成品油長輸管道完整性評價與維修響應(yīng)

郭愛玲

(中國石化銷售有限公司華中分公司 湖北 武漢 430000〕

埋地長輸管道本體缺陷是威脅管道安全運行的重要因素，長時間處于不可預(yù)測的狀態(tài)。采用常規(guī)的射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測等外檢測手段需裸露管體，并受作業(yè)時間、作業(yè)面大小、勞動力強度等限制，無法徹底地發(fā)揮檢測作用，檢測水平相對有限[1]，不適用于長輸管道缺陷檢測。

目前，管道內(nèi)檢測是應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的長輸管道缺陷檢測技術(shù)。近幾年，成品油管道已陸續(xù)實施了內(nèi)檢測，獲取了大量的管道信息。管道缺陷信息采集、缺陷評價、維修維護的循環(huán)管理已成為完整性管理的重要環(huán)節(jié)，在保障管道安全運行、預(yù)防事故方面發(fā)揮著舉足輕重的作用[2]。如何充分利用檢測數(shù)據(jù)，評估管道安全狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)管道存在的隱患，制定合理的維修維護計劃和管理措施，實現(xiàn)優(yōu)化搶維資源配置，降低管道安全運行成本是管道企業(yè)面臨的重要課題。

文中內(nèi)檢測的某成品油管道運行時間已超過8年，除水聯(lián)運投產(chǎn)清管外，期間未進行任何清管。途經(jīng)區(qū)域有河流、魚塘、丘陵、農(nóng)田、荒地、公路、鐵路、廠礦等復(fù)雜地貌。為全面掌握管道安全狀況，對該管道實施了幾何變形檢測和三軸漏磁內(nèi)檢測，并對采集的數(shù)據(jù)進行分析，提出了相應(yīng)的維修維護建議。

1 內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

1.1 金屬損失統(tǒng)計分析

此次檢測共發(fā)現(xiàn)金屬損失540處，其中內(nèi)部金屬損失279處，外部金屬損失261處。金屬損失的平均深度為正常壁厚的9 %，最深的外部金屬損失深度為管道正常壁厚的100 %，位于里程60 643.902 m處。最深的內(nèi)部金屬損失深度為管道正常壁厚的39 %，位于里程55 122.365 m處。

金屬損失可能為腐蝕或管材本身存在的缺陷，或在管道制造、防腐、運輸和敷設(shè)過程中產(chǎn)生的缺陷。金屬損失信息見表1。

表1 金屬損失統(tǒng)計表 處

檢測發(fā)現(xiàn)管道外部金屬損失較內(nèi)部金屬損失嚴重，其中外部金屬損失平均深度為11 %wt，而內(nèi)部金屬損失的平均深度是正常壁厚的7 %。大部分外部金屬損失深度在10 %以內(nèi)，深度大于等于壁厚10 %的點占所有外部金屬損失的33 %，深度大于等于10 %wt的內(nèi)部金屬損失有35處。而大部分內(nèi)部金屬損失深度在10 %以內(nèi)，深度大于等于壁厚10 %的點占所有內(nèi)部金屬損失的12 %，深度大于等于20 %wt的內(nèi)部金屬損失僅有8處。所有金屬損失深度沿里程分布見圖1。可以看出，在管道檢測里程59 000 m～60 000 m附近，外部金屬損失存在聚集趨勢，且深度較大的金屬損失基本集中在該區(qū)域。

圖1 金屬損失沿里程分布圖

1.2 金屬損失沿環(huán)焊縫的分布

所有金屬損失沿環(huán)焊縫的分布情況見圖2?？梢钥闯?，外部金屬損失在環(huán)焊縫周圍存在聚集分布趨勢。經(jīng)檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，261處外部金屬損失中有113處金屬損失位于環(huán)焊縫兩側(cè)200 mm范圍內(nèi)，占比43.3%。所有金屬損失在時鐘方位上分布雜散。結(jié)合檢測數(shù)據(jù)可以看出，所有113處金屬損失分別位于98處管道補口上，其中有5處位于管道彎頭上，35處位于環(huán)焊縫上，73處位于其他位置。

