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油气长输管道检测技术发展和实践

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油气 管道 检测 技术发展 实践
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油气长输管道检测技术发展和实践中国石油西南油气田分公司输气管理处刘海峰周方勤摘要油气长输管道作为一种特殊设备广泛应用于石油、石化、化工、城市公用等行业,在国民经济中占有重要地位。随着运行时间的增长,部分管道在设计、制造、安装及运行管理中的问题逐渐暴露出来,致使管道事故时有发生,对人民生命财产、工业生产和社会稳定构成威胁。如何发现管道缺陷,提高检测技术水平,确保油气管道安全可靠运行,变过去的不足维护和过剩维护为科学的视情维护,是目前世界各国普遍关注和迫切需要解决的重大课题,管道检测技术包括管道外检测技术和管道内检测技术,本文介绍了当今国内外较为先进、成熟的管道检测技术,结合近年来在油气长输管道开展检测工作取得的一些经验,探讨国内检测技术的发展状况及展望。一、前言油气管道输送是与铁路、公路、水运、航运并列的五大运输行业之一,长输油气管道作为一种特殊设备广泛应用于石油、石化、化工等工业领域以及城市燃气系统中,在国民经济中占有重要地位。随着“开发大西部”以及“西气东输”的战略指导方针,长输油气管道的数量在不断增加。由于历史原因,国内在役长输油气管道中部分管材制管质量较差,加上施工建设过程中存在部分焊接缺陷和涂层缺陷,这给管道的安全运行埋下隐患,即使部分投产验收合格的管道,在运行过程中也难免受到介质、温度、疲劳、腐蚀、局部载荷等因素影响,服役一段时间后产生缺陷或导致缺陷扩展,并可能最终发生失效,给人民生命财产、工业生产和社会稳定构成威胁。如何检测发现管道缺陷,事前对含缺陷管道进行评价和预测(含缺陷管道的剩余强度评价,含缺陷管道的剩余寿命预测),确保在役油气长输管道安全可靠运行是目前世界各国普遍关注和迫切需要解决的重大课题。二、管道检测技术的重要性随着管道使用年限的增长,因腐蚀、外力以及其他一些原因将使管道不安全因素增434加,国外大量的文献已经得出已有的老管道不可能也没有必要废弃的结论,其前提就是要对管道定期进行检测评价,有计划的维护修理。国外油气管输行业将管道的修理(修复(更换(称为3有关资料反映,通常采取更换措施的管道不到管道总长度的5%,但却需要花费昂贵的费用,英国北海费了2.5理是指管道发生事故后进行的抢修,同样也需要花费昂贵的费用,英国北海果其管道事故发生在环境敏感地区,则每一次抢修需要花费数千万美元,巴西最大的石油开发平台天可生产18万桶原油,是世界上最大的半浮动式海上石油平台之一,前不久因发生管道爆炸事故,整个平台沉入大海,造成无法估计的经济损失,尤其是爆管引起原油泄漏,有可能引发巴西历史上最严重的环境大灾难;而修复则是指通过管道检测发现缺陷,在管道发生事故前进行的有计划的整治修复,显然这种主动的有计划的修复要比采取更换措施或管道发生事故后的修理代价要小得多,修复在3见检测评价是基础,合理修复是目的,根本原因在于其经济性和安全性。过去国内油气管道检测技术水平较低,对于发生过事故或部分老管道,由于无法准确确定管道的运行状况和腐蚀情况,只好建设复线或采取限压措施来确保管道安全生产,建设复线的性质与盲目更换管道效果类似,需要昂贵的费用作为代价。