǎn)因素和再評價(jià);另外,對歷史數(shù)據(jù)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(chǔ)。
?、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(chǔ)缺乏足夠的重視。
二,直接評價(jià)技術(shù)的進(jìn)展內(nèi)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(nèi)檢測設(shè)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。對無法進(jìn)行內(nèi)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(nèi)檢測,試壓等傳統(tǒng)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,許多管道運(yùn)營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(nèi)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(jié)果結(jié)合起來,采用不開挖檢測技術(shù)(一般為地上或間接檢測),并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行開挖和檢查,來確定管道完整性的方法一般分為預(yù)評價(jià)間接檢測直接檢查,后評價(jià)四個步驟;
①,預(yù)評價(jià)通過數(shù)據(jù)收集和分析,確定直接評價(jià)是否可行,劃分評價(jià)區(qū)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(yán)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(qū)域。
③,直接檢查。根據(jù)間接檢測結(jié)果的分析,來選擇開挖點(diǎn)位置和數(shù)量,并在開挖后對管道表面直接檢查。
④,后評價(jià)驗(yàn)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(nèi)腐蝕直接評(ICDA)和應(yīng)力腐蝕開裂直接評價(jià)(SCCDA)ICDA方法分為三類,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(yīng)用流體力學(xué)模型,來識別電解液積聚導(dǎo)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(tǒng),此方法適用于高pH值的鱗狀細(xì)胞癌(傳統(tǒng)SCC)和接近中性pH值的鱗狀細(xì)胞癌(新型鱗狀細(xì)胞癌)北美已建立應(yīng)力腐蝕開裂的直接評價(jià)方法,且針對應(yīng)力腐蝕開裂壓力試驗(yàn)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(NACE)要求運(yùn)營商使用兩種或更多間接檢測工具,以對檢測結(jié)果相互驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn):ECDA,直流ICDA(干氣),wG -ICDA(濕氣)和SCCDA標(biāo)準(zhǔn).ECDA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成,已經(jīng)并人輸氣管道完整性管理規(guī)則中.ICDA和SCCDA標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)完成,也會并人該項(xiàng)規(guī)則。
3,專題研究工作:為加強(qiáng)完整性相關(guān)技術(shù)的研究,美國國會加大了對PHMSA管道安全研發(fā)項(xiàng)目的支持力度。專題研究包括實(shí)際效果研究,間接檢測設(shè)備應(yīng)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(jié)等,具體有以下幾個方面:
?、?,對ECDA和內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,以對ECDA方法進(jìn)行驗(yàn)證:通過實(shí)例論證NACE發(fā)布推薦的有效性對復(fù)合管光管,巖石區(qū)和其他難以進(jìn)行ECDA評價(jià)的情況進(jìn)行試驗(yàn)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(qū)域開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)。
?、跈z查驗(yàn)證DG - ICDA作為預(yù)測內(nèi)腐蝕位置的方法,開展對WG - ICDA的初步研究。
③評估導(dǎo)波技術(shù)的有效性,研究對遠(yuǎn)距離超聲導(dǎo)波信號的增強(qiáng)及區(qū)域擴(kuò)大可能性的評估:遠(yuǎn)距離超聲導(dǎo)波與計(jì)算機(jī)終端的數(shù)據(jù)處理和通信系統(tǒng)結(jié)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(xiàn)在難以評價(jià)的區(qū)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(yīng)用前景。
三,內(nèi)檢測技術(shù)的進(jìn)展及存在的問題:
