PL19-3海底管道漏磁內(nèi)檢測數(shù)據(jù)評估

王丹丹，崔礦慶，詹燕紅

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300459)

?

PL19-3海底管道漏磁內(nèi)檢測數(shù)據(jù)評估

王丹丹，崔礦慶，詹燕紅

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300459)

為了提高海底管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的利用價值，糾正傳統(tǒng)的以缺陷深度數(shù)據(jù)為依據(jù)來決策管道是否需要維修的錯誤做法，針對PL19-3一條海管的2次漏磁內(nèi)檢測缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)比對，采用合適的壽命評估方法和強(qiáng)度評估方法進(jìn)行詳細(xì)評估，結(jié)果表明，腐蝕深度最大的缺陷點(diǎn)其剩余強(qiáng)度和剩余壽命都不是最小的，且剩余強(qiáng)度和剩余壽命最小的點(diǎn)不是同一個點(diǎn)；另外剩余壽命評估結(jié)果表明該海管多處缺陷壽命不足2年，且缺陷點(diǎn)較分散，不利于局部維修的實(shí)施，最終建議整體更換該海管。

內(nèi)檢測；海底管道；剩余壽命；剩余強(qiáng)度；評估

漏磁檢測是油氣管道缺陷檢測應(yīng)用最廣泛最普遍的方法，近年來，隨著國內(nèi)海底管道完整性管理的推廣，漏磁內(nèi)檢測已經(jīng)成為海底管道管體缺陷檢測的主要手段，管道的管理者通常都是通過簡單分析缺陷的剩余強(qiáng)度是否滿足運(yùn)行要求，或者缺陷深度是否超過一定值，而決定缺陷是否需要進(jìn)行修復(fù)，以確保管道安全運(yùn)行。當(dāng)前，漏磁檢測數(shù)據(jù)的利用率非常低，僅用于決定缺陷是否需要進(jìn)行維修，而對檢測數(shù)據(jù)的深入分析還涉及很少，如腐蝕發(fā)展趨勢預(yù)測，腐蝕壽命預(yù)測等很少。隨著管道完整性檢測的大力發(fā)展，檢測數(shù)據(jù)的積累越來越多，尤其是同一條海管在一段時間內(nèi)進(jìn)行過2次甚至多次內(nèi)檢測，對同一缺陷的2次甚至多次檢測，可以看出該缺陷點(diǎn)的腐蝕發(fā)展趨勢，進(jìn)而預(yù)測該缺陷點(diǎn)的剩余壽命，給后續(xù)的海管維修維護(hù)計劃的制定提供科學(xué)的依據(jù)。

1 海底管道基本信息及檢測信息

PL19-3 RUP 至 WHPD海底管道總長為4.1 km，直徑304.8 mm(12 in)，壁厚11.1 mm，設(shè)計壓力13.82 MPa，管道鋼級APA 5L X65，最大允許操作壓力13.82 MPa，于2009年6月初投產(chǎn)運(yùn)行。該條海管在2012年底和2013年初實(shí)施過兩次漏磁內(nèi)檢測，且檢測數(shù)據(jù)顯示該管道腐蝕情況較嚴(yán)重，缺陷總體檢測數(shù)據(jù)概況見表1。

表1 2次漏磁檢測結(jié)果匯總

2 剩余強(qiáng)度評估

當(dāng)前國際上缺陷剩余強(qiáng)度評估方法很多，包括ASME B31G及其修正版、API579、DNV RP F101、PCORCC方法等，其中應(yīng)用最廣泛歷史最長久的當(dāng)屬ASME B31G方法。目前國際上各大檢測公司包括TDW、GE-PII和ROSEN等公司出具的檢測報告也對缺陷的剩余強(qiáng)度進(jìn)行簡單評估，他們的評估也均是采用ASME B31G方法。該方法經(jīng)過多年的實(shí)踐運(yùn)用[1-2]，人們發(fā)現(xiàn)其適用于鋼級較低的、較老的管道，且評估結(jié)果過于保守[3-4]，也就是在保證安全的前提下，對剩余強(qiáng)度的預(yù)測值比實(shí)際值小很多，這也造成了很多缺陷的過度維修，浪費(fèi)了大量的人力物力成本，增大了運(yùn)營成本，降低了公司的盈利水平。隨后挪威船級社經(jīng)過多年的研究和驗(yàn)證在1999年正式發(fā)布了DNV RP F101腐蝕管道評估標(biāo)準(zhǔn)[5]，該標(biāo)準(zhǔn)相比ASME B31G[6]方法保守性大大降低，且適用于較新的、中高強(qiáng)度管道的評價[7]。該標(biāo)準(zhǔn)介紹了2種評價方法:分項(xiàng)安全系數(shù)法;許用應(yīng)力法。其中許用應(yīng)力法主要側(cè)重現(xiàn)在應(yīng)用，計算相對簡單，采用率較高。本文從管道的新舊程度和鋼級等方面考慮，采用DNV RP F101方法對2次漏磁檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行剩余強(qiáng)度評估。由于缺陷數(shù)據(jù)量巨大，選取部分深