基于智能內(nèi)檢測(cè)的某海底管道的泄漏分析

(中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司，天津 300452)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化管道的建成，越來越多的研究者開始關(guān)注大數(shù)據(jù)環(huán)境下[1-2]管道完整性相關(guān)數(shù)據(jù)的深入挖掘和利用。對(duì)于管道智能內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)來說，若僅用來進(jìn)行缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，不免過于浪費(fèi)，更應(yīng)該關(guān)注檢測(cè)到的缺陷數(shù)據(jù)其背后的潛在信息，分析腐蝕的分布規(guī)律和異常，并分析異常的原因等，最大限度的提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的利用率，為管道的完整性管理決策提供更加科學(xué)的依據(jù)。如某雙層海底管道于2013年和2015年分別實(shí)施了漏磁內(nèi)檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該海管的內(nèi)管除了內(nèi)腐蝕缺陷外還存在大量外腐蝕缺陷，尤其是在里程890—1 890 m之間存在較多且較嚴(yán)重的外腐蝕，與常規(guī)情況嚴(yán)重不符。初步推測(cè)該管道存在漏點(diǎn)，為找到漏點(diǎn)，在對(duì)這2次檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)[3-4]的基礎(chǔ)上，從3個(gè)方面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析。①腐蝕缺陷隨里程的空間分布特點(diǎn);②腐蝕缺陷隨時(shí)間的發(fā)展特點(diǎn);③內(nèi)外腐蝕缺陷的對(duì)比。

1 管道概況

1.1 管道結(jié)構(gòu)

該海底管道結(jié)構(gòu)為雙層保溫管道，其結(jié)構(gòu)見圖1，內(nèi)管和外管之間密封且充滿保溫物質(zhì)，通常情況下，只有內(nèi)管內(nèi)壁接觸含腐蝕因素的輸送介質(zhì)，而內(nèi)管外壁幾乎不會(huì)產(chǎn)生大量的腐蝕缺陷。

圖1 海底管道結(jié)構(gòu)示意

1.2 2次檢測(cè)概況

2次內(nèi)檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 2次內(nèi)檢測(cè)概況

由表1可見，內(nèi)管外壁腐蝕缺陷在短短1年多的時(shí)間里由732個(gè)增加至1 976個(gè)，最大深度由42%增加至79%，腐蝕數(shù)量和程度的發(fā)展都較嚴(yán)重，不符合通常情況下雙層保溫海底管道的腐蝕分布規(guī)律。

2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 泄漏點(diǎn)的位置

2次內(nèi)檢測(cè)外腐蝕缺陷分布見圖2。

由圖2可見，在2次檢測(cè)中該管道均發(fā)現(xiàn)了大量的外腐蝕缺陷，且外腐蝕主要集中在890—1 890 m之間的這一段管段上。查閱管道施工圖(見圖3，摘自該管道完整敷設(shè)圖DWG-S/L-01-010-4)，該管道在大約890 m和1 890 m的位置各有1個(gè)錨固件(BULK HEAD)將內(nèi)外管連接在一起，使得這一段里程形成了1個(gè)密封的環(huán)空空間，空間里填充著無腐蝕性的保溫材料，在正常情況下該環(huán)空空間不會(huì)發(fā)生腐蝕。因此，懷疑該雙層管道在該段里程內(nèi)有泄漏點(diǎn)，導(dǎo)致腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入內(nèi)外管環(huán)空空間。環(huán)空空間的腐蝕性介質(zhì)是來自內(nèi)管泄漏還是外管泄漏，關(guān)于泄漏點(diǎn)的沿程位置確定，需要對(duì)缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析。

圖2 外腐蝕缺陷分布

圖3 管道鋪設(shè)圖(部分)

2.1.1 甄別泄漏點(diǎn)在內(nèi)管還是在外管

從外腐蝕缺陷沿程分布情況可知，缺陷數(shù)量沿程分布不均勻，且相隔1年多的時(shí)間里外腐蝕缺陷數(shù)量急劇增加，遠(yuǎn)超過內(nèi)腐蝕缺陷數(shù)量的增加程度。假如是內(nèi)管泄漏，則內(nèi)外管腐蝕性介質(zhì)成分相同，則外腐蝕發(fā)展應(yīng)該與890—1 890 m的內(nèi)腐蝕發(fā)展特點(diǎn)相似。而在該段里程內(nèi)從總量來說2次檢測(cè)結(jié)果顯示外腐蝕缺陷總量遠(yuǎn)超內(nèi)腐蝕缺陷總量，見圖4。

圖4 890—1 890 m管段2015年腐蝕缺陷分布

從增長程度來說，2次檢測(cè)結(jié)果顯示內(nèi)腐蝕缺陷數(shù)量增加不到200個(gè)，外腐蝕缺陷數(shù)量增加卻超過1 200個(gè)，是內(nèi)腐蝕缺陷增加數(shù)量的6倍之多，這說明環(huán)空區(qū)域內(nèi)介質(zhì)的腐蝕性遠(yuǎn)超過內(nèi)管輸送介質(zhì)，而海水由于未進(jìn)行絲毫的防腐處理等，具有非常強(qiáng)的腐蝕性，說明泄漏點(diǎn)位于外管上，外壁缺陷由海水腐蝕而產(chǎn)生。

