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不銹鋼鋼管技術(shù)
管道完整性管理技術(shù)的最新發(fā)展如何?
時間: 2020-06-07 19:25:06 瀏覽次數(shù)：
近年來,隨著我國經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的不斷增加,管道里程迅速增長,且超過一半的管道在役時間為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完整性管理,保障了管道安全
近年來,隨著我國經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的不斷增加,管道里程迅速增長,且超過一半的管道在役時間為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完整性管理,保障了管道安全，通過運用包含數(shù)據(jù)采集,高后果區(qū)識別,鳳險評價,完整性評價,維修維護,效能評價的閉環(huán)管理體系,實現(xiàn)全面探知管道風險,適時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展,如對危險液體管道的完整性管理工作檢查,直接評價技,內(nèi)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,美國國會通過了專門的日R。3609號法案——《管道安全增進法》,并于2002年12月27日經(jīng)總統(tǒng)簽署后生效。
此法案要求管道運營商在出現(xiàn)安全后果嚴重地區(qū)實施管道完整性管理計劃,按照管道長度對管道進行了分類: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)《風險管理示范綱要》《系統(tǒng)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,對管道運營商建立完整性管理體系的要求。
檢查內(nèi)容包括:
?、贆z查完整性管理方案的程序,執(zhí)行情況和文檔編制:
②檢查管道運營商完成的完整性評價:
?、蹤z查內(nèi)檢測結(jié)果及問題識別;
?、軝z查修復和減緩計劃:
⑤確認是否按法規(guī)要求的時間進行修復;
?、迿z查試壓記錄是否按聯(lián)邦法規(guī)49 cfr195執(zhí)行,檢查運營商對所有試驗失效的評估;
⑦確認預防和減緩措施是否得到執(zhí)行;⑧檢查組進一步對資產(chǎn),實際修復,直接評價及與完整性管理方案相關(guān)的內(nèi)容進行全面監(jiān)督。
2，檢查結(jié)果:絕大多數(shù)管道運營商已經(jīng)建立并執(zhí)行了完整性管理體系,基本掌握了后果嚴重地區(qū)的管段,并按照規(guī)則要求,對這些地區(qū)進行了完整性評價。
美國管道和危險物質(zhì)管理局(PHMSA)總結(jié)首輪檢查經(jīng)驗,就以下方面提出了改進意見:
?、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)進行組合分析,但這方面的工作還處于開始階段。
?、趯?nèi)檢測結(jié)果的響應。部分運營商沒有利用內(nèi)檢測的結(jié)果進行分析,未及時根據(jù)內(nèi)檢測結(jié)果制訂并執(zhí)行修復或減緩計劃,從其是要整合所有數(shù)據(jù)來恰當?shù)卦u價管道風險。
④預防和減緩措施。首輪檢查中發(fā)現(xiàn)許多正營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)開始的第二輪檢查中,還未見到明顯的改進。
⑤持續(xù)的評估和評價。完成基線評價后,在如何合理確定周期評價的時間間隔方面,需要進行進一步研究,應著重于分析運營商進行周期評價的實施效果。
?、尥暾怨芾韺嵤┘殑t.API 1160是完整性管理的通用標準,運營商還應建立實施細則,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(chǔ)。運營商仍然沒有充分地利用歷史數(shù)據(jù)來決定風險因素和再評價;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.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，直接評價技術(shù)的進展內(nèi)檢測,試壓,直接評價是管道完整性評價的三種主要方法。
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-些特定管道的評價方法,但要求管道在停輸狀態(tài)下使用。對無法進行內(nèi)檢測和試壓的管道,可以選擇使用直接評價技術(shù)進行完整性評價。與內(nèi)檢測,試壓等傳統(tǒng)評價方法相比,直接評價具有成本低,易實施等特點。近年來,許多管道運營商在完整性管理方案中,已經(jīng)列人了直接評價技術(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%有適合進行管道內(nèi)檢測。
1，直接評價方法及相關(guān)技術(shù):直接評價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)果進行開挖和檢查,來確定管道完整性的方法一般分為預評價間接檢測直接檢查,后評價四個步驟；
①，預評價通過數(shù)據(jù)收集和分析,確定直接評價是否可行,劃分評價區(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,來選擇開挖點位置和數(shù)量,并在開挖后對管道表面直接檢查。
①，預評價通過數(shù)據(jù)收集和分析,確定直接評價是否可行,劃分評價區(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,來選擇開挖點位置和數(shù)量,并在開挖后對管道表面直接檢查。
④，后評價驗證直接評價方法的有效性,并確定下一次評價的時間間隔直接評價按照管道的威脅因素，分為外腐蝕直接評價(ECDA)內(nèi)腐蝕直接評(ICDA)和應力腐蝕開裂直接評價(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方法主要是應用流體力學模型,來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值的鱗狀細胞癌(傳統(tǒng)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裂的直接評價方法,且針對應力腐蝕開裂壓力試驗間隔時間的方法的研究也有了新的進展，直接評價方法的實施,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(guī)則中.ICDA和SCCDA標準一經(jīng)完成,也會并人該項規(guī)則。
3，專題研究工作:為加強完整性相關(guān)技術(shù)的研究,美國國會加大了對PHMSA管道安全研發(fā)項目的支持力度。專題研究包括實際效果研究,間接檢測設(shè)備應用效果,流體力學模型,直接評價的不確定性和可靠性,對實踐的總結(jié)等,具體有以下幾個方面:
?、伲瑢CDA和內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進行對比,以對ECDA方法進行驗證:通過實例論證NACE發(fā)布推薦的有效性對復合管光管,巖石區(qū)和其他難以進行ECDA評價的情況進行試驗對不適合進行ECDA評價的條件進行研究，針對難以進行ECDA的區(qū)域開發(fā)機器人系統(tǒng)。
