油氣管道內檢測數據深度分析

孫偉棟,楊 陽,張建昌,楊 萍,王修云,張 雷,路民旭

(1. 中石化管道儲運有限公司，徐州 221008； 2. 安科工程技術研究院(北京)有限公司，北京 102209；3. 中國石油長慶油田分公司 第三輸油處，銀川 750006； 4. 北京科技大學，北京 100083)

在我國，管道內檢測是在役管道完整性評價的重要檢測手段。內檢測(ILI)數據的分析處理是管道完整性評價的重要環節，其準確性和精準性會直接影響管道完整性評價的最終結果。常規內檢測數據處理，僅能給出需要立即開展維修維護的缺陷點信息和海量內檢測缺陷數據，在當前管道完整性管理的時代背景下，這顯然無法滿足完整性管理要求。對檢測方提供的管道內檢測數據進行專業的深度分析，進一步挖掘管道內檢測數據背后的內涵，既有助于驗證數據本身的準確性，制定合理的管理決策，又可通過整合歷史數據及現有管道內檢測數據，開展缺陷根源性分析，最終準確地反映管道的完整性狀況。

1 內檢測技術工程背景

管道完整性評價是管道完整性管理的核心環節之一，是一種驗證油氣管道管體完整性的方法。管道完整性評價工具包括水壓試驗、內檢測和直接評估。

水壓試驗是根據設計和工作壓力標準將管道中充滿水，并在一段預定的時間內將壓力上升到特定水平。這是一種相對低端的技術方法，僅能發現臨界缺陷，其完整性結論只在測試當時才有意義，常在新建管道和停用管道再啟用時使用。

管道內檢測能夠直觀反映管道的缺陷狀況，是GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規范》標準中推薦優先采用的管道完整性評價工具。根據NACE SP0102-2017《管道內檢測》標準,常見的內檢測方法主要有常規漏磁檢測、環向漏磁檢測、超聲波檢測、電磁超聲檢測。各種內檢測方法的適用性如表1所示。

表1 內檢測方法適用性

管道內檢測的實施往往受限于現場工藝情況(是否具有收發球裝置)、管道口徑、壓力等，并不能針對所有管道順利開展，此時常會采用直接評估方法代替。直接評估方法運用從管道間接調查和直接詳細檢查中獲取的信息以及所有其他相關信息(如設計、結構和操作數據)對管道的完整性進行評價。該過程包括預評價、間接檢測、直接檢查和后評價四個步驟。對于與時間相關的缺陷類型，使用的三種直接評估檢測方法為內腐蝕直接評估(ICDA)、外腐蝕直接評估(ECDA)和應力腐蝕開裂直接評估(SCCDA)。

2 管道內檢測數據分析的基本方法與要點

在充分收集管道內檢測數據和其他與管道完整性相關數據的基礎上，通過開展數據對齊與整合工作，來發掘內檢測數據背后潛在的管道完整性信息。

管道內檢測數據對齊的主要內容包括[1]：根據相關數據準確比對管道焊縫信息，確定管道焊縫、特征點位置以及精確里程；確定管道活性腐蝕點和腐蝕速率，識別新的管道腐蝕點；確定同一檢測公司檢測器的性能和適用性，對比不同檢測公司管道內檢測能力。

管道內檢測數據對齊可以分為關鍵點數據對齊(第一階段)和缺陷匹配分析(第二階段)兩個階段。

第一階段，基于管道焊縫和里程數據進行關鍵點數據對齊分析。孫浩等[2]歸納總結了其主要步驟。關鍵點數據的對齊，會受到管道建設資料準確性、里程-高程-實際管長差、地面標識盒位置設置合理性、檢測數據質量等因素的影響，通常可采用基于實際控制點的線性誤差法即“橡皮筋方程式”進行修正。

第二階段，在關鍵點數據對齊的基礎上，根據管道內檢測報告的缺陷里程位置(包括絕對里程和相對里程)、時鐘位置及內外表面識別結果等，開展缺陷匹配。在當前內檢測器普遍技術精度下，基于第一階段關鍵點對齊結果，缺陷在管節上的相對里程位置、時鐘位置和內外表面識別結果往往誤差較小。

當數據對齊工作全部完成后，可按照嚴重缺陷分析、缺陷分布規律分析、缺陷發展與類型化分析和符合性分析的順序,開展內檢測數據的深度分析。

2.1 嚴重缺陷分析

在內檢測公司提供的管道內檢測數據報告中，有兩個重要的評估參數，分別為金屬壁厚損失深度百分比和破裂壓力比RPR(又稱維修因子ERF)。對這兩個參數進行初步分析，可以篩選出在當前運行狀態下可能威脅到管道完整性和生產安全性的金屬損失缺陷，由管道管理方根據經濟性與風險的平衡合理確定篩選的參數臨界值。

