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管道完整性管理技術的最新發展如何?
時間: 2020-06-07 19:25:06 瀏覽次數：
近年來,隨著我國經濟發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,處于事故多發期目前,國內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,隨著我國經濟發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,處于事故多發期目前,國內外的管道管理已全而推進完整性管理,保障了管道安全，通過運用包含數據采集,高后果區識別,鳳險評價,完整性評價,維修維護,效能評價的閉環管理體系,實現全面探知管道風險,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,通過全球同業人員的技術交流,充分體現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,內檢測技術等。
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日經總統簽署后生效。
此法案要求管道運營商在出現安全后果嚴重地區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，檢查內容:根據《風險管理示范綱要》《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查管道運營商完成的完整性評價:
③檢查內檢測結果及問題識別;
?、軝z查修復和減緩計劃:
⑤確認是否按法規要求的時間進行修復;
⑥檢查試壓記錄是否按聯邦法規49 cfr195執行,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行;⑧檢查組進一步對資產,實際修復,直接評價及與完整性管理方案相關的內容進行全面監督。
2，檢查結果:絕大多數管道運營商已經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,對這些地區進行了完整性評價。
美國管道和危險物質管理局(PHMSA)總結首輪檢查經驗,就以下方面提出了改進意見:
①數據整合。有效的數據整合是完整性管理的關鍵,目前已經開發了一些工具和方法,對不同類型的數據進行組合分析,但這方面的工作還處于開始階段。
②對內檢測結果的響應。部分運營商沒有利用內檢測的結果進行分析,未及時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恰當地評價管道風險。
?、茴A防和減緩措施。首輪檢查中發現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。在已經開始的第二輪檢查中,還未見到明顯的改進。
?、莩掷m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。
⑥完整性管理實施細則.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基礎。運營商仍然沒有充分地利用歷史數據來決定風險因素和再評價;另外,對歷史數據不充分情況下的決策分析方法有待改進.PHMSA希望有更多的技術和方法,作為定整性決策和分析的基礎。
⑧完整性程序文件。文件編制的完整性和質量,是完整決策基礎缺乏足夠的重視。
二，直接評價技術的進展內檢測,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檢測設備。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下使用。對無法進行內檢測和試壓的管道,可以選擇使用直接評價技術進行完整性評價。與內檢測,試壓等傳統評價方法相比,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,已經列人了直接評價技術,如公在Gasunie幾家大公司司管轄的12000公里的高壓管道中,僅50%有適合進行管道內檢測。
1，直接評價方法及相關技術: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,檢查結果結合起來,采用不開挖檢測技術(一般為地上或間接檢測),并根據檢測結果進行開挖和檢查,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，預評價通過數據收集和分析,確定直接評價是否可行,劃分評價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生或可能發生腐蝕的區域。
③，直接檢查。根據間接檢測結果的分析,來選擇開挖點位置和數量,并在開挖后對管道表面直接檢查。
①，預評價通過數據收集和分析,確定直接評價是否可行,劃分評價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生或可能發生腐蝕的區域。
③，直接檢查。根據間接檢測結果的分析,來選擇開挖點位置和數量,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,還有許多技術難題需要克服SCCDA方法的步驟與ECDA相似,重點是識別容易發生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支持。為提高檢測可靠性,美國腐蝕工程師協會(NACE)要求運營商使用兩種或更多間接檢測工具,以對檢測結果相互驗證。常用的間接檢測技術有直流電位梯度檢測技術(DCVG),密間隔電位檢測技術(CIPS),交流電流衰減技術,電壓差技術等。
2，直接評價技術標準:ECDA,直流ICDA(干氣),wG -ICDA(濕氣)和SCCDA標準.ECDA標準已經完成,已經并人輸氣管道完整性管理規則中.ICDA和SCCDA標準一經完成,也會并人該項規則。
3，專題研究工作:為加強完整性相關技術的研究,美國國會加大了對PHMSA管道安全研發項目的支持力度。專題研究包括實際效果研究,間接檢測設備應用效果,流體力學模型,直接評價的不確定性和可靠性,對實踐的總結等,具體有以下幾個方面:
?、?，對ECDA和內檢測數據進行對比,以對ECDA方法進行驗證:通過實例論證NACE發布推薦的有效性對復合管光管,巖石區和其他難以進行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的區域開發機器人系統。
?、跈z查驗證DG - ICDA作為預測內腐蝕位置的方法,開展對WG - ICDA的初步研究。
?、墼u估導波技術的有效性,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加大地面檢測管壁金屬損失工具的研發力度,使之能與智能檢測器技術抗衡直接評價技術將不斷為現在難以評價的區域,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，內檢測技術的進展及存在的問題：