圖2 金屬損失沿環(huán)焊縫的分布情況

2 管道完整性評價

2.1 當前剩余強度評價

2.1.1 基于缺陷長度和深度的評價

考慮成品油管道特點，采用ASME B31G修訂版對金屬損失進行剩余強度評價，評價時主要使用金屬損失的長度和深度數(shù)據(jù)，忽略缺陷寬度和其它載荷對其強度的影響。為了判斷剩余強度評價后的缺陷是否需要立即維修及缺陷的嚴重程度，引入了預(yù)估維修比概念。預(yù)估維修比(ERF)定義式[3]如下：

式中：MAOP是管道最大允許操作壓力，SWP是缺陷處的安全操作壓力。其中，該管道MAOP取值為9.8 MPa。

Sflow=1.1×SMYS

當z>50時，M=0.032z+3.3

式中：Pf為缺陷失效壓力，MPa；SF為安全系數(shù)；D為管道外徑，mm；t為管道公稱壁厚，mm；d為腐蝕缺陷深度，mm；Sflow為流變應(yīng)力；M為膨脹因子；L為腐蝕缺陷軸向投影長度，mm；SMYS為最小屈服強度。由于管道沿線地區(qū)等級多變，對管道壁厚7.1 mm和9.5 mm管段分別按設(shè)計系數(shù)0.72和0.6計算。

結(jié)合管道企業(yè)管道完整性管理相關(guān)規(guī)定及缺陷評價標準[3,4]，該管道腐蝕缺陷立即響應(yīng)的判定條件為：

通過計算，10個ERF值最高的金屬損失缺陷列表見表2?？梢钥闯觯?0個ERF值最高的金屬損失缺陷均發(fā)生在壁厚7.1 mm上。在最大安全操作壓力9.8 MPa下，存在2處金屬損失缺陷ERF大于1，需立即修復(fù)，分別位于60 643.902 m和60 603.368 m處，對應(yīng)深度分別為100 %wt和79 %wt。0.9≤ERF<1的金屬損失數(shù)量為4處，3處金屬損失點SWP低于當前管道設(shè)計壓力10 MPa，剩下537處金屬損失點中最小安全工作壓力為10.569 MPa，對應(yīng)缺陷點金屬損失深度為管道壁厚61 %，位于管道60 608.681 m處。結(jié)合金屬損失深度和基于ERF的剩余強度評價結(jié)果，可以看出前5處金屬損失缺陷需要立即修復(fù)(具體情況詳見表2所示)。

表2 10個ERF值最高的金屬損失(考慮缺陷長度深度)

2.1.2 基于缺陷寬度和深度的評價

采用Kastner[5]模型，基于缺陷寬度和深度評價金屬損失缺陷失效壓力。計算公式如下：

其中，c為管道半環(huán)向長度，mm；R為管道半徑。

表3 10個ERF值最高的金屬損失點的失效壓力(考慮寬度和深度)

通過評價，在最大操作壓力9.8MPa下，有1處深度為100%wt的外部金屬損失需要立即維修。

2.2 管道未來完整性評價

2.2.1 金屬損失生長速率

缺陷計劃響應(yīng)時間與缺陷深度和長度的生長速率相關(guān)[6]。由于本次檢測為首次檢測，且管道運營時間已超過8年，考慮到腐蝕發(fā)展的不確定性，依據(jù)金屬損失生長速率保守估算的原則，本次金屬損失生長速率使用半壽命[7]的方法進行計算。半壽命法金屬損失生長速率計算公式如下：

其中：RML為金屬損失的生長速率，mm/a；d為金屬損失深度，mm；T1為管道檢測日期；T0為管道投產(chǎn)日期。

考慮不同土壤環(huán)境對腐蝕速率的影響，將金屬損失生長速率分段計算，分別計算每一管段中金屬損失缺陷的腐蝕速率，并以每一管段缺陷中腐蝕速率的最大值作為該節(jié)管段的腐蝕速率，從而得到管道內(nèi)外金屬損失的腐蝕速率，見表4。

