淺談含缺陷管道的完整性評價及維護(hù)維修

(中國石油天然氣管道局管道檢測公司，河北 廊坊065000）

崔 昊(中國石油天然氣管道局人事部，河北 廊坊065000）

賈會英(中國石油天然氣管道局管道檢測公司，河北 廊坊065000）

張新榮(中國石油天然氣管道局管道維搶修公司，河北 廊坊065000）

姜曉紅(中國石油天然氣管道局管道檢測公司，河北 廊坊065000）

石油、天然氣是生活中不可缺少的重要能源，隨著石油、天然氣的廣泛應(yīng)用，油氣管道建設(shè)發(fā)展的速度也越來越快。目前，我國大部分油氣管道運(yùn)行已經(jīng)超過了30年，進(jìn)入了事故高發(fā)期。要保證管道在預(yù)定設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)，按照預(yù)定的設(shè)計(jì)功能，安全經(jīng)濟(jì)地輸送預(yù)定量的燃?xì)饣蛉加?，需要借助于管道?nèi)檢測技術(shù)、管道缺陷評價、管道維護(hù)維修等手段對含缺陷管道進(jìn)行完整性評價。含缺陷管道完整性評價能夠?qū)艿乐写嬖诘娜毕葸M(jìn)行科學(xué)的評價，判斷缺陷對管道安全可靠性的影響，借助于維護(hù)維修方法對管道存在的缺陷進(jìn)行修復(fù)，滿足管道的安全運(yùn)行要求。以往對管道實(shí)施內(nèi)檢測后，只能依據(jù)缺陷的深度進(jìn)行維修，造成維修成本加大。通過使用含缺陷管道完整性評價技術(shù)，能夠進(jìn)一步對管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行充分解釋，使管道運(yùn)營者確切了解管道中缺陷對管道運(yùn)行存在的影響，通過有計(jì)劃地采取相關(guān)維修措施，消除管道運(yùn)行周期內(nèi)的隱患，變被動維修為主動維修，由此減少管道維修成本并提高油氣管道運(yùn)行效率。

1 含缺陷管道完整性評價的工作內(nèi)容

含缺陷管道完整性評價的工作內(nèi)容是對缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度計(jì)算和剩余壽命預(yù)測，通過綜合分析，確定合適的再檢測周期，制定合理的維護(hù)維修管理計(jì)劃，保證管道安全可靠地運(yùn)行，含缺陷管道完整性評價包括的主要工作內(nèi)容如下：①綜合分析管道內(nèi)檢測到的缺陷數(shù)據(jù)，按照不同的缺陷類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括缺陷深度數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析、缺陷沿里程周向位置分布分析、缺陷與環(huán)焊縫位置關(guān)系分析、缺陷分布與高程走向關(guān)系分析等。②管道存在的缺陷原因分析。根據(jù)缺陷各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、圖表的對比及管道相關(guān)信息，分析管道缺陷產(chǎn)生的主要原因。③使用適當(dāng)?shù)脑u價方法，對所檢測到的管道缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度評價，計(jì)算缺陷處的最大安全壓力與管道最大允許操作壓力之間的關(guān)系，判斷缺陷在當(dāng)前管道運(yùn)營情況下的嚴(yán)重程度。利用管道檢測數(shù)據(jù)，借助于概率方法，計(jì)算缺陷生長速率，通過迭代的方法，計(jì)算缺陷發(fā)展到臨界壓力時所需要的時間來預(yù)測管道的剩余壽命，確保管道的完整性。⑤根據(jù)缺陷的嚴(yán)重程度、管道的維修計(jì)劃及運(yùn)營成本，確定最合適的再檢測周期，滿足管道運(yùn)營成本的最小化。⑥根據(jù)管道維護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)及管道的本身的屬性、管道運(yùn)行參數(shù)、管道運(yùn)營者計(jì)劃的維修周期和維修經(jīng)費(fèi)，制定合理的維護(hù)維修計(jì)劃，推薦最適宜的維修方法，保證管道安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。⑦結(jié)合檢測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果及完整性評價結(jié)果進(jìn)行綜合總結(jié)，并給出合理的建議。圖1所示為含缺陷管道完整性評價流程圖。

2 評價方法

含缺陷管道完整性評價核心的技術(shù)手段是使用適當(dāng)?shù)脑u價方法對缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度評價和剩余壽命預(yù)測，由于管道中存在的缺陷各有不同，不同的缺陷對管道所造成的威脅和傷害也各不相同。因此，不同的缺陷類型需要采用不同的評價方法。

1）管道缺陷的剩余強(qiáng)度評價 管道缺陷的剩余強(qiáng)度評價是含缺陷管道完整性評價的重要組成部分，依據(jù)缺陷長度和深度的尺寸數(shù)據(jù)，通過斷裂力學(xué)計(jì)算公式計(jì)算得到缺陷處的最大安全操作壓力。當(dāng)缺陷處的最大安全操作壓力大于管道最大允許操作壓力時，則該缺陷是可接受的，不需要立即維修；當(dāng)缺陷處的最大安全操作壓力小于管道最大允許操作壓力時，則該缺陷是不可接受的，需要立即維修。通常將最大允許操作壓力與計(jì)算得到的缺陷處最大安全壓力的比值稱為預(yù)估維修比，預(yù)估維修比是判定缺陷嚴(yán)重程度的重要依據(jù)[1]。

