基于ICDA的油田埋地集輸管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)研究

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(1.中國(guó)石油 塔里木油田分公司 塔中油氣開發(fā)部，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.中國(guó)石油 塔里木油田分公司 塔西南勘探開發(fā)公司，新疆 澤普 844804；3.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070)

隨著腐蝕介質(zhì)輸送的增多，埋地集輸管道的腐蝕情況日益嚴(yán)重。埋地集輸管道的直接檢測(cè)一直都是檢驗(yàn)難題，因?yàn)闄z測(cè)手段不多，又不能直接進(jìn)行檢測(cè)，因此會(huì)耗費(fèi)過(guò)多的人力、物力，檢驗(yàn)周期長(zhǎng)，且不能有效檢測(cè)管道的腐蝕狀況。

管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)(ICDA)采用流體力學(xué)理論模擬管道運(yùn)行過(guò)程中的腐蝕機(jī)理，通過(guò)對(duì)管道幾何角度的測(cè)量來(lái)達(dá)到檢測(cè)腐蝕位置的目的，有效解決了埋地集輸管道檢驗(yàn)周期長(zhǎng)、準(zhǔn)備工作多的問(wèn)題，能夠準(zhǔn)確定位出缺陷位置和容易發(fā)生缺陷的位置，比傳統(tǒng)的檢測(cè)手段更加直接。GB/T 34349—2017《輸油管道內(nèi)腐蝕外檢測(cè)方法》[1]給出了ICDA技術(shù)的具體理論基礎(chǔ)和方法，結(jié)合TSG D7003—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——長(zhǎng)輸(油氣)管道》[2]，通過(guò)采用英國(guó)雷迪公司的管道電流測(cè)繪系統(tǒng)，根據(jù)管道的走向?qū)ζ溥M(jìn)行分段，計(jì)算各管段不同的臨界角度。TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——工業(yè)管道》[3]中也明確了管道腐蝕狀況的驗(yàn)證方法，采用ICDA檢測(cè)方法判斷出管道腐蝕位置之后，再利用NB/T 47013.1～47013.13—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》[4]中的檢測(cè)方法和導(dǎo)波技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證[5-11]，能夠明確給出合理的腐蝕評(píng)價(jià)方法和手段。相比于SY/T 0087.1—2006《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)》[12]以及SY/T 0087.2—2012《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼制管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)》[13]中對(duì)腐蝕檢測(cè)的驗(yàn)證，采用ICDA檢測(cè)方法可以節(jié)省更多的人力、財(cái)力及時(shí)間，更好地達(dá)到管道安全運(yùn)行維護(hù)的目的。

文中以塔六集氣站外輸干線為例，驗(yàn)證了ICDA技術(shù)在油田集輸管道腐蝕檢測(cè)中的可靠性和有效性。

1 ICDA檢測(cè)方法與實(shí)施過(guò)程

1.1 檢測(cè)方法

ICDA技術(shù)為埋地集輸管道的在線檢驗(yàn)檢測(cè)提供了有效的手段，但其只給出了具體的解決手段，并沒(méi)有明確提出測(cè)量埋地集輸管道高程和管道傾斜角度的方法。

文中采用英國(guó)雷迪公司的管道電流測(cè)繪系統(tǒng)對(duì)管線進(jìn)行區(qū)段劃分，根據(jù)GB/T 18314—2001《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》[14]、CH/T 2009—2010《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范》[15]、GB/T 50026—2007《工程測(cè)量規(guī)范》[16]以及CJJ/T 73—2010《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》[17]，采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)測(cè)量管道高程，計(jì)算得出管道具體的傾斜角度，通過(guò)管道實(shí)際傾斜角度與計(jì)算臨界角度的比較確定管道容易積液腐蝕的位置，并采用磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)和超聲C掃描技術(shù)對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行掃查驗(yàn)證，從而得出埋地管道具體的腐蝕調(diào)查數(shù)據(jù)。

1.2 實(shí)施過(guò)程

1.2.1管道資料收集

對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)應(yīng)先收集相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，包括施工建設(shè)記錄、運(yùn)行和維修歷史記錄、調(diào)試記錄、腐蝕測(cè)量記錄、其他地面檢測(cè)記錄、過(guò)去完整性評(píng)價(jià)以及維修工作的檢測(cè)報(bào)告等。收集資料的目的是確定直接評(píng)價(jià)是否可行、劃分直接評(píng)價(jià)區(qū)域和確定直接檢測(cè)方法。

塔六集氣站外輸干線于2011-08-25投用，管道編號(hào)TZ-CYYD-309，輸送介質(zhì)為天然氣/凝析油，氣體分子量19.06，氣體密度0.657 9 g/cm3，液體密度1 g/cm3，氣體壓縮因子0.9，氣體體積流量180 000 m3/d，表觀氣速1.494 715 888 m/s。管道長(zhǎng)9 600 m，規(guī)格?219 mm×9.5 mm，管道內(nèi)截面積0.029 8 m2，材質(zhì)為L(zhǎng)360n。管道設(shè)計(jì)壓力12 MPa、設(shè)計(jì)溫度80 ℃、操作壓力4.7 MPa、操作溫度35 ℃，防腐層類型為3PE。