表4 內(nèi)部和外部金屬損失腐蝕速率

2.2.2 維修響應(yīng)時間和再檢測周期

相關(guān)文獻[3,4,7-10]中以缺陷深度達到管道壁厚的80%或ERF達到1為計劃響應(yīng)時間。但考慮到此管段缺陷點開挖驗證效果及管道周圍雜散電流干擾情況，因此，以金屬損失深度達到60 %wt或ERF達到1作為維修臨界點，根據(jù)表4中不同管段金屬損失點的腐蝕速率，確定相應(yīng)剩余壽命，并針對所有金屬損失深度不小于10 %wt的金屬損失缺陷進行計劃響應(yīng)時間預(yù)測。圖3為金屬損失計劃響應(yīng)時間沿里程的分布圖。自檢測結(jié)束的時間開始計算，除立即修復(fù)的5處缺陷外，計劃維修響應(yīng)時間在1到5年之內(nèi)的金屬損失點數(shù)量分別為6處、38處、9處、10處、17處，共計80處。檢測里程59 000 m～65 000 m之間外部金屬損失密集，且較為嚴重的金屬損失缺陷基本都集中在該區(qū)段內(nèi)，在所有80處5年內(nèi)需要修復(fù)的缺陷中占到48處。因此，建議對該區(qū)段管道進行重點關(guān)注，開展外防腐系統(tǒng)檢測或雜散電流檢測，查找缺陷產(chǎn)生原因。

圖3 金屬損失點計劃響應(yīng)時間沿里程分布

結(jié)合管道運營的實際情況，輸油管道如存在高后果區(qū)，管道再檢測周期最長不超過8年[11]。但考慮本次檢測為該管道的首次檢測，雖然檢測發(fā)現(xiàn)缺陷數(shù)量較少，但管道存在較多深度較大的外部金屬損失，建議對該管道再次檢測的時間間隔為5年，最遲不超過8年。

3 結(jié)論

通過對該成品油管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進行的統(tǒng)計分析與完整性評價，發(fā)現(xiàn)該管道完整性狀況并不十分樂觀，且在檢測里程59 000～65 000 m之間存在外部金屬損失聚集現(xiàn)象。主要結(jié)論如下：

(1)內(nèi)檢測共發(fā)現(xiàn)金屬損失點540處，其中內(nèi)部金屬損失279處，外部金屬損失261處。最大外部金屬損失深度為壁厚100 %，位于該檢測里程60 643.902 m處。最深的內(nèi)部金屬損失深度為管道正常壁厚的39 %，位于里程55 122.365 m處。

(2)部分管道補口處存在外部金屬損失，應(yīng)結(jié)合金屬損失沿里程分布情況確定可能破損的補口位置，并依據(jù)補口處金屬損失深度進行選擇性開挖，評判管道補口是否存在問題，或是日常維護及下次內(nèi)檢測時關(guān)注補口處金屬損失是否增長，確定存在問題的補口。

(3)在評價壓力9.8MPa下，采用Modified B31G方法對金屬損失缺陷進行剩余強度評價，有2處深度分別為100 %wt和79 %wt的外部金屬損失需要立即維修；使用Kastner進行剩余強度評價，有1處深度為100 %wt的外部金屬損失需要立即維修。結(jié)合金屬損失深度和剩余強度評價表明，需要立即修復(fù)的金屬損失點為5處，里程分別為60 643.902 m、60 603.368 m、60 640.357 m、60 608.681 m、60 561.745 m。

(4)按照半壽命方法分段確定內(nèi)部金屬損失和外部金屬損失生長速率，計算計劃維修類金屬損失缺陷的計劃響應(yīng)時間，共有80處金屬損失深度不小于10 %wt需要在5年內(nèi)修復(fù)。

(5)由于該管道存在較多深度較大的外部金屬損失，建議再次檢測的時間間隔為5年，最遲不超過8年。