水下穿越管道建设复线的情况尤为严重,由于无法直观确定水下穿越管道现状,目前国内管道公司基本上均采取建设复线的方式来保证整个管线的安全运行,在对老管道状况不太清楚的情况下这种大规模的管道复线建设,势必造成一定程度的盲目性和不必要的浪费。试想国内的其它的运输行业,诸如铁路、公路行业对跨越河流的桥梁均采取建设二桥的方式来保证安全,这对行业、国家无疑是巨大的浪费。限压生产虽在一定程度上控制了管道泄漏及事故发生,但降低了管道的输气量,造成气量调配困难,而且部分管道即使采取了降压措施,仍然不可避免地继续发生管道事故,因此寻求科学有效的管道检测,保证管道安全运行是十分必要的。管道检测可避免或减少管道事故发生,准确全面了解管道状况,科学预测管道未来的运行状况,指导业主经济地、可靠地维护管道,变过去的不足维护和过剩维护为科学的视情维护。因此大力发展长输油气管道检测事业,提高管道修复水平是挖掘老管道的使用寿命、预防事故发生、保障管道安全运行的重要保证。435三、管道检测的投资管道检测需要投入~些经费,因此过去国内部分管道业主认为只要管道未出事故,就没有检测的必要,而且还有一种侥幸的观点认为未进行检测,管道仍然安全运行,还节约检测费用。其实这种带有普遍性的传统观念,已带入人们走入一个误区。管道检测好比管道医生,通过定期诊断,可以指导业主了解管道运行状况,若不进行定期诊断检测,势必对管道安全运行留下隐患。国外许多管道业主己深刻地认识到管道检测是一种投资,作为确保管道安全、减少资金投入和延长管道使用寿命的有效手段已得到日益广泛使用,其投入与回报是成正比例的。在减少资金投入方面以水下穿越管道为例,投资一条较大型的水下穿越复线通常需要花费2000万元人民币,一套水下穿越管道检测设备约需200万元人民币,而检测一次仅需花费20万元人民币,简单的数字比例中不难看出其中的巨大经济效益。1998年新疆石油管理局在对克拉玛依至乌鲁木齐的克乌复线函529×7(8)种观点认为该管道已投运17年之久,管道应该报废,没有重新利用的价值;另一种观点认为,管道通过漏磁检测,并基于检测结果进行评价和部分改造后可以输气,两种观点争论不休,决策者因没有任何依据,很难作出决定,后来经过专家论证决定首先对管道进行漏磁检测。通过漏磁检测并进行剩余强度评价,得出管道经过局部整改,其腐蚀剩余强度满足最大输送压力3.0 前管道已安全运行近三年,为该局节约资金2.3亿元,节约项目投资约90%。西南油气田分公司重庆气矿沙卧线达福段驴426×9(10)仅造成难以估量的经济损失,而且污染环境,存在严重的安全隐患,采取限压运行措施后虽然减少了管道泄漏事故但严重制约了管道生产与调配,后来运用了漏磁检测技术,对管道进行局部整改维护后,使管道工作压力提高到接近设计工作压力,有效地消除了管道安全隐患,与投资一条复线相比较,漏磁检测所需费用仅为新建复线所需费用的4.5%,即使加上管道改造的费用也仅为其14.78%,可见管道检测所取得的巨大经济效益和社会效益是十分显著的。西南油气田分公司输气处清彭线建设于1977年,全长3为彭州氮肥厂资产,由于管理不够完善,管线长期在不良环境下运行,维护难度大,运行风险较高,在此情况下于1998年移交给输气处,起初主管部门以为该管线利用价值不大,需新建一条复线,后经检测后,发现该管线仅需435更换6 能满足生产的需要,节约投资约80%。在延长管道使用寿命方面,国外管道公司将管道事故概率曲线抽象为如图1所示的一个“浴盆”,管道检测可以将“浴盆”的“盆底”低事故概率部分加宽,其目标是通过管道检测将管道设计寿命提高到80~100年,英国天然气公司18000 l(IⅡ高压管道大部分进行过内检测,目前这些管道的维护费用已大大降低,该公司在了解已使用25年的老管道现状后,对管道未来继续使用充满信心,并能证明管道安全可靠,具有提高压力和延长设计寿命的潜力。