管道完整性評價方法選擇探討

中國石油華北油田分公司對外合作部

由于管材制造缺陷、腐蝕和第三方破壞等原因，油氣管道泄漏事故時有發生[1]。完整性評價是通過預防管道運行中的腐蝕風險提高管道安全性的方法。管道完整性評估包括基線評價、試壓評價、缺陷適用性評價、復雜地段管道評價、管道運行安全評價、外腐蝕直接評價（ECDA）、內腐蝕直接評價（ICDA）、應力腐蝕開裂直接評價（SCCDA）等技術[2]。采用先進、適用的完整性評價技術，識別管道缺陷并及時修復，保證管道系統安全性和可靠性，是管道管理者的重要任務[3]。目前管道完整性評價技術標準較為系統、全面，但在實際應用過程中，管道企業根據管道實際特點，選擇適宜的完整性評價方法時，還缺少相應的指導原則和依據[4]。我國長輸管道已全面實施完整性管理程序，應建立一套適合我國國情、科學合理的完整性評價方法選擇準則。

1 完整性評價標準現狀

美國是世界上最早針對危險液體管道和輸氣管道實施完整性管理的國家[5]，完整性核心技術標準為ASME B31.8S—2014《氣體管道完整性管理系統》和API Std 1160—2013《危險液體管道完整性管理規范》。其完整性評價方法包括直接評價（外腐蝕直接評價、內腐蝕直接評價、應力腐蝕開裂直接評價）、內檢測和壓力試驗，制定的技術標準見表1。

近年來我國管道行業通過自主研發和采標，制定了直接評價、內檢測和壓力試驗標準。

（1）直接評價法：行業標準SY/T 0087—2018《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準》。

表1 美國完整性評價方法現用標準Tab.1 Existing integrity assessment method standards of USA

（2）內檢測：國家標準GB/T 27699—2011《鋼質管道內檢測技術規范》；行業標準SY/T 6825—2011《管道內檢測系統的鑒定》，修改采標舊版API 1163—2005（MOD）；行業標準SY/T 6889—2012《管道內檢測》，修改采標舊版NACE RP0102—2010（MOD）；行業標準SY/T 6597—2014《油氣管道內檢測技術規范》。

（3）壓力試驗：國家標準GB/T 16805—2009《液體石油管道壓力試驗》，修改采標舊版API RP 1110—1997（MOD）；GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規范》和GB 50253—2014《輸油管道工程設計規范》規定新建管道壓力試驗要求；行業標準SY/T 5922—2012《天然氣管道運行規范》規定在役管道壓力試驗要求。

2 完整性評價方法選擇原則

2.1 NACE SP0113—2013簡介

美國標準NACE SP0113—2013《管道完整性評價方法選擇/Pipeline Integrity Method Selection》規定了氣體和危險液體管道完整性評價方法選擇指南，也為管道運營商選擇適用于管道實際狀況的完整性評價方法提供了靈活的依據。該標準系統總結了直接評價、內檢測和壓力試驗的優缺點及適用范圍，其重要創新是提出了首次評價和二次評價時技術決策應考慮的風險因素，以及后續評價中使用首次評價所使用技術或者使用其他評價技術的注意事項。限于篇幅，僅列出NACE SP0113中完整性評價方法選擇的指導原則，以供參考。

2.2 首次完整性評價方法選擇原則

選擇直接評價、內檢測或壓力試驗，應了解每種技術在管道運行維護中的優勢和限制條件。決策管道首次完整性評價采用何種技術應考慮下列因素：

（1）運行壓力與管材標準屈服強度的比值。管理者應確定管道最小破裂壓力的限值，隨著運行壓力與管道標準屈服強度比值增加，管道破裂失效可能性和失效后果都會增加。如運行壓力高于該值，優先采用內檢測法。

（2）管段長度與管徑。對于較長的管段，使用壓力試驗或者直接評價的成本更高，例如壓力試驗需要管道停輸、清管，可能造成收入損失，而直接評價法需要多處開挖和相關修復成本，因此內檢測是首選技術。對于小口徑管道，壓力試驗是最佳選擇，內檢測或直接評價作為備選方法。小口徑管道壓力試驗注意事項包括管線是否可隨時停止使用，管段長度、試驗介質可用性以及安全性和環境問題。

（3）清管通過性。清管通過性指滿足清管器從起點運行到終點不發生堵塞，主要考慮下列管道特性：①內檢測器可通過管道直徑或者變管徑的尺寸范圍；②管道清潔度，可能發生堵塞的管段；③管道運行壓力，以規定速度驅動清管器，清管器運行速度控制在1～3 m/s；④彎曲半徑小于1.5D的管件；⑤管道干線閥門（壓力調節閥、截斷閥）應為全通徑球閥；⑥在無清管器擋條情況下，所有大于50%D的三通可以通過清管器；⑦清管器收發球筒的尺寸和長度，安裝收發球筒或者臨時收發球筒進行清管作業。