隨著完整性管理的發(fā)展,需要精確可靠的檢測方法,為運(yùn)營商提供準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù),來執(zhí)行先進(jìn)的完整性評價(jià)計(jì)劃和優(yōu)化方法;對內(nèi)檢測器的精確性、可靠性,可重復(fù)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(yīng)用各種原理的管道智能內(nèi)檢測器不斷更新。內(nèi)檢測技術(shù)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展,但仍然存在一些問題。
1,裂紋內(nèi)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(shù)據(jù)精度和置信度;缺點(diǎn)是需要耦合劑,應(yīng)用于輸氣管道時(shí)較復(fù)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)通過了工業(yè)試驗(yàn),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(tǒng)的壓電傳感器,使超聲波能在種彈性導(dǎo)電介質(zhì)中得到激勵, 不需要機(jī)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(shù)和檢測參數(shù)見圖1。
傳統(tǒng)的裂紋檢測器可檢測的裂紋長度最小臨界值為 30mm。由表1-1可見,新型檢測器可檢測的裂紋長度最小臨界值達(dá)到20mm。同時(shí)進(jìn)行金屬損失和裂紋的內(nèi)檢測技術(shù):金屬損失和裂紋是管道的兩大主要缺陷,存在于管道的整個生命周期內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下,普道運(yùn)營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,這會花費(fèi)巨大的精力和財(cái)力。
該技術(shù)的特點(diǎn)是電子設(shè)施控制的超聲波柬允許一次通過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(xiàn)了覆蓋整個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(jī)械損傷檢測技術(shù)
機(jī)械損傷來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(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)行為以及第三方挖掘等。有些損傷在未被發(fā)現(xiàn)情況下,會維持相當(dāng)長的時(shí)間,從而進(jìn)一步形成腐蝕或裂紋,有可能導(dǎo)致管道以后的失效。目前,機(jī)械損傷已經(jīng)成為導(dǎo)致管道失效的主要原因之一。管道運(yùn)營商希望通過使用適當(dāng)?shù)膬?nèi)檢測工具,可以檢測各種原因造成的,影響管道有效內(nèi)徑的幾何異?,F(xiàn)象,并確定其程度和位置,漏磁技術(shù)應(yīng)用于管道內(nèi)檢測,已有超過40年的時(shí)間,一般用來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(rèn)為是最具有成本效率的內(nèi)檢測方法,管道運(yùn)營,商管理者和研發(fā)人員都希望提高漏磁技術(shù)檢測機(jī)械損傷的靈敏度,從而使漏磁檢測技術(shù)有效應(yīng)用于機(jī)械損傷缺陷的識別目前該項(xiàng)工作有了以下新的進(jìn)展;
①德國羅森公司開發(fā)出用于內(nèi)檢測器的新一代幾何傳感器。
可以提供高精度的管道內(nèi)部輪廓的幾何數(shù)據(jù),如能探測到的最小凹陷是4. 47毫米(0。176年)這種傳感器結(jié)合了非接觸遠(yuǎn)距離測量法與測徑器手臂的優(yōu)勢,允許傳感器在高動態(tài)運(yùn)行載荷作用下工作該傳感器與導(dǎo)航器,高分辨率漏磁檢測技術(shù)相結(jié)合,推進(jìn)了機(jī)械損傷檢測工具的發(fā)展。
②加拿大BJ公司開展了基于三軸漏磁信號識別凹陷特性的研究應(yīng)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(xiàn)場挖掘中得到了驗(yàn)證,該項(xiàng)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(shè)計(jì)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(yù)測的缺陷尺寸也更加精確,并通過多種途徑進(jìn)行了很大的改進(jìn),如大多數(shù)低分辨率檢測器,測量漏磁場僅在單一方向,現(xiàn)在高分辨率檢測器的檢測范圍是兩個或是三個相互垂直的方向,取樣率、特定距離收集的數(shù)據(jù)樣本和時(shí)間間隔也大大增大,這類高分辨率漏磁檢測器可識別的金屬損失特征有金屬增長和金屬損失、復(fù)雜腐蝕情況、延長的軸向缺陷、制造缺陷、建設(shè)缺陷、焊縫裂紋、四陷、折皺、圓鑿、圓周裂紋等。般認(rèn)為凹陷、 折皺等管道缺陷無法被 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(nèi)檢測技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向:
經(jīng)過多年應(yīng)用,內(nèi)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(nèi)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,這些異常可以表示為幾何變形(凹陷,陽肅,精圓變形,折皺,彎曲),腐蝕,裂紋和其他缺陷。內(nèi)檢測器已經(jīng)從純粹的檢測工具轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€精確的測量手段,目前面臨的問題如下;