上述例子对于国内部分管道公司,在开始大量建设水下穿越复线以及更换运行仅30多年管道的同时,无疑值得很好的思考。事故慨蛊0 40 60 80图1管道事故慨率曲线图四、管道检测技术设计寿命设计寿命1、管道检测技术的分类长输油气管道运行过程中通常受到来自内、外两个环境的腐蚀。内腐蚀主要由输送介质、管内积液、污物以及管道内应力等联合作用形成;外腐蚀通常因涂层破坏产生失效,致使管体腐蚀。内腐蚀一般采用清管、加缓蚀剂等手段来弥补,随着管道业主对管道运行管理的加强以及对输送介质的严格要求,内腐蚀在很大程度上得到了控制,目前国内外长输油气管道腐蚀控制主要发展方向是在外防腐方面,管道检测也重点针对因外腐蚀造成的涂层缺陷及管道缺陷。437最近十几年来,随着计算机技术的广泛应用和日益普及,国内外检测技术得到迅猛发展,管道检测技术逐渐形成管道内、外检测技术(涂层检测、智能检测)两个分枝。通常情况下涂层破损、失效处下方的管道同样受到腐蚀,管道外检测技术的目的是通过检测涂层及阴极保护有效性的基础上,达到检测管体腐蚀缺陷的目的。管道内检测技术主要用于发现管道内外腐蚀、局部变形以及部分焊接缺陷,也可以间接判断涂层的完好性。2、管道外检测技术埋地管道通常采用涂层与电法保护(同组成的防护系统联合作用进行外腐蚀控制,这两种保护方法起着一种互补作用,涂层使阴极保护既经济又有效,而阴极保护又使涂层出现针孔或损伤的地方受到控制,该方法是已公认的最佳保护方法并广泛用于埋地管道的腐蚀控制,在我国的运用已有40余年的历史。涂层检测技术是在管道不开挖的前提下,采用专用设备在地面非接触性地对涂层综合性能进行检测,科学、准确、经济地对涂层老化及破损缺陷定位,对缺陷大小进行分类统计,同时针对缺陷大小、数量进行综合评价并提出整改计划。以指导管道业主对管道涂层状况的掌握,并及时进行维护,以保证涂层的完整性及完好性。国外应用较为广泛的外检测技术主要包括:标准管/地电位检测、皮尔逊检测、密问距电位测试(多频管中电流测试(直流电位梯度钡0试(3、管道内检测技术管道内检测技术是将各种无损检测(备加载到清管器(,将原来用做清扫的非智能理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器(通过清管器在管道内的运行,达到检测管道缺陷的目的。早在1965年,美国L)无损检测(术成功地应用于油气长输管道的内检测,紧接着其他的无损内检测技术也相继产生,目前国外较有名的检测公司有美国的国的国的国的拿大的产品已基本上达到了系列化和多样化。内检测器按功能可分为用于检测管道凹坑、椭圆度、内径等几何变形的测径仪、用于检测管道微小泄漏的泄漏检测仪、用于对因腐蚀产生的体积型缺陷检测的漏磁检测器、用于裂纹类平面型缺陷检测的涡流检测仪、超声波检测仪以及以弹性剪切波为基础的裂纹检测设备等。西南油气田分公司今年对几条管线进行了管道内检测,对检测结果438挖坑验证表明:该检测方法较为准确,在缺陷大小的识别、缺陷定位准确性达到90%以上,是将来管道检测的发展方向。五、国内油气管道检测技术的发展中国石油西南油气田分公司长输管道检测评价中心早在1988年就开始从事管道检测方面的工作,是国内最早从事管道检测的单位之一。在结合四川天然气管道实际情况的前提下,开发和引进了目前国内外较为先进、适用的检测设备和技术,先后对国内三十余条输气管道进行了检测评价,并取得巨大的经济效益和社会效益,以良好的业绩得到了管道业主和世界银行贷款执行检查官员的肯定。