2.2 缺陷分布規律分析

管道缺陷通常有金屬損失、凹陷變形、焊縫異常、制造缺陷和補口帶下異常等。在內檢測缺陷分布規律分析中，應針對不同的管道缺陷，分別關注其相應的關鍵指標。對于金屬損失缺陷，應重點關注缺陷的深度指標，同時兼顧管節壁厚數據綜合評判其損失速率(對于腐蝕導致的金屬損失，其腐蝕速率指標尤其重要)。對于凹陷變形缺陷，應重點關注缺陷的變形量和時鐘位置，變形量反映了管體變形的程度，而時鐘位置反映出凹陷變形的致因，如管道底部的變形多由管道建設期未清理干凈的石塊等堅硬物與管道接觸導致，管道頂部的變形多由管道施工回填時堅硬物砸落或機械損傷、第三方破壞等因素造成。對于焊縫異常缺陷，應重點關注缺陷的寬度指標，同時兼顧其異常程度評級。制造缺陷的類型很多，如果能歸類到金屬損失、凹陷、劃痕、裂紋等缺陷類型中，可重點關注相應缺陷的關鍵指標。內檢測時通常僅會報告焊縫補口處的信號異常，但無法給出具體的異常指標，因此針對補口帶下異常缺陷需要結合后續的開挖驗證來逐一排查。

2.3 缺陷發展與類型化分析

對于有多輪內檢測數據的管道，可以通過多輪內檢測數據之間的比對，對缺陷逐一進行詳細分析，包括缺陷活性判斷、缺陷發展分析和缺陷類型演化，如表2所示。金屬損失缺陷的分類標準參照SY/T 6597-2018《油氣管道內檢測技術規范》附錄D進行，如圖1所示。圖中A為幾何參數：若管道公稱壁厚t<10 mm，則A=10 mm；若t≥10 mm，則A=t。

表2 缺陷分析

注：X、Y的選擇可以根據管道運行情況確定，如有些公司規定X=70，Y=40。

圖1 金屬損失缺陷分類

2.4 符合性分析

選取適當的開挖點進行現場開挖，對開挖后的缺陷用無損檢測方法進行檢驗，并對缺陷尺寸進行測量，開挖驗證也是對內檢測結果進行驗證的過程[3]。將現場開挖檢測的缺陷數據與內檢測的缺陷數據放在一起，采用回歸分析比對法，進行數據符合性分析，如圖2所示，并對檢測誤差進行統計分析，從而對內檢測數據的整體準確性進行評估。其中，漏報、深度低報、RPR低報將會威脅管道系統安全；誤報、深度過報、RPR過報將造成管理資源浪費；現場開挖檢測發現的嚴重的缺陷，但在內檢測數據中沒有體現出來，則可認為是內檢測驗證缺陷漏檢。

圖2中，虛線1和3分別代表內檢測與開挖數據相差10%或10 cm的邊界線。由圖2可見，大部分長、寬、深數據落在邊界線內，僅有少量數據在邊界范圍外，其中較為明顯的一處，為缺陷寬度的低報，內檢測數據顯示缺陷寬度為15 cm，實測缺陷寬度為55 cm，這種低報將威脅管道系統的安全。

圖2 內檢測與開挖實測數據符合性分析

3 典型案例

某天然氣管道投產于1998年，基本情況如表3所示，分別于2005年和2010年進行了兩輪管道內檢測。該管道兩輪內檢測均由同一內檢測方進行，經關鍵點數據對齊分析發現，兩輪數據在絕對里程上存在約40 m的誤差，表4為兩輪內檢測缺陷數據對齊的部分結果展示，在對距離進行修正后實現里程匹配和特征對應。

圖3和圖4分別為2005年和2010年兩輪內檢測中內腐蝕缺陷的分布情況。結果表明：管道內腐蝕缺陷集中出現于管道底部(時鐘位置4∶00～8∶00)，說明管道底部腐蝕較嚴重；相較于2005年，2010年內腐蝕缺陷有了不同程度的發展，同時出現大量新的腐蝕缺陷點，表明該管道內腐蝕在2005-2010年間仍有發展。

對比兩輪內檢測中里程為4.75～5.20 km的缺陷尺寸，采用歷史平均腐蝕速率計算模型，計算得該管道在2005-2010年的腐蝕增長速率為0.437 mm/a，如圖5所示。根據該腐蝕速率，預計到2016年管道出現的壁厚最大損失為70%。根據內檢測數據分析結果，為了延長管道的服役時間，建議業主在后續的生產運營過程中，適當進行工藝參數調整和優化：(1) 適當增加產量，從而降低該管道內部積水的可能性；(2) 加強清管作業，減少管道內部積水和沉積物；(3) 進行緩蝕劑控制，全面降低腐蝕速率。

表3 管線基本情況

表4 兩輪內檢測缺陷數據對齊(部分)

(a) 沿管道軸向分布

(b) 沿管道環向分布

(a) 沿管道軸向分布

(b) 沿管道環向分布

圖5 內腐蝕增長速率(深度、長度、ERF)

4 結束語

內檢測數據的進一步挖掘和運用，是管道完整性管理水平提升的體現。因此有必要開展基于關鍵特征點和缺陷數據的管道內檢測數據對齊和整合分析，以及內檢測數據質量分析、缺陷發展及類型分析等工作。同時，根據案例分析可得，針對兩輪內檢測數據進行深度分析，可獲取缺陷發展規律，同時可結合管道腐蝕直接評估方法，明確管道腐蝕缺陷的增長速率。因此，內檢測數據的深度分析為管道的安全、可靠、高效運行和后續管道完整性管理方案的制定提供數據支撐。