基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的腐蝕分析與應(yīng)用技術(shù)

孫 鵬，孔吉民，高勇杰，侯建明

(1.四川德源管道科技股份有限公司，四川成都 610041； 2.國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司銀川輸氣分公司，寧夏銀川 750001)

0 引言

管道內(nèi)檢測技術(shù)是指運(yùn)用智能清管器在管道內(nèi)部逐級掃描，通過后期處理實(shí)現(xiàn)對管體缺陷類型、位置、尺寸的識別與量化，檢測系統(tǒng)包含無損檢測、數(shù)據(jù)采集與存儲等設(shè)備[1]。國內(nèi)于20世紀(jì)80年代開始管道檢測技術(shù)與設(shè)備的研究和應(yīng)用[2]。

通過內(nèi)檢測可獲得大量的管道本體信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，會展現(xiàn)出每個管道的附件特征以及缺陷的屬性信息和位置信息，屬性信息包括缺陷的軸向長度、徑向深度、環(huán)向?qū)挾龋晃恢眯畔ㄈ毕莸慕^對距離、所在管節(jié)、環(huán)向位置時鐘方位等[3-4]。內(nèi)檢測數(shù)據(jù)將管道本體狀態(tài)反映出來。根據(jù)GB 32167—2015中提出的基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的完整性評價方法，通過分析，結(jié)合專業(yè)檢測數(shù)據(jù)對管道本體潛在風(fēng)險進(jìn)行識別，降低管道風(fēng)險。

1 管道腐蝕原因分析

1.1 管道外腐蝕原因分析

針對管道外腐蝕的特點(diǎn)，電子通路為管道本體，相對穩(wěn)定；陽極、陰極、離子通路，在管道敷設(shè)環(huán)境條件下容易發(fā)生變化。管道外腐蝕也是從容易變化的3個條件來進(jìn)行控制，通過外涂層的方式切斷離子通路進(jìn)行外腐蝕控制；通過陰極保護(hù)方式平衡陽極與陰極的電位差進(jìn)行外腐蝕控制。因此，從管道大數(shù)據(jù)的角度來看，管道外腐蝕的發(fā)生主要是外部環(huán)境、涂層完整性、陰極保護(hù)有效性、雜散電流干擾等綜合影響的結(jié)果[5]。

1.2 管道內(nèi)腐蝕原因分析

管道內(nèi)腐蝕主要受輸送介質(zhì)、管道化學(xué)材料成分(組織結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài))和輸送工藝等方面的影響。材料不接觸電介質(zhì)溶液不會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，油氣中水含量越高，水的析出概率越高，發(fā)生腐蝕的概率越高[6]。因此，結(jié)合內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，管道內(nèi)腐蝕主要由于管道內(nèi)部存在積液造成。

2 基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的腐蝕分析與應(yīng)用

2.1 基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的外腐蝕分析與應(yīng)用

2.1.1 數(shù)據(jù)收集

針對外腐蝕分析，應(yīng)至少收集的數(shù)據(jù)如下：管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)；管道外檢測數(shù)據(jù)，如外防腐層檢測數(shù)據(jù)、雜散電流干擾數(shù)據(jù)等；管道中心線數(shù)據(jù)。

2.1.2 外腐蝕分析技術(shù)

針對外腐蝕分析，主要利用的分析技術(shù)為腐蝕缺陷多源數(shù)據(jù)比對分析[7]，即不同來源的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)對齊，數(shù)據(jù)基準(zhǔn)最好是以管道中心線數(shù)據(jù)建立；若無管道中心線數(shù)據(jù)，以內(nèi)檢測里程為基準(zhǔn)建立。

2.1.3 應(yīng)用案例

某管道于2009年2月投產(chǎn)，2016年對該段管道實(shí)施了腐蝕內(nèi)檢測。通過將收集到的管道中心線數(shù)據(jù)、內(nèi)檢測數(shù)據(jù)與管道外檢測數(shù)據(jù)，以管道中心線數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)建立對比關(guān)系，發(fā)現(xiàn)1處外腐蝕缺陷與涂層破損點(diǎn)存在相關(guān)性且該段管道伴隨較強(qiáng)烈的交流干擾(干擾程度：中)，缺陷信息見表1。

表1 缺陷對比信息表

通過對該缺陷進(jìn)行開挖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)管道防腐層破損處有明顯的1處關(guān)聯(lián)性外部金屬損失，且伴隨浮銹，見圖1。經(jīng)過現(xiàn)場測量，外腐蝕缺陷長58 mm、寬28 mm、深4.61 mm，缺陷深度為29.18%(缺陷附近非缺陷區(qū)域壁厚15.8 mm)。該處驗(yàn)證結(jié)果表明：管道防腐層破損點(diǎn)處，存在雜散電流干擾時，管道外腐蝕風(fēng)險明顯增大。因此，針對外腐蝕：定期開展涂層完整性檢測評價，確認(rèn)涂層的完整性；在日常電位測試過程中重點(diǎn)關(guān)注雜散電流波動情況，對于異常波動電位開展雜散電流專項(xiàng)檢測評價。