早在1988年,作为国内管道检测的专业单位,长输管道检测评价中心开始进行了管道检测的探索工作,在不具备大量专用检测设备的情况下,采用了同国内在役压力容器检测相类似的检测方法,即由人为主观判断确定检测点,通过开挖检测坑对管道防腐层、管体进行抽查检测。目前看来,这种方法过于原始、片面,但在当时条件下,该方法也在一定程度上对管道业主起到了指导作用。随着不断发生的管道事故,管道业主开始意识到管道检测的重要性,并加大了管道检测的投入,由于我省部分输气管道存在天生不足的缺陷,即早期输送过超标天然气,其检测难度远远大于输油或外省的输气管道,针对其特殊情况,我们开始尝试用其它检测手段应用于输气管道检测,先后采用了残余应力分析、道内窥检测、声发射检测、压力检验等手段。通过上述技术的应用,制止了管道事故的发生,保证了管道的安全平稳运行,然而上述检测技术综合运用的最大缺点是需要停气,这样妨碍了管道正常生产,无疑并非十分科学有效。从1996年开始,通过参加中国石油天然气总公司“九五”重点科技攻关项目《油气管道检测与安全评价技术研究》,管道检测技术水平得到了飞速发展,并充分将国外先进技术应用于国内油气管道检测上,在对西南油气田调查分公司佛两线、两付线管线检测中,开展了管道腐蚀环境调查、防腐层调查、阴极保护状况调查、管体无损检测、管道焊缝质量检测、残余应力测试、动静态应力测试、材料力学性能测试、取样管段的室内缺陷检测和缺陷尺寸定量化分析、有限元数值技术分析以及现场采样管段全尺寸爆破试验等在内的多项检测工作,积累了宝贵的经验,解决了一些管道运行中的技术难题,同时将检测与评价有机地结合起来,编制了《压力管道剩余强度评价系统》软件,不仅对两条管线作出了剩余强度评价,给出了管线运行压力的安全性和升压运行的可能性。439最近一两年,在世界银行贷款支持下,我们充分与国外管道公司交流,对管道检测的认识上有了进一步提高,在对前期所作的检测工作研究总结的基础上,对检测项目进行了分类界定,摸索出一套较为完整的适宜于四川输气管道特点的检测评价方法,并形成了与国外类似的管道内外检测技术;同时,针对国内部分长输管道不具备内检测条件,且内检测所需费用较大这一实际情况,我们对国外先进的外检测技术进行了研究,得出了一套以外检测技术为主,待确定涂层缺陷后,有选择性的挖坑检测,以发现管道缺陷的技术,实践证明该方法是非常可行的,对于目前不具备内检测条件的管道是十分有效的。通过对西南油气田分公司龙苍线、工自线、泸威线、相合线、申倒线等多条管道实施外检测技术,我们对几种不同的外检测方法进行了比较,发现各种技术都是通过在管道上加载直流或交流信号来实现的,不同的仅是结构上、性能上、功用上的差异,每种方法各有侧重,在对涂层综合性能评价方面均具有一定说服力,但各有利弊。为克服单一检测技术的局限性,我们综合几种检测方法对管道实施外检测,以弥补各项技术的不足,并得出一些非常有价值的经验:对于有阴极保护的管道,可先参考管道管理部门日常监测记录中的(P/S)测试值,然后利用测得的断电电位可确定阴极保护系统效果,在判断涂层可能有缺陷后,利用定缺陷中心位置,用测得的缺陷泄漏电流流经土壤造成的为选择修理的依据;对于未施加阴极保护的管道,可先用后再使用”字架或皮尔逊检测技术精确定位涂层破损点,确定涂层破损大小。相对而言,国内管道内检测技术研究水平及应用水平较低,目前仅在国内有限的几条管道上进行过应用,虽然国外内检测技术已形成多样化,但我们仅对漏磁检测技术进行了充分应用和深入的认识,由于漏磁检测历史最长,不仅能检测出管道内、外腐蚀产生的缺陷,而且对检测环境的要求低,可兼用于输油和输气管道,并可间接判断涂层状况,因此应用范围最为广泛。