①管道測量的目標(biāo)處在一個復(fù)雜,連續(xù),變化的內(nèi)部環(huán)境(壓力,溫度,腐蝕等)和外部環(huán)境(周圍土壤,腐蝕,第三方干擾等)。
②內(nèi)檢測器運(yùn)行過程中,其關(guān)鍵部件可能會失效,但無法及時(shí)更換。
③智能檢測器的運(yùn)行參數(shù)并不穩(wěn)定,如速率、磁場,以及檢州期間傳感器故障影響。
?、軐?shí)際存在的缺陷數(shù)量大于被內(nèi)檢測器檢測到的數(shù)量,缺陷的實(shí)際大小一般大于內(nèi)檢測器給出的數(shù)據(jù)。
⑤創(chuàng)建一個內(nèi)檢測方法對比標(biāo)準(zhǔn)非常困難。
六、分析以上情況內(nèi)檢測技術(shù)應(yīng)該在以下方面進(jìn)行改進(jìn)
?、傩枰M(jìn)步改進(jìn)內(nèi)檢測器的基本原理和技術(shù),以改進(jìn)現(xiàn)有內(nèi)檢測技術(shù)存在的未探測到,低估危險(xiǎn)及錯誤辨識等方面的性能。
?、趯?nèi)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的統(tǒng)計(jì)分析,確定內(nèi)檢測遺漏和錯誤辨識的缺陷的缺陷的數(shù)量,尺寸和位置,評價(jià)內(nèi)檢測器檢測到的缺陷的實(shí)際數(shù)量和尺寸。
③對各種內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的差異進(jìn)行對比分析,以對測量錯誤進(jìn)行歸納,驗(yàn)證檢測器,現(xiàn)場和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。
由于近年互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,加速了管道數(shù)據(jù)庫的建立和發(fā)展,如新的世紀(jì)軟件、GeoFields鷹信息映射等技術(shù)服務(wù)公司,實(shí)現(xiàn)了基于GIS的數(shù)據(jù)編輯,維護(hù)軟件產(chǎn)品,為大型管道企業(yè)建立了管道數(shù)據(jù)庫,并收集了大量相關(guān)內(nèi)檢測,腐蝕事故,應(yīng)力腐蝕等完整性數(shù)據(jù)。又如在美國,利益相關(guān)方基于NIPPfrastructare保護(hù)計(jì)劃)設(shè)計(jì)的合作模式,構(gòu)建了npm(國家管道映射系統(tǒng))管道數(shù)據(jù)庫,收集了管道位置,應(yīng)急資源等信息。
在國內(nèi),主要依托企業(yè)內(nèi)部技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)開展信息化建設(shè)。建立管道完整性數(shù)據(jù)模型PIDM(管道完整性數(shù)據(jù)模型),形成從管道設(shè)計(jì),建設(shè)到運(yùn)維等不同階段的管道完整性數(shù)據(jù)庫。促進(jìn)了評價(jià)由定性經(jīng)過半定量到定量的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了宏觀粗放型管理到微觀精細(xì)化管理的進(jìn)步,如精準(zhǔn),科學(xué)地修復(fù)每一個管道缺陷,較為科學(xué),合理地得出管道使用或判廢的結(jié)論等。
數(shù)據(jù)庫的建立,進(jìn)一步促進(jìn)了各項(xiàng)評價(jià)管理技術(shù)的發(fā)展,形成了良好的管理生態(tài),如半定量的專家打分法與完整性數(shù)據(jù)庫結(jié)合,促進(jìn)了評價(jià)準(zhǔn)確度和精細(xì)度的提高站場完整性管理技術(shù)、大型管網(wǎng)可靠性管理技術(shù)也已經(jīng)成為當(dāng)前的研究重點(diǎn),新技術(shù)的發(fā)展突破了線性資產(chǎn)管理的范圍,需要事件數(shù)據(jù)、臺套數(shù)據(jù)的支持。
另外,對完整性數(shù)據(jù)管理而言,還需要支持復(fù)雜數(shù)據(jù)對象管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口管理等,今后發(fā)展方向,如移動智能終端,同時(shí)結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布、應(yīng)急搶險(xiǎn)、設(shè)備管理、移動巡檢等數(shù)據(jù)的交換應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)對管道維護(hù)資源的優(yōu)化配置及全過程管控,為管道企業(yè)安全運(yùn)營和降本增效提供巨大幫助。
又如云計(jì)算,如在長輸管道上借助云計(jì)算技術(shù),實(shí)現(xiàn)基于云化資源對內(nèi)檢測信號等數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理和發(fā)布, 最終實(shí)現(xiàn)整合資源。提高系統(tǒng)可靠性、降低系統(tǒng)投資與維護(hù)成本的目標(biāo),更好地為長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(yīng)用,主要集中在移動辦公,人員防護(hù)等方面,應(yīng)用的業(yè)務(wù)領(lǐng)域有站場,閥室設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測,地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測,陰保數(shù)據(jù)采集等。