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全面了解長輸油氣管道內檢測數據比對技術

2021-08-03 16:43:41


隨著我國對石油和天然氣能源的需求越來越大,被稱作“國家重大生命線”的油氣管道的作用越來越突出。近些年油氣管道事故頻繁發生,管道的安全運行也越來越受重視。

如今大數據管理的時代已經到來,使大數據更有效地應用于管道的完整性管理與安全評價中,成為目前油氣行業的一個熱點課題。

內檢測是完整性管理及評價內容的一個至關重要的環節,也是管道大數據的主要數據來源。近年來,國內油氣管道逐步開展了內檢測,部分管道已經進行了兩輪甚至多輪內檢測,但是大量內檢測數據的挖掘和使用卻相對滯后。兩輪及以上內檢測數據的比對,已成為方便數據挖掘且能夠有效利用的研究內容,其不但能夠評估檢測承包商的設備性能和檢測結果,而且能夠完善和修正被檢測管道的基礎信息,掌握缺陷的變化情況,預測管道的剩余壽命和評估管控措施的應用效果等,對管道的科學管理和運行維護具有重要的指導作用。

國內外管道內檢測數據比對技術發展概況

國外油氣管道內檢測技術的數據比對工作起步較早。一些國外管道運行單位和檢測承包商已對多條實施兩輪及以上內檢測的管道進行了數據比對工作。

國內對內檢測數據比對的研究進展相對滯后,自2015年后才有相關文獻報道,但近年來發展迅速,數據比對技術和比對軟件在國內逐步得到應用,并編制了數據比對標準,如SY/T 0087.5-2016《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準 第5部分 油氣管道腐蝕數據綜合分析》中規范了數據比對分析的流程與方法。

內檢測數據比對的主要內容

隨著我國內檢測技術的成熟,國內外的技術差距也在逐漸縮小,國內開展內檢測業務的承包商也越來越多。國內外內檢測承包商主要開展了變形、金屬損失和IMU內檢測,并提供了檢測報告。

常規內檢測報告信息表的主要內容包括特征名稱、特征類型、里程、參考定位點、相對里程、前后焊縫編號、管節長度、前后環焊縫的距離、長度、寬度、鐘點方位、程度、表面位置、壁厚、ERF(預估維修比)、備注、坐標信息等。

雖然檢測商都有各自的數據格式、特征表述方式、報告及信息表格格式等,但是特征信息可以通過對照和整理進行一一對應,然后采用人工對齊或軟件+人工對齊的方式實現內檢測數據的比對。

1

管道基礎特征比對

內檢測管道基礎特征包括焊縫(環焊縫、螺旋焊縫、直焊縫)、直管、彎頭或彎管、閥門、三通、法蘭、外接金屬物,以及檢測商設定的參考定位點等。其中環焊縫的內檢測數據可靠度較高,也是比對的首要對象。

國內外內檢測數據比對的研究成果和應用經驗表明,環焊縫的成功對齊是整體數據比對的首要任務,也為缺陷的比對打下了良好的基礎。在環焊縫對齊的過程中,管節長度、彎頭或彎管、閥門、三通(含改線三通)、直焊縫或螺旋焊縫交點等其他基礎特征信息能夠輔助檢查和判斷環焊縫對齊的準確性,以便及時修正直至完成全部基礎特征的比對。由環焊縫特征比對結果可得到以下結論:

(1)

由于里程輪打滑、數據丟失、改線或換管等原因,環焊縫的里程和管節長度等信息存在一定的差值。

(2)

環焊縫未能實現完全對齊的原因主要有收發球筒和閥門等附件附近環焊縫的標注方式不同、改線或者換管、檢測數據丟失或者特征漏標等。

(3)

由于檢測商對直焊縫或者螺旋焊縫與環焊縫的交點信息的定義方式不同,從而其鐘點方位不一致,不過可以通過相互校正調成一致。

(4)

由于檢測商設定的參考定位點不同,相對里程對環焊縫比對的參考意義不大。

2

管道缺陷的比對

內檢測管道缺陷特征主要包括變形缺陷、金屬損失缺陷(腐蝕缺陷、機械劃傷或制造缺陷)和焊縫缺陷。依據缺陷的兩輪或多輪比對結果,能夠分析缺陷數量和程度的變化情況,從而評估其對管道危害的嚴重程度。

