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)計壽命周期內(nèi)，按照預(yù)定的設(shè)計功能，安全經(jīng)濟(jì)地輸送預(yù)定量的燃?xì)饣蛉加停枰柚诠艿纼?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)計分析，包括缺陷深度數(shù)量統(tǒng)計分析、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，計算缺陷生長速率，通過迭代的方法，計算缺陷發(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)營者計劃的維修周期和維修經(jīng)費(fèi)，制定合理的維護(hù)維修計劃，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)計算公式計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)驗公式計算得到的，在計算時，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，主要因為上述方法在操作時存在一定局限性，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．