（4）屏蔽。外腐蝕直接評價不適用于檢測介電常數很高的涂層剝離的情況，會造成屏蔽，可應用直流電壓梯度法或者電流衰減法。

（5）腐蝕風險。存在嚴重腐蝕風險的管道，內檢測可給出剩余壁厚和缺陷特征信息，比直接評價或壓力試驗更為理想。

（6）管道路權帶可接近性和開挖數量。應采用直接評價法對管道通行權進行評估，確定不能進行地面檢測的管道位置，或者不能對檢測結果進行驗證的情形，例如深埋管線、長套管穿越管線、水道管線等。

（7）嚴重干擾腐蝕檢測的風險。直流、交流或雜散電流會妨礙外腐蝕檢測技術的應用，所以存在嚴重干擾腐蝕檢測風險的管段不能應用直接評價法，應采用內檢測或者壓力試驗。

（8）焊縫風險。如管段中含低頻電阻焊接的環焊縫，應選擇評價焊縫完整性和腐蝕異常的方法，如管段已發生焊縫失效，或者5年內存在管道運行壓力超過最大允許運行壓力的情形，應選擇多種評價焊縫完整性和腐蝕異常的方法。優先選擇壓力試驗，在1.25倍最大允許運行壓力下進行強度試驗，如不能進行壓力試驗，內檢測作為備選方法。

（9）經濟成本。針對較短管段，實施全部開挖、直接評價或者壓力試驗，相對于內檢測更具有經濟性。城市中心、人口密集區或者難以接近開挖的管段難以實施直接評價，應用壓力試驗和內檢測方法更具經濟性。

2.3 后續完整性評價方法選擇原則

一般確定的首次完整性評價方法的依據準則可用于后續定期評價。應考慮首次完整性評價后的變化條件，以及不同評價方法的優點，獲取不同類型的數據，以便更好地控制腐蝕。例如首次采用內檢測，第二次評價可采用直接評價，確定首次評價的金屬損失是否處于有效腐蝕防護水平。決策二次評價使用的完整性評價方法應考慮的因素有：

（1）首次評價結論。經過內檢測或直接評價的管段，應進行直接檢查進行驗證，直接檢查結果用于提升首次評價的置信度。如管道通過內檢測，應給出管道清潔度評估結論，再次應用內檢測時管道清潔度可能會影響內檢測器磨損、收集數據的完整性以及影響清管器運行穩定性。

（2）不同完整性評價方法在二次評價的可行性：①二次評價中使用外腐蝕直接評價，如果減緩方案是成功的，則后續評價中要求的開挖數量降低，重新檢驗的開挖成本也降低，即直接評價是成本最低的再評價方法。如果首次評價使用內檢測方法，二次評價選擇外腐蝕直接評價的優勢在于可以對陰極保護數據進行整合，以便更好地預測長期腐蝕趨勢。②如果首次評價使用內檢測，二次評價使用內檢測，管道清管后清潔度提高，內檢測成本顯著降低。如果首次評價使用直接評價，后續評價改為采用內檢測。可對兩種評價方法數據進行整合，以便確定和預測已經發生的腐蝕和未來發生腐蝕的趨勢。③如果首次評價使用外腐蝕直接評價檢測法證明存在屏蔽，管線可能產生大范圍腐蝕，采用內檢測是重新實施首次評價和再評價的最佳選擇。④如果首次評價使用壓力試驗，二次評價中使用直接評價或者內檢測，可提供管道監控和減緩措施可行性的信息；二次仍可繼續使用壓力試驗，可驗證失效點未出現異常。如首次采用直接評價或者內檢測，采用壓力試驗作為后續評價，可驗證失效點未出現異常。⑤連續使用內檢測可給出各個位置隨時間的累積壁厚損失，如整合地面測量和內檢測數據，測量陰極保護有效性也是完整性管理的重要組成部分。

（3）管道操作規程、規范和法規變更。管道完整性管理一項重要內容是評價管道是否符合最新的法規和標準規范。二次評價前應確定首次評價的法規、標準和規范是否變更，以選擇符合實際情況的完整性評價方法。

（4）兩次定期評價之間發生的重大事件。選擇評價方法應考慮兩次定期評價之間發生的重大事件。如果發生泄漏或者破裂，應評估再檢測間隔。重大事件包括下列情形：①新的風險因素、風險等級增加，或者穩定風險變成不穩定風險，例如內腐蝕和應力腐蝕開裂造成的管道失效，低頻電阻焊接的環焊縫開裂造成油氣泄漏等。②首次評價后，管道發生腐蝕泄漏（實際腐蝕速率高于預計腐蝕速率）。二次評價前應分析評價方法是否正確，是否能準確檢測到導致失效的缺陷種類或者尺寸，必要時更換評價方法。③首次評價后管道運行壓力變化或者換管，以往由于壓力不足或者管道變形問題，無法清管的管道，應對清管可行性進行再次評審。

（5）后評價和減緩措施。管道完整性評價的后評價階段以及直接評價法和內檢測法都應確定首次評價的適用性。針對首次評價結果采取的減緩或者修復措施，可能影響二次評價方法的選擇。首次評價后的減緩措施可能影響后續評價的有效性，例如存在陰極保護屏蔽條件下，補充或增加陰極保護電源也不能提供充分的腐蝕防護。