漏磁通量是一种相对低噪音过程,即使没有对数据采取任何形式的放大,异常信号在数据记录中也很明显,其应用相对较为简单,漏磁检测技术在对管道进行检测时,需要求管壁达到完全磁性饱和,其适用范围通常在12】别适用于长输油气管道体积型缺陷检测。通过世界银行贷款,管道内检测技术在西南油气田分公司付纳线、沙卧线上进行了应用,从挖坑验证结果来看,其准确率相当高,该技术是国内检测领域的发展方向。六、油气管道检测事业的展望近几年,我国政府也开始重视管道安全工作,制定了一系列行业或企业标准,如Q/0“管道干线腐蚀调查技术规范”,0078—93“钢质管道内腐蚀控制标准”,0087质管道及储罐腐蚀与防护方法标准”,6151—1995“钢质管道管体腐蚀损伤评价方法”,996“石油天然气管道安全规程”,尤其是去年国家经贸委下发的[2000]17号令《石油天然气管道安全监督与管理暂行规定》,上述标准和法令对管道检测内容、周期都作出了具体要求,对加快检测技术的发展无疑产生了巨大推动。、 相对而言,国内管道检测技术研究水平及应用水平较低,虽然管道外检测技术方面有了一定发展,但在管道内检测技术研究和应用仍处在起步阶段,由于管道内检测器使用的清管器比日常生产中普遍使用的清洁清管器要长得多,国内早期的油气管道,不具备管道内检测条件,应用前需对站场收、发装置及部分管道、管件进行改造,因此在标准中也未作为强制要求,以致于该项技术应用和研究发展较为缓慢,其广泛推广和应用受到了局限;况且设备价格较为昂贵,对许多检测数据的解释依赖于操作人员的技术水平,虽然目前国内一些管道公司引进了内检测设备,但因未形成系列化,应用效果并非十分理想。可喜的是国内部分管道公司,已认识到在此方面的不足,开始着手研究和发展管道内检测技术,目前中国石油西南油气田分公司长输管道检测评价中心与新疆油气田分公司三叶管道技术开发有限公司共同承担了中国石油天然气股份公司的“漏磁智能检测技术在天然气管道上的应用”科研项目,目前己研制出样机并于今年四月在重庆气矿沙卧线达福段进行检测验证。虽然在解释某些测试数据方面还不够完善,但填补了国内管道内检测技术的空白,为管道内检测技术国产化奠定了基础,通过引进、消化、吸收、创新,相信不久以后国内检测技术可接近或达到发达国家水平。虽然,目前只是在油气长输管道检测方面作了大量工作,但积累的经验和拥有的技术不仅仅局限于油气长输管道,还可广泛应用于油气集输、城市煤气、自来水等其它管道的检测,这对于保证管道安全、预防事故发生提供了有力的技术支撑,同时先进的管道检测技术也保障了“西气东输”、“川气出川”等大规模管道建设工程。油气长输管道检测技术发展和实践作者: 刘海峰, 周方勤作者单位: 中国石油西南油气田分公司输气管理处本文读者也读过(10条)1. 气管道外检测技术的综合应用[期刊论文]2(2)2. 气管道腐蚀检测技术的研究[期刊论文])3. 射线管道爬行器的研制进程及发展方向[会议论文]场涡流检测技术的研究与应用[期刊论文]1)5. 于小波分析的涡流信号去噪处理[会议论文]李德祥 长输管道焊缝返修焊接技术探讨[会议论文]褚永杰 西气东输管道工程概况[期刊论文]7(4)8. 于议论文]王维斌 油气管道的在线检测与直接评估技术[期刊论文]1(5)10. 王新 平板导体件的远场涡流检测系统的研究与设计[学位论文]2010本文链接:
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