1.2.2管道區(qū)段劃分

經(jīng)過(guò)對(duì)資料的審查，確認(rèn)影響該管道臨界角度計(jì)算值的因素只有特殊地形地貌起止點(diǎn)，因此按照SY/T 0087.2—2012中第4.1.1條進(jìn)行管道分段，最終劃分為15段。

1.2.3繪制管道埋深及高程分布圖

管道埋深檢測(cè)誤差應(yīng)不大于實(shí)際埋深的10%(埋深小于1 m的以1 m計(jì)算)，高程測(cè)繪測(cè)量中相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的誤差不得大于±3 cm。采用RTK技術(shù)測(cè)量管道的二維坐標(biāo)，利用Uni-Strong的G970 GNSS RTK結(jié)合雷迪公司的管道定位儀對(duì)管線的實(shí)際高程進(jìn)行精確測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)均滿足檢測(cè)精度要求。

RTK高程測(cè)量結(jié)果及管道實(shí)際埋深分布圖見圖1、圖2。

1.2.4管道實(shí)際傾角計(jì)算

埋地集輸管道點(diǎn)間距L可以按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

圖1 RTK測(cè)量管道高程分布

圖2 管道實(shí)際埋深分布

實(shí)際傾角θ計(jì)算公式：

(2)

式中，ΔH為點(diǎn)高差，m。

可根據(jù)管道高程計(jì)算得到的管道實(shí)際傾角繪制管道傾角。

1.2.5內(nèi)腐蝕位置確定

本次埋地集輸管道的測(cè)量點(diǎn)總共有932個(gè)，通過(guò)實(shí)際傾角與臨界角度的對(duì)比和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析，共發(fā)現(xiàn)易腐蝕部位15處(實(shí)際傾角均大于10°)，最終確定Pt656、Pt139、Pt140、Pt215這4點(diǎn)作為1#～4#檢測(cè)點(diǎn)。管道開挖點(diǎn)選取情況見表1。

表1 管道開挖點(diǎn)選取情況

2 ICDA內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)驗(yàn)證

對(duì)管道進(jìn)行超聲波壁厚測(cè)量，4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處壁厚范圍在8.4～9.3 mm。將管道電流測(cè)繪系統(tǒng)與RTK技術(shù)相結(jié)合測(cè)量得到的管道實(shí)際二維坐標(biāo)見圖3。

圖3 管道實(shí)際二維坐標(biāo)曲線

根據(jù)收集到的埋地集輸管道的各類數(shù)據(jù)，采用GB/T 34349—2017第中6.3.2條給出的臨界角度公式計(jì)算得到埋地管道的臨界傾角為1.520 292°。采用GB/T 34349—2017中第6.4.3條給出的公式計(jì)算得到的埋地管道4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)與具體測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。

表2 管道4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

對(duì)管道2#檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)沿介質(zhì)流向正向1.1 m有缺陷信號(hào)(1#缺陷點(diǎn))、正向2.3 m有缺陷信號(hào)(2#缺陷點(diǎn))，信號(hào)強(qiáng)度均在5%～10%，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 2#檢測(cè)點(diǎn)磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)

對(duì)2#檢測(cè)點(diǎn)的不同缺陷點(diǎn)進(jìn)行超聲C掃描驗(yàn)證，具體數(shù)據(jù)見圖5和圖6。

在1#缺陷點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的缺陷總共有15條，第3條缺陷深度8.4 mm、面積8 mm×10 mm、腐蝕深度1.6 mm，其余部位存在腐蝕減薄情況，未發(fā)現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕或者坑蝕。

圖5 2#檢測(cè)點(diǎn)1#缺陷點(diǎn)超聲C掃描數(shù)據(jù)

圖6 2#檢測(cè)點(diǎn)2#缺陷點(diǎn)超聲C掃描數(shù)據(jù)

在2#缺陷點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的缺陷總共有15條，第6條缺陷深度8.6 mm、面積10 mm×10 mm、腐蝕深度1.4 mm，其余部位存在腐蝕減薄情況，未發(fā)現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕或者坑蝕。

實(shí)際管道腐蝕特征為金屬損失，2#檢測(cè)點(diǎn)內(nèi)壁實(shí)際內(nèi)腐蝕調(diào)查數(shù)據(jù)見表3。

表3 管道2#檢測(cè)點(diǎn)內(nèi)腐蝕調(diào)查數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)超聲波測(cè)厚、磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)和超聲C掃描的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)采用ICDA檢測(cè)分析得出埋地集輸管道的腐蝕點(diǎn)均存在腐蝕狀況，4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果證明通過(guò)ICDA檢測(cè)得出的腐蝕點(diǎn)位置均可靠。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用，完全驗(yàn)證了磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)、超聲C掃描以及超聲波測(cè)厚相結(jié)合的方法在油田集輸油氣管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)中的準(zhǔn)確性、可靠性，為今后管道安全評(píng)價(jià)工作與完整性管理奠定了一定的基礎(chǔ)。