油氣管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)深度分析

孫偉棟,楊 陽(yáng),張建昌,楊 萍,王修云,張 雷,路民旭

(1. 中石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司，徐州 221008； 2. 安科工程技術(shù)研究院(北京)有限公司，北京 102209；3. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 第三輸油處，銀川 750006； 4. 北京科技大學(xué)，北京 100083)

在我國(guó)，管道內(nèi)檢測(cè)是在役管道完整性評(píng)價(jià)的重要檢測(cè)手段。內(nèi)檢測(cè)(ILI)數(shù)據(jù)的分析處理是管道完整性評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性和精準(zhǔn)性會(huì)直接影響管道完整性評(píng)價(jià)的最終結(jié)果。常規(guī)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理，僅能給出需要立即開展維修維護(hù)的缺陷點(diǎn)信息和海量?jī)?nèi)檢測(cè)缺陷數(shù)據(jù)，在當(dāng)前管道完整性管理的時(shí)代背景下，這顯然無法滿足完整性管理要求。對(duì)檢測(cè)方提供的管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)的深度分析，進(jìn)一步挖掘管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)背后的內(nèi)涵，既有助于驗(yàn)證數(shù)據(jù)本身的準(zhǔn)確性，制定合理的管理決策，又可通過整合歷史數(shù)據(jù)及現(xiàn)有管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，開展缺陷根源性分析，最終準(zhǔn)確地反映管道的完整性狀況。

1 內(nèi)檢測(cè)技術(shù)工程背景

管道完整性評(píng)價(jià)是管道完整性管理的核心環(huán)節(jié)之一，是一種驗(yàn)證油氣管道管體完整性的方法。管道完整性評(píng)價(jià)工具包括水壓試驗(yàn)、內(nèi)檢測(cè)和直接評(píng)估。

水壓試驗(yàn)是根據(jù)設(shè)計(jì)和工作壓力標(biāo)準(zhǔn)將管道中充滿水，并在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)將壓力上升到特定水平。這是一種相對(duì)低端的技術(shù)方法，僅能發(fā)現(xiàn)臨界缺陷，其完整性結(jié)論只在測(cè)試當(dāng)時(shí)才有意義，常在新建管道和停用管道再啟用時(shí)使用。

管道內(nèi)檢測(cè)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(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中推薦優(yōu)先采用的管道完整性評(píng)價(jià)工具。根據(jù)NACE SP0102-2017《管道內(nèi)檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn),常見的內(nèi)檢測(cè)方法主要有常規(guī)漏磁檢測(cè)、環(huán)向漏磁檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、電磁超聲檢測(cè)。各種內(nèi)檢測(cè)方法的適用性如表1所示。

表1 內(nèi)檢測(cè)方法適用性

管道內(nèi)檢測(cè)的實(shí)施往往受限于現(xiàn)場(chǎng)工藝情況(是否具有收發(fā)球裝置)、管道口徑、壓力等，并不能針對(duì)所有管道順利開展，此時(shí)常會(huì)采用直接評(píng)估方法代替。直接評(píng)估方法運(yùn)用從管道間接調(diào)查和直接詳細(xì)檢查中獲取的信息以及所有其他相關(guān)信息(如設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和操作數(shù)據(jù))對(duì)管道的完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該過程包括預(yù)評(píng)價(jià)、間接檢測(cè)、直接檢查和后評(píng)價(jià)四個(gè)步驟。對(duì)于與時(shí)間相關(guān)的缺陷類型，使用的三種直接評(píng)估檢測(cè)方法為內(nèi)腐蝕直接評(píng)估(ICDA)、外腐蝕直接評(píng)估(ECDA)和應(yīng)力腐蝕開裂直接評(píng)估(SCCDA)。

2 管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析的基本方法與要點(diǎn)

在充分收集管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)和其他與管道完整性相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過開展數(shù)據(jù)對(duì)齊與整合工作，來發(fā)掘內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)背后潛在的管道完整性信息。

管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊的主要內(nèi)容包括[1]：根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確比對(duì)管道焊縫信息，確定管道焊縫、特征點(diǎn)位置以及精確里程；確定管道活性腐蝕點(diǎn)和腐蝕速率，識(shí)別新的管道腐蝕點(diǎn)；確定同一檢測(cè)公司檢測(cè)器的性能和適用性，對(duì)比不同檢測(cè)公司管道內(nèi)檢測(cè)能力。