（6）根本原因分析。根本原因分析應給出在特定位置發生腐蝕的原因，例如由于涂層或巖石屏蔽引起的腐蝕損失，當外腐蝕直接評價法無法檢測時應將內檢測作為備選評價方法。

3 完整性評價標準存在的問題

目前管道完整性評價技術標準較完善，主要問題是缺少完整性評價方法的決策依據和選擇原則。如何根據管道實際特點，以及成本、停輸、清管等因素，選擇適宜的完整性評價方法，管道企業做法不一致，不利于我國長輸管道完整性管理的統一化和規范化[6]。國家標準GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規范》規定了完整性評價方法和技術要求，但未系統總結各種完整性評價方法的特點、優缺點、適用性及選用原則，具體表現在：

（1）針對完整性評價方法選擇多為指導性原則。例如宜優先選擇基于內檢測數據的適用性評價方法進行完整性評價。如管道不具備內檢測條件，宜改造管道使其具備內檢測條件。對不能改造或不能清管的管道，可采用壓力試驗或直接評價等其他完整性評價方法。

（2）缺少二次完整性評價方法選擇要求，特別是與首次完整性評價方法不同時的影響，缺少相關規定。例如宜根據管道缺陷特征或可能新出現的缺陷，選擇不同的檢測評價技術或多種技術方法組合。

（3）我國的內檢測標準行業標準SY/T 6825—2011 《管道內檢測系統的鑒定》 和行業標準SY/T 6889—2012《管道內檢測》均來源于美國的相關舊版標準。

4 對策和分析

4.1 直接評價技術

直接評價是對管道防腐層狀況進行檢測和評價的技術，特別適用于因管壁內環境差、雜質積液多、蠟沉積嚴重等清管困難，無法進行內檢測的管道，以及不能停輸進行壓力試驗的管道[7]。但水平定向鉆穿越管段和套管穿越鐵路、公路管段實施腐蝕檢測技術較困難，且存在交直流干擾管段和防腐層剝離管段，電磁法的檢測效果都不好，以上情況應考慮選擇其他外評價方法[8]。

4.2 壓力試驗

相對新建管道，在役管道試壓難度大，需要進行停輸、介質置換清除、清管、干燥等，還需考慮經濟性和安全因素[9]。美國油氣管道聯邦法規49CFR 195規定可根據風險水平選擇其他檢測方法代替壓力試驗，風險水平較低的地區可選擇內檢測或超聲內檢測代替壓力試驗，高風險地區必須進行液體試壓。

對于腐蝕嚴重的管道，壓力試驗是驗證管道承壓能力的首選方式[10]。國家標準GB 32167規定服役超過40年的管道，宜按照運行壓力1.1倍試壓，管道試驗壓力不超過設計壓力。

相對水和空氣，在役管道采用液體石油作為試壓介質具有優越性。國內標準缺少液體石油試壓的規定，美國標準API RP 1110規定除在環境敏感區和人口聚集區，在保證嚴密監視、通信暢通，并制定泄漏應急預案條件下，可采用不易快速揮發的液體石油作為試壓介質。

4.3 內檢測

目前國內外法規標準均將內檢測作為優先選擇方法。目前內檢測技術正向高精度、多功能、精細化和多樣化方向發展，國外研發機構GE-PII、ROSEN、TDW及Enduro的內檢測技術處于領先地位，已開發多種系列包括三軸高精度漏磁、電磁超聲、超聲波、聲發射的管道內檢測器，可精確定位金屬損失、裂紋、幾何變形、陰極保護狀況、微泄漏等管體異常[11]。

5 結論和建議

（1）美國已制定外腐蝕直接評價、內腐蝕直接評價、應力腐蝕開裂直接評價、內檢測和壓力試驗等方面的技術標準。我國通過采標和自主制定方式，與國外管道完整性評價標準技術層面基本一致，但我國現用的內檢測標準來源于美國舊版內檢測標準，在國家標準和行業標準系統性和協調性方面還需改進。例如應進一步整合內檢測標準，制定新的在役管道試壓標準，采標SY/T 6825—2011《管道內檢測系統的鑒定》和SY/T 6889—2012《管道內檢測》應參照在用國際標準。

（2）我國管道完整性評價標準的主要問題是缺少完整性評價方法的決策依據和選擇原則，如何根據管道實際特點，以及成本、停輸、清管等因素，選擇適宜的完整性評價方法，管道企業做法不一致，不利于我國長輸管道完整性管理的統一化和規范化。

（3）NACE SP0113—2013系統規定了管道完整性評價選擇方法的準則和依據，以及二次評價與首次評價使用不同評價方法時的優缺點和注意事項，綜合考慮了運行壓力、管道長度、管徑、清管通過性、屏蔽、腐蝕風險、路權帶狀況、干擾腐蝕、環焊縫風險和經濟成本等因素，具有借鑒和指導意義。

（4）建議修改采標NACE SP0113—2013《管道完整性方法選擇》，制定國內石油行標《管道完整性評價技術選擇規范》，系統總結各種完整性評價方法的特點、適用性及選用時應考慮的相關因素，指導國內完整性評價工作的開展。