隨著完整性管理的發展,需要精確可靠的檢測方法,為運營商提供準確和可靠的數據,來執行先進的完整性評價計劃和優化方法;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。各種檢測技術不斷發展,應用各種原理的管道智能內檢測器不斷更新。內檢測技術取得了實質性的進展,但仍然存在一些問題。
1，裂紋內檢測技術:
目前最適合于檢測裂紋的技術是超聲波方法。其主要優點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通過了工業試驗,可以判斷SCC,涂層剝落,其他裂紋缺陷,異常溝槽,人為缺陷等。該技術的最大優點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圖1。
傳統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檢測技術: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。在現有技術條件下，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。
該技術的特點是電子設施控制的超聲波柬允許一次通過檢測金屬損失和裂紋優化的傳感器,超聲波束及大量的測量通道,實現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
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,不適當的建設行為以及第三方挖掘等。有些損傷在未被發現情況下,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，漏磁技術應用于管道內檢測,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:由于漏磁技術被認為是最具有成本效率的內檢測方法,管道運營,商管理者和研發人員都希望提高漏磁技術檢測機械損傷的靈敏度,從而使漏磁檢測技術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勢，允許傳感器在高動態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相結合,推進了機械損傷檢測工具的發展。
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%)的技術已經有了重大進展,其檢測能力已在現場挖掘中得到了驗證，該項技術目前具有國際領先水平。
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%)的技術已經有了重大進展,其檢測能力已在現場挖掘中得到了驗證，該項技術目前具有國際領先水平。
四，，金屬損失檢測技術：
由于檢測器設計改進，傳感技術、電子學和其他要素的發展，新型檢測工具已經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，如大多數低分辨率檢測器，測量漏磁場僅在單一方向，現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、特定距離收集的數據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，因此漏磁技術中關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研究的方向。
五，內檢測技術存在的問題及發展方向:
經過多年應用,內檢測技術已經成為評估管道缺陷和確保管道完整性的首選技術。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,陽肅,精圓變形,折皺,彎曲),腐蝕,裂紋和其他缺陷。內檢測器已經從純粹的檢測工具轉變為一個精確的測量手段,目前面臨的問題如下；
①管道測量的目標處在一個復雜,連續,變化的內部環境(壓力,溫度,腐蝕等)和外部環境(周圍土壤,腐蝕,第三方干擾等)。
②內檢測器運行過程中,其關鍵部件可能會失效,但無法及時更換。
?、壑悄軝z測器的運行參數并不穩定,如速率、磁場,以及檢州期間傳感器故障影響。
④實際存在的缺陷數量大于被內檢測器檢測到的數量,缺陷的實際大小一般大于內檢測器給出的數據。
⑤創建一個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應該在以下方面進行改進
①需要進步改進內檢測器的基本原理和技術,以改進現有內檢測技術存在的未探測到,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，評價內檢測器檢測到的缺陷的實際數量和尺寸。
?、蹖Ω鞣N內檢測數據的差異進行對比分析,以對測量錯誤進行歸納,驗證檢測器,現場和計算機數據。
由于近年互聯網的發展,加速了管道數據庫的建立和發展,如新的世紀軟件、GeoFields鷹信息映射等技術服務公司,實現了基于GIS的數據編輯,維護軟件產品,為大型管道企業建立了管道數據庫,并收集了大量相關內檢測,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,主要依托企業內部技術研發機構開展信息化建設。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。促進了評價由定性經過半定量到定量的發展,實現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論等。
數據庫的建立，進一步促進了各項評價管理技術的發展，形成了良好的管理生態，如半定量的專家打分法與完整性數據庫結合，促進了評價準確度和精細度的提高站場完整性管理技術、大型管網可靠性管理技術也已經成為當前的研究重點，新技術的發展突破了線性資產管理的范圍，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、實時數據接口管理等，今后發展方向，如移動智能終端，同時結合通信網絡實現信息發布、應急搶險、設備管理、移動巡檢等數據的交換應用，從而實現對管道維護資源的優化配置及全過程管控，為管道企業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，實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布， 最終實現整合資源。提高系統可靠性、降低系統投資與維護成本的目標，更好地為長輸管道完整性管理服務。還有管道物聯網技術的應用,主要集中在移動辦公,人員防護等方面,應用的業務領域有站場,閥室設施狀態監測,地質災害監測,陰保數據采集等。
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