圖1 缺陷外貌圖

2.2 基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的內(nèi)腐蝕分析與應(yīng)用

2.2.1 數(shù)據(jù)收集

針對內(nèi)腐蝕分析，應(yīng)最大程度收集的數(shù)據(jù)如下：管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)；管道高程數(shù)據(jù)或IMU檢測數(shù)據(jù)。

2.2.2 內(nèi)腐蝕分析技術(shù)

現(xiàn)階段，陰極保護(hù)系統(tǒng)不能對內(nèi)腐蝕進(jìn)行保護(hù)。一般情況下，運(yùn)營單位通過清管作業(yè)破壞腐蝕介質(zhì)環(huán)境達(dá)到對內(nèi)腐蝕控制的目的，因此應(yīng)分析內(nèi)腐蝕發(fā)生機(jī)理，確認(rèn)內(nèi)腐蝕發(fā)生位置用于評價管道缺陷。

內(nèi)腐蝕發(fā)生的必要條件是管道內(nèi)部有積液，而積液通常發(fā)生在管道地勢較低處。因此，圍繞水線區(qū)域(環(huán)向5:00～7:00)的腐蝕為分析重點(diǎn)[8]。按照NACE SP0206—2006《Internal Corrosion Direct Assessment Methodology for Pipelines Carrying Normally Dry Natural Gas (DG-ICDA)》中的DG-ICDA間接檢測的方法，通過氣體運(yùn)行參數(shù)及管道基礎(chǔ)信息計算出管道臨界傾角θ，計算方法如下：采集管道高程數(shù)據(jù)，根據(jù)管道高程數(shù)據(jù)計算出每一分段管道的傾角。比較θ與管道傾角，當(dāng)管道傾角≥θ時，則該處管道存在積液的可能；反之，則不會存在積液。

式中：θ為臨界傾角，(°)；ρl、ρg為液體、氣體密度；did為內(nèi)徑；vg為表觀氣體流速。

2.2.3 應(yīng)用案例

利用內(nèi)檢測搭載IMU檢測方式或人工探測的方式獲得管道高程數(shù)據(jù)，利用管道高程數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)腐蝕分析評價工作。以某管道為例，該段管道于2009年投產(chǎn)，2017年進(jìn)行了漏磁檢測。通過對本段內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的內(nèi)部金屬損失的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部金屬損失在各時鐘方位上并未有明顯的集中趨勢，但是在管道底部(5:00～7:00)有明顯的集中趨勢,占比達(dá)到了38.29%，同時根據(jù)本次內(nèi)檢測的清管產(chǎn)物，可以初步判斷內(nèi)腐蝕的存在。

通過將管道內(nèi)部金屬損失與管道高程進(jìn)行疊加分析，發(fā)現(xiàn)管道底部(5:00～7:00)內(nèi)部金屬損失在管道地勢較低處存在聚集趨勢。通過對比管道傾角與臨界傾角(圖2橫線)的關(guān)系，確認(rèn)該段管道大于臨界傾角θ的點(diǎn)有3處。然后，通過將管道內(nèi)部金屬損失與管道高程進(jìn)行疊加分析，發(fā)現(xiàn)管道底部(5:00～7:00)內(nèi)部金屬損失在管道積液點(diǎn)附近存在聚集趨勢(見圖3)。因此，依據(jù)分析結(jié)論可以得出：管道積液點(diǎn)的管段存在內(nèi)腐蝕風(fēng)險，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)日常清管作業(yè)，清出管道內(nèi)的積液。

圖2 管道傾角與臨界傾角的關(guān)系圖

圖3 管道積液點(diǎn)與內(nèi)部金屬損失、高程關(guān)系圖

3 結(jié)束語

隨著管道運(yùn)營年限的增加，多輪次的檢測數(shù)據(jù)以及多源檢測數(shù)據(jù)越來越多，由于無統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)和多源數(shù)據(jù)比對基線數(shù)據(jù)的缺失，造成了多源數(shù)據(jù)之間形成了數(shù)據(jù)孤島，數(shù)據(jù)共享困難，不能實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)綜合比對分析的腐蝕評估與預(yù)防。針對上述情況，管道運(yùn)營管理單位應(yīng)在后續(xù)工作中，通過技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，結(jié)合完整性管理需求開展下述工作：

(1)建立完善的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系。以地理空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立基于管道中心線的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)多源檢測數(shù)據(jù)基于管道中心線數(shù)據(jù)的綜合比對分析。

(2)實(shí)現(xiàn)管道業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中共享。以內(nèi)檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過與其他數(shù)據(jù)(外檢測數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、管道中心線數(shù)據(jù)等)的關(guān)聯(lián)與整合，實(shí)現(xiàn)管道數(shù)據(jù)的共享與可視化管理。

(3)實(shí)現(xiàn)管道風(fēng)險的科學(xué)化管理。通過多源化數(shù)據(jù)綜合比對分析技術(shù)對管道潛在風(fēng)險進(jìn)行精準(zhǔn)分析與預(yù)測，提升風(fēng)險管控能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險的科學(xué)化管理。