2.1.2 確定泄漏點(diǎn)沿程位置

該段密封的環(huán)空空間內(nèi)部充滿了高密度聚乙烯發(fā)泡形式制作成的保溫層，只有漏點(diǎn)位置與外部海洋環(huán)境直接接觸，因此，環(huán)空內(nèi)的腐蝕性介質(zhì)海水的流動(dòng)性非常弱，這一點(diǎn)與管道內(nèi)部輸送的油品介質(zhì)流動(dòng)性差異很大。腐蝕性海水從泄漏點(diǎn)向兩邊傳播需要一定的時(shí)間，因此離泄漏點(diǎn)越遠(yuǎn)的位置，其接觸海水的時(shí)間應(yīng)該稍短；同時(shí)，海水在傳播過程中其腐蝕性成分從泄漏點(diǎn)就開始接觸鋼制管壁，進(jìn)而發(fā)生反應(yīng)被逐漸消耗，而且離漏點(diǎn)越近的位置其腐蝕性成分越快的得到補(bǔ)充。因此，離泄漏點(diǎn)越遠(yuǎn)的位置其接觸到的海水的腐蝕性應(yīng)該相對(duì)越弱，故可推測(cè)離泄漏點(diǎn)較近的位置因腐蝕成分含量較高其缺陷數(shù)量也較多，漏點(diǎn)附近應(yīng)該最多。故以200 m為分割長度，將里程890—1 890 m等距離分為5段，每段的缺陷數(shù)量見圖5。

圖5 2次檢測(cè)腐蝕缺陷分段對(duì)比

由圖5a)可見，無論是2013年還是2015年，在890 m—1 890 m范圍內(nèi)外腐蝕缺陷數(shù)量隨里程的增加呈先增后降的趨勢(shì)，在里程1 490—1 690 m管段缺陷數(shù)量達(dá)到最多，超過其他各段2倍還多；同時(shí)從2次檢測(cè)數(shù)量對(duì)比來看，該200 m長管段外缺陷數(shù)量在1年多的時(shí)間里增量(499個(gè))也遠(yuǎn)超過其他各段，而內(nèi)腐蝕缺陷的分段數(shù)量就沒有這樣的規(guī)律，見圖5b)，這與造成內(nèi)腐蝕的內(nèi)部介質(zhì)的流動(dòng)性和分布有很大關(guān)系。因此,推測(cè)泄漏點(diǎn)位于1 490—1 690 m之間的管段上。

2.2 泄漏時(shí)間分析

2.2.1 外腐蝕速率計(jì)算

對(duì)于有2次智能檢測(cè)數(shù)據(jù)的缺陷，其年腐蝕速率GR由2次腐蝕深度值計(jì)算而得。

(1)

式中：d2為后1次檢測(cè)的深度，%；d1為前1次檢測(cè)出的腐蝕深度，%；t為管道壁厚，mm；T為2次檢測(cè)時(shí)間間隔，年。

由于缺陷數(shù)量較多，逐個(gè)對(duì)比難度較大，考慮到檢測(cè)器的精度最終選擇深度超過30%的缺陷點(diǎn)共計(jì)51個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，結(jié)果見圖6。

圖6 外腐蝕缺陷腐蝕速率

腐蝕速率計(jì)算結(jié)果表明，51個(gè)缺陷點(diǎn)的腐蝕速率為0.935～3.928 mm/年，其中大部分缺陷的腐蝕速率為2～3 mm/年，這也說明海水的腐蝕性非常強(qiáng)，最大的腐蝕速率約為4 mm/年。

2.2.2 分析泄漏時(shí)間

根據(jù)的腐蝕速率計(jì)算結(jié)果，反推各個(gè)缺陷點(diǎn)開始發(fā)生腐蝕的時(shí)間。以首次智能檢測(cè)時(shí)間為反推的起始時(shí)間，反推結(jié)果見圖7，51個(gè)缺陷點(diǎn)中有47個(gè)缺陷點(diǎn)即超過90%的缺陷點(diǎn)在2年內(nèi)就發(fā)展達(dá)到2013年的程度。因此認(rèn)為腐蝕開始于首次智能檢測(cè)之前的0.43～1.93年之間。

圖7 腐蝕發(fā)生距首次檢測(cè)的時(shí)間

2.3 結(jié)果驗(yàn)證

該海管后期維修更換時(shí)，發(fā)現(xiàn)泄漏位置位于S065焊縫附近，見圖3。經(jīng)過與內(nèi)檢測(cè)報(bào)告比對(duì)，該焊縫的內(nèi)檢測(cè)里程為1 686 m，該位置與推測(cè)的漏點(diǎn)大概位置(1 490—1 690 m管段)相吻合。因此，漏點(diǎn)的位置推測(cè)得到了驗(yàn)證。對(duì)回收的管道進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)外環(huán)空之間存在海水的痕跡，而沒有油品介質(zhì)的痕跡，這也驗(yàn)證了此前的推測(cè)，漏點(diǎn)在外管上，腐蝕由海水造成。

3 結(jié)論

1)通過對(duì)該管道2次智能內(nèi)檢測(cè)得到的內(nèi)外腐蝕缺陷分布特點(diǎn)的分析，得出管道漏點(diǎn)的里程位置，并分析出是內(nèi)管漏還是外管漏，可為后續(xù)的維修維護(hù)提供依據(jù)。

2)通過對(duì)2次檢測(cè)到的外腐蝕缺陷的時(shí)間發(fā)展特性和缺陷點(diǎn)的腐蝕速率，可確定管道泄漏開始的時(shí)間。

3)對(duì)比該管道2次智能檢測(cè)得到的腐蝕缺陷深度可知，海水對(duì)碳鋼的腐蝕性非常強(qiáng)，碳鋼在海水中的腐蝕速率主要集中在2～3 mm/年，最快能達(dá)到4 mm/年。因此，一定要保證海底管道外部防腐措施的有效性。

海底管道的智能內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)來之不易，且作為油氣管道完整性管理數(shù)據(jù)中最重要的部分，有必要以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合外檢數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等進(jìn)行比對(duì)和分析，深入挖掘相關(guān)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，為后續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)營提供更加科學(xué)合理的依據(jù)。