管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊可以分為關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)齊(第一階段)和缺陷匹配分析(第二階段)兩個(gè)階段。

第一階段，基于管道焊縫和里程數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)齊分析。孫浩等[2]歸納總結(jié)了其主要步驟。關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)的對(duì)齊，會(huì)受到管道建設(shè)資料準(zhǔn)確性、里程-高程-實(shí)際管長(zhǎng)差、地面標(biāo)識(shí)盒位置設(shè)置合理性、檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素的影響，通?？刹捎没趯?shí)際控制點(diǎn)的線性誤差法即“橡皮筋方程式”進(jìn)行修正。

第二階段，在關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)齊的基礎(chǔ)上，根據(jù)管道內(nèi)檢測(cè)報(bào)告的缺陷里程位置(包括絕對(duì)里程和相對(duì)里程)、時(shí)鐘位置及內(nèi)外表面識(shí)別結(jié)果等，開展缺陷匹配。在當(dāng)前內(nèi)檢測(cè)器普遍技術(shù)精度下，基于第一階段關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)齊結(jié)果，缺陷在管節(jié)上的相對(duì)里程位置、時(shí)鐘位置和內(nèi)外表面識(shí)別結(jié)果往往誤差較小。

當(dāng)數(shù)據(jù)對(duì)齊工作全部完成后，可按照嚴(yán)重缺陷分析、缺陷分布規(guī)律分析、缺陷發(fā)展與類型化分析和符合性分析的順序,開展內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的深度分析。

2.1 嚴(yán)重缺陷分析

在內(nèi)檢測(cè)公司提供的管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告中，有兩個(gè)重要的評(píng)估參數(shù)，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(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行初步分析，可以篩選出在當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下可能威脅到管道完整性和生產(chǎn)安全性的金屬損失缺陷，由管道管理方根據(jù)經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)險(xiǎn)的平衡合理確定篩選的參數(shù)臨界值。

2.2 缺陷分布規(guī)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(bǔ)口帶下異常等。在內(nèi)檢測(cè)缺陷分布規(guī)律分析中，應(yīng)針對(duì)不同的管道缺陷，分別關(guān)注其相應(yīng)的關(guān)鍵指標(biāo)。對(duì)于金屬損失缺陷，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注缺陷的深度指標(biāo)，同時(shí)兼顧管節(jié)壁厚數(shù)據(jù)綜合評(píng)判其損失速率(對(duì)于腐蝕導(dǎo)致的金屬損失，其腐蝕速率指標(biāo)尤其重要)。對(duì)于凹陷變形缺陷，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注缺陷的變形量和時(shí)鐘位置，變形量反映了管體變形的程度，而時(shí)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(shè)期未清理干凈的石塊等堅(jiān)硬物與管道接觸導(dǎo)致，管道頂部的變形多由管道施工回填時(shí)堅(jiān)硬物砸落或機(jī)械損傷、第三方破壞等因素造成。對(duì)于焊縫異常缺陷，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注缺陷的寬度指標(biāo)，同時(shí)兼顧其異常程度評(píng)級(jí)。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(diǎn)關(guān)注相應(yīng)缺陷的關(guān)鍵指標(biāo)。內(nèi)檢測(cè)時(shí)通常僅會(huì)報(bào)告焊縫補(bǔ)口處的信號(hào)異常，但無法給出具體的異常指標(biāo)，因此針對(duì)補(bǔ)口帶下異常缺陷需要結(jié)合后續(xù)的開挖驗(yàn)證來逐一排查。

2.3 缺陷發(fā)展與類型化分析

對(duì)于有多輪內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的管道，可以通過多輪內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)之間的比對(duì)，對(duì)缺陷逐一進(jìn)行詳細(xì)分析，包括缺陷活性判斷、缺陷發(fā)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(biāo)準(zhǔn)參照SY/T 6597-2018《油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》附錄D進(jìn)行，如圖1所示。圖中A為幾何參數(shù)：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(jù)管道運(yùn)行情況確定，如有些公司規(guī)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(dāng)?shù)拈_挖點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開挖，對(duì)開挖后的缺陷用無損檢測(cè)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)缺陷尺寸進(jìn)行測(cè)量，開挖驗(yàn)證也是對(duì)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證的過程[3]。將現(xiàn)場(chǎng)開挖檢測(cè)的缺陷數(shù)據(jù)與內(nèi)檢測(cè)的缺陷數(shù)據(jù)放在一起，采用回歸分析比對(duì)法，進(jìn)行數(shù)據(jù)符合性分析，如圖2所示，并對(duì)檢測(cè)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的整體準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估。其中，漏報(bào)、深度低報(bào)、RPR低報(bào)將會(huì)威脅管道系統(tǒng)安全；誤報(bào)、深度過報(bào)、RPR過報(bào)將造成管理資源浪費(fèi)；現(xiàn)場(chǎng)開挖檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重的缺陷，但在內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)中沒有體現(xiàn)出來，則可認(rèn)為是內(nèi)檢測(cè)驗(yàn)證缺陷漏檢。