01

變形缺陷的比對

依據查閱公開發表的文獻資料,筆者尚未發現變形缺陷被納入內檢測數據比對的范疇,但是幾何變形檢測是油氣管道內檢測中很重要的一個環節,且變形缺陷作為管道缺陷的一種常見形式,威脅著管道的安全運行,甚至會導致管體失效,故很有必要對檢測兩次及以上的變形缺陷進行比對。

變形缺陷主要包括凹陷、褶皺、屈曲等。在管道基礎特征對齊的基礎上,變形缺陷主要依據前后環焊縫的相對距離、鐘點方位等數據差別較小的特征來完成對齊。因為變形缺陷的長度、寬度和深度數值一般較大且其數量相對較少,所以實現比對較為容易。

針對對齊后變形增大的缺陷,可以參考腐蝕缺陷的全壽命增長速率的計算方法來評估和預測變形缺陷的增長速率和發展情況,計算方法如下式所示:

RD = (D2-D1)·r / (T2-T1)

式中:RD為變形缺陷的增長速率;r為管道外徑;D2為下一輪檢測的變形程度;D1為上一輪檢測的變形程度,若無,則為管道無變形;T2為下一輪檢測的年份;T1為上一輪檢測的年份。

由變形缺陷比對結果可得到以下結論:

(1)

變形缺陷數量或尺寸有差別是由變形檢測器的精度和置信度不同或作業環境不同導致的,整體對齊率較高。

(2)

能夠識別新增變形缺陷,通過計算增長速率可以預測變形缺陷的發展情況,為制定修復計劃和下一輪檢測提供依據。

(3)

通過比對修復后的變形缺陷,尤其是去除約束后存在回彈或回圓的變形缺陷,能夠評估回彈后的變形情況和修復效果。

02

金屬損失缺陷的比對

金屬損失缺陷是影響管道安全運營的關鍵因素,主要包括腐蝕、機械劃傷、制造缺陷等。依據國內外發表的文獻資料和工程經驗發現,內檢測數據比對的工作主要是以金屬損失缺陷的增長率及新增點為研究對象開展的。

在管道基礎特征對齊的基礎上,金屬損失缺陷主要根據前后環焊縫的相對距離、鐘點方位和表面位置等數據差別較小的特征來實現對齊。考慮到金屬損失缺陷的長度、寬度和深度數值一般較小,其數量較多且有時分布較為密集,故不能把里程、相對里程、深度、長度及寬度等參數作為對齊的參考,加大對齊與比對的難度和工作量。

金屬損失缺陷對齊后的比對工作首先根據兩輪或者多輪檢測數據源的精度、置信度或已知缺陷數據的檢測誤差等來設置評定金屬損失缺陷變化的閾值,可將其分成活性缺陷(深度增加≥閾值)、非活性缺陷(深度增加<閾值)、新增缺陷(新增深度增加≥閾值)及其他缺陷4種類型。通過計算新增缺陷的增長速率,可以評估管道腐蝕的剩余壽命,并制定合理的維護維修計劃和滿足管道完整性管理的需求。金屬損失增長速率的計算方法如下式所示:

RML = ΔMd·WT/Δt

式中:RML為金屬損失的增長速率;ΔMd為金屬損失深度在Δt時間內的增量;WT為管道壁厚。

若采用全壽命法,則Δt為該次檢測日期與上一輪檢測日期的間隔;若采用半壽命法,則Δt為該次檢測日期與上一輪檢測日期間隔的一半。

管道腐蝕剩余壽命采用《壓力管道定期檢驗規則 長輸(油氣)管道》的方法進行計算,具體方法如下式所示:

RL = C×SM·(t/GR)

式中:RL為管道剩余壽命;C為校正系數,C=0.85;GR為腐蝕速率;t為名義厚度;SM為安全裕量。

由金屬損失缺陷的比對結果可得到以下結論:

(1)

金屬損失缺陷數量或者部分缺陷長度、寬度和深度數據相差較大,這是由于檢測器精度和置信度不同或作業環境不同,但是大部分缺陷都能夠實現比對。

(2)

其他類型的缺陷是指最近一次內檢測誤檢或者漏檢的缺陷。

(3)