圖1 含缺陷管道完整性評價流程圖

目前缺陷剩余強(qiáng)度評價的主要方法有Shell-92、BG LPC-1、ASME B31G、RSTRENG、DNV RPF101等[2]。上述方法多數(shù)是通過斷裂力學(xué)的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的，在計(jì)算時，不同的評價方法所使用參數(shù)各不相同，因而評價結(jié)果各不相同。管道運(yùn)營者可以根據(jù)管道建設(shè)年代、鋼管的管材等級、管道運(yùn)行壓力以及運(yùn)營者對安全的期待等級，選擇不同的評價方法對缺陷進(jìn)行評價，例如對于建設(shè)時間較早、管道材質(zhì)較低的管道，通常選擇使用ASME B31G評價方法；對于管道建設(shè)時間較短、管道材質(zhì)較高的管道，可以選擇DNV RP-F101評價方法。

2）基于腐蝕速率的管道剩余壽命預(yù)測 管道剩余壽命預(yù)測是對管道將來完整性評價的主要依據(jù)。腐蝕速率計(jì)算是腐蝕管道剩余壽命預(yù)測的基礎(chǔ)，影響管道產(chǎn)生腐蝕的因素很多，包括材料因素、環(huán)境因素、輸送介質(zhì)的組成因素等，各因素之間的相互作用十分復(fù)雜，在試驗(yàn)過程中往往不能控制所有因素變化的情況，因此用精確的數(shù)學(xué)解析公式來表達(dá)它們之間的關(guān)系是非常困難的，埋地管道的剩余壽命研究并不完善，還沒有形成專門的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。目前普遍使用的方法是通過2次或多次檢測得到的同一缺陷在不同的時間端點(diǎn)處的尺寸增量來計(jì)算腐蝕速率，并利用該腐蝕速率得到腐蝕缺陷的動力學(xué)發(fā)展參數(shù)（如利用腐蝕速率得到的缺陷尺寸隨時間的變化），再結(jié)合該缺陷處的剩余強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果，判斷缺陷發(fā)展到某個時間點(diǎn)時管道發(fā)生破壞的強(qiáng)度，通過這一過程即可得到管道的剩余壽命。

3 含缺陷管道的維護(hù)和維修

管道維護(hù)和維修是保證管道壽命延長的重要手段，是含缺陷管道完整性評價內(nèi)容的體現(xiàn)。適當(dāng)?shù)倪x擇維修方法不但能保證管道安全運(yùn)營，還能夠節(jié)約大量的運(yùn)營維護(hù)成本。目前管道維修標(biāo)準(zhǔn)主要參考國際管道研究協(xié)會(PRCI）出版的 《管道維修手冊》，該手冊對不同管道缺陷的維護(hù)和維修方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括打磨、補(bǔ)焊、A型套筒、B型套筒、特殊結(jié)構(gòu)套筒、復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)、機(jī)械夾具、打補(bǔ)丁、帶壓開孔、換管等。這些方法相互補(bǔ)充，基本能滿足管道中存在的各種缺陷的維修要求，并且對于同一類型的缺陷可以選擇多種方法進(jìn)行維修，因而可以根據(jù)缺陷的實(shí)際情況、管道運(yùn)營要求、維修費(fèi)用等選擇適合的維修方法。

在管道實(shí)際運(yùn)行中，由于管道管理對安全要求的提高，《管道維修手冊》中提到的部分方法已經(jīng)很少使用，如打磨、補(bǔ)焊和打補(bǔ)丁，主要因?yàn)樯鲜龇椒ㄔ诓僮鲿r存在一定局限性，并且容易產(chǎn)生明火，維修時對管道存在安全隱患。另外，機(jī)械夾具維修成本高，操作復(fù)雜并且在施工時需要動用大型機(jī)具，在日常維修中也很少使用。目前管道缺陷維修常使用的主要方法為B型套筒和復(fù)合材料套筒，復(fù)合材料套筒包括濕纏繞方法和預(yù)成型方法，典型的預(yù)成型維修的復(fù)合套管是CLOCK SPRING復(fù)合材料套筒，由于復(fù)合材料修復(fù)操作簡單、靈活，維修效果好，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于管道缺陷維修中。

制定管道維修方案是管道完整性評價工作中的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。一般情況下管道修復(fù)均應(yīng)按永久修復(fù)進(jìn)行。在制定缺陷維修計(jì)劃時需要明確缺陷的存在類型、缺陷的嚴(yán)重程度和需采取的維修方法等。理論上，每一個缺陷對應(yīng)著多種維修方法，因而維護(hù)維修方法的選擇并不是唯一的，應(yīng)根據(jù)運(yùn)營者承擔(dān)風(fēng)險的能力、維護(hù)維修預(yù)算的大小及維修周期等制定最科學(xué)合理的維修計(jì)劃。

4 結(jié) 語

含缺陷管道完整性評價技術(shù)，是對管道內(nèi)檢測得到的各種缺陷進(jìn)行分析解釋的重要手段，通過定期地實(shí)施管道內(nèi)檢測并對含缺陷管道進(jìn)行完整性評價，使管道運(yùn)營者更清楚地了解管道缺陷的情況，有計(jì)劃地對存在的缺陷進(jìn)行維護(hù)維修管理，提升管道的安全指數(shù)，使油氣管道安全可靠地運(yùn)行。

[1]程遠(yuǎn)鵬，白羽，李小燕，等．埋地輸油管道腐蝕剩余壽命預(yù)測 [J]．壓力容器，2009，26（2）：30-34．

[2]王修云，鄭巖，王金友，等．管道維修補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)及其發(fā)展趨勢 [J]．燃?xì)饧夹g(shù)，2006（2）：20-25．