?、跈z查驗證DG - ICDA作為預測內(nèi)腐蝕位置的方法,開展對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(qū)域擴大可能性的評估:遠距離超聲導波與計算機終端的數(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)抗衡直接評價技術(shù)將不斷為現(xiàn)在難以評價的區(qū)域,提供改進了的解決方案。直接評價不僅作為一種主要的評價工具,同時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(nèi)檢測技術(shù)的進展及存在的問題：
隨著完整性管理的發(fā)展,需要精確可靠的檢測方法,為運營商提供準確和可靠的數(shù)據(jù),來執(zhí)行先進的完整性評價計劃和優(yōu)化方法;對內(nèi)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(nèi)檢測器不斷更新。內(nèi)檢測技術(shù)取得了實質(zhì)性的進展,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;缺點是需要耦合劑,應用于輸氣管道時較復雜。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(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到20mm。同時進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行檢測，這會花費巨大的精力和財力。
該技術(shù)的特點是電子設(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，機械損傷檢測技術(shù)
機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?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,會維持相當長的時間,從而進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。管道運營商希望通過使用適當?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)應用于管道內(nèi)檢測,已有超過40年的時間,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)被認為是最具有成本效率的內(nèi)檢測方法,管道運營,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展；
?、俚聡_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(jié)合,推進了機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)有了重大進展,其檢測能力已在現(xiàn)場挖掘中得到了驗證，該項技術(shù)目前具有國際領(lǐng)先水平。
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)有了重大進展,其檢測能力已在現(xiàn)場挖掘中得到了驗證，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(shè)計改進，傳感技術(shù)、電子學和其他要素的發(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，并通過多種途徑進行了很大的改進，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?？梢员硎緸閹缀巫冃?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；
?、俟艿罍y量的目標處在一個復雜,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)檢測器運行過程中,其關(guān)鍵部件可能會失效,但無法及時更換。
?、壑悄軝z測器的運行參數(shù)并不穩(wěn)定,如速率、磁場,以及檢州期間傳感器故障影響。
?、軐嶋H存在的缺陷數(shù)量大于被內(nèi)檢測器檢測到的數(shù)量,缺陷的實際大小一般大于內(nèi)檢測器給出的數(shù)據(jù)。
?、輨?chuàng)建一個內(nèi)檢測方法對比標準非常困難。
六、分析以上情況內(nèi)檢測技術(shù)應該在以下方面進行改進
①需要進步改進內(nèi)檢測器的基本原理和技術(shù),以改進現(xiàn)有內(nèi)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。
②對內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進行整體的統(tǒng)計分析,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，評價內(nèi)檢測器檢測到的缺陷的實際數(shù)量和尺寸。
?、蹖Ω鞣N內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的差異進行對比分析,以對測量錯誤進行歸納,驗證檢測器,現(xiàn)場和計算機數(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,如新的世紀軟件、GeoFields鷹信息映射等技術(shù)服務公司,實現(xiàn)了基于GIS的數(shù)據(jù)編輯,維護軟件產(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保護計劃)設(shè)計的合作模式,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,建設(shè)到運維等不同階段的管道完整性數(shù)據(jù)庫。促進了評價由定性經(jīng)過半定量到定量的發(fā)展,實現(xiàn)了宏觀粗放型管理到微觀精細化管理的進步,如精準,科學地修復每一個管道缺陷,較為科學,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，進一步促進了各項評價管理技術(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，促進了評價準確度和精細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)成為當前的研究重點，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，還需要支持復雜數(shù)據(jù)對象管理、實時數(shù)據(jù)接口管理等，今后發(fā)展方向，如移動智能終端，同時結(jié)合通信網(wǎng)絡實現(xiàn)信息發(fā)布、應急搶險、設(shè)備管理、移動巡檢等數(shù)據(jù)的交換應用，從而實現(xiàn)對管道維護資源的優(yōu)化配置及全過程管控，為管道企業(yè)安全運營和降本增效提供巨大幫助。
又如云計算，如在長輸管道上借助云計算技術(shù)，實現(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， 最終實現(xiàn)整合資源。提高系統(tǒng)可靠性、降低系統(tǒng)投資與維護成本的目標，更好地為長輸管道完整性管理服務。還有管道物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用,主要集中在移動辦公,人員防護等方面,應用的業(yè)務領(lǐng)域有站場,閥室設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測,地質(zhì)災害監(jiān)測,陰保數(shù)據(jù)采集等。
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