通過比對修復后的金屬損失缺陷,能夠評估缺陷的修復效果,為后期的缺陷修復提供一定的指導。

03

焊縫缺陷的比對

近年來,國內外出現了多起管道焊縫失效引起的事故,危害重大。焊縫缺陷是油氣管道的主要失效形式之一,已經成為各大管道運營公司重點關注的風險點。

焊縫缺陷主要包括環焊縫缺陷、螺旋焊縫缺陷和直焊縫缺陷。盡管在缺陷識別和尺寸量化方面精度相對不高,但是管道內檢測仍是埋地管道焊縫缺陷特征數據最主要的來源,也是管道運行公司焊縫缺陷排查和管理的主要依據。目前,國內外管道內檢測公司正致力于攻關焊縫缺陷的內檢測技術,提高檢測精度。 

在管道基礎特征對齊的基礎上,焊縫缺陷可依據鐘點方位,表面位置等數據相差較小的特征來實現對齊。由于內檢測能力的局限性,焊縫缺陷長度、寬度和程度等數據誤差相對較大,所以焊縫缺陷的比對相對較為困難,尤其是不同檢測商的焊縫缺陷比對。

鑒于國內目前尚無基于內檢測方法的焊縫異常分級評價標準,中油管道檢測技術有限責任公司、中國特種設備檢測研究院等根據管道運行公司的需求,參照各自管體金屬損失評價方法,將焊縫異常分級為輕度、中度和重度,以作為焊縫缺陷的增長速率和剩余壽命預測的計算和評價方法。由焊縫缺陷的比對結果可得到以下結論:

(1)

可以估算焊縫缺陷的生長發展情況,分析焊縫缺陷產生的原因。

(2)

焊縫缺陷大多是在施工制造階段產生的,非活性缺陷較多。

(3)

建議管道運行公司根據焊縫缺陷的程度進行底片復評或選擇性開挖,并采用有效的無損檢測方法進行檢測和評價。

3

管道坐標的比對

管道內檢測器上加載IMU已成為國內外油氣長輸管道常用的測繪方法,將IMU數據與變形、漏磁、超聲等內檢測數據進行坐標匹配,可以獲取管道的全部特征和中心線的坐標。管道基礎特征和缺陷特征的對齊,意味著坐標數據也完成了對齊。由IMU內檢測數據的比對結果可得到以下結論:

(1)

通過相互驗證不同檢測商的管道特征和中心線的坐標精度,結合更多的管道準確坐標數據源(修正點)對坐標進行修正,可以獲取更高精度的管線坐標。

(2)

作為管道特征的新型定位手段,管道缺陷和基礎特征坐標精度的提高,極大滿足了快速準確定位管道特征(比如焊縫、缺陷等)的需求,不但大大降低了開挖工作量和費用,還有助于維修方案的制定和保證維修維護的及時性。

(3)

依據兩輪及多輪的IMU內檢測中心線測繪數據,能夠計算出管道全線的應變和位移變化,從而識別位移變化較大或較快的缺陷或其他特征點,便于管道缺陷的維修和維護,同時有助于監測和預警可能引起高風險和高后果區的管道位置。

(4)

內檢測與IMU結合獲得的管線坐標精度受IMU自身的精度、參考修正點的坐標精度和數據結算及整合技術能力等的影響,這也是導致坐標數據比對出現問題的原因。

建議


管道內檢測技術是目前各大管道公司檢測管道狀況和位置信息及支撐完整性管理的手段。在發展管道系統大數據的道路上,如何應用和管理管道內檢測數據來保障管道的安全運行是目前一項緊要的任務。筆者在管道內檢測數據比對方面提出以下建議:

1


內檢測和管道運行公司等應加大對內檢測數據深度挖掘和綜合利用方面的研究,尤其是在多輪內檢測數據比對方面,應建立管道系統數據平臺和綜合分析機制。

2


管道運營公司在進行下一輪內檢測時,應明確檢測的起點和終點、參考定位點、統一的內檢測數據列表等,這樣有利于后續內檢測數據比對工作的開展。

3


國內尚未有成熟應用的管道內檢測數據比對分析系統。只有少數單位開發了內檢測數據比對分析軟件,但應用效果有待驗證。建議對內檢測數據比對分析系統進行深入研究,逐步實現手動對齊到自動對齊+手動修正再到完全自動對齊,以及多輪內檢測海量數據比對的智能分析。

4


內檢測數據比對方面的標準規范很少,建議盡快制定有針對性的標準規范,為內檢測數據的比對提供明確的指導。


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