圖2中，虛線1和3分別代表內(nèi)檢測(cè)與開挖數(shù)據(jù)相差10%或10 cm的邊界線。由圖2可見，大部分長(zhǎng)、寬、深數(shù)據(jù)落在邊界線內(nèi)，僅有少量數(shù)據(jù)在邊界范圍外，其中較為明顯的一處，為缺陷寬度的低報(bào)，內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示缺陷寬度為15 cm，實(shí)測(cè)缺陷寬度為55 cm，這種低報(bào)將威脅管道系統(tǒng)的安全。

圖2 內(nèi)檢測(cè)與開挖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)符合性分析

3 典型案例

某天然氣管道投產(chǎn)于1998年，基本情況如表3所示，分別于2005年和2010年進(jìn)行了兩輪管道內(nèi)檢測(cè)。該管道兩輪內(nèi)檢測(cè)均由同一內(nèi)檢測(cè)方進(jìn)行，經(jīng)關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)齊分析發(fā)現(xiàn)，兩輪數(shù)據(jù)在絕對(duì)里程上存在約40 m的誤差，表4為兩輪內(nèi)檢測(cè)缺陷數(shù)據(jù)對(duì)齊的部分結(jié)果展示，在對(duì)距離進(jìn)行修正后實(shí)現(xiàn)里程匹配和特征對(duì)應(yīng)。

圖3和圖4分別為2005年和2010年兩輪內(nèi)檢測(cè)中內(nèi)腐蝕缺陷的分布情況。結(jié)果表明：管道內(nèi)腐蝕缺陷集中出現(xiàn)于管道底部(時(shí)鐘位置4∶00～8∶00)，說明管道底部腐蝕較嚴(yán)重；相較于2005年，2010年內(nèi)腐蝕缺陷有了不同程度的發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)大量新的腐蝕缺陷點(diǎn)，表明該管道內(nèi)腐蝕在2005-2010年間仍有發(fā)展。

對(duì)比兩輪內(nèi)檢測(cè)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(jì)算模型，計(jì)算得該管道在2005-2010年的腐蝕增長(zhǎng)速率為0.437 mm/a，如圖5所示。根據(jù)該腐蝕速率，預(yù)計(jì)到2016年管道出現(xiàn)的壁厚最大損失為70%。根據(jù)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為了延長(zhǎng)管道的服役時(shí)間，建議業(yè)主在后續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過程中，適當(dāng)進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化：(1) 適當(dāng)增加產(chǎn)量，從而降低該管道內(nèi)部積水的可能性；(2) 加強(qiáng)清管作業(yè)，減少管道內(nèi)部積水和沉積物；(3) 進(jìn)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(nèi)檢測(cè)缺陷數(shù)據(jù)對(duì)齊(部分)

(a) 沿管道軸向分布

(b) 沿管道環(huán)向分布

(a) 沿管道軸向分布

(b) 沿管道環(huán)向分布

圖5 內(nèi)腐蝕增長(zhǎng)速率(深度、長(zhǎng)度、ERF)

4 結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步挖掘和運(yùn)用，是管道完整性管理水平提升的體現(xiàn)。因此有必要開展基于關(guān)鍵特征點(diǎn)和缺陷數(shù)據(jù)的管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和整合分析，以及內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析、缺陷發(fā)展及類型分析等工作。同時(shí)，根據(jù)案例分析可得，針對(duì)兩輪內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，可獲取缺陷發(fā)展規(guī)律，同時(shí)可結(jié)合管道腐蝕直接評(píng)估方法，明確管道腐蝕缺陷的增長(zhǎng)速率。因此，內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的深度分析為管道的安全、可靠、高效運(yùn)行和后續(xù)管道完整性管理方案的制定提供數(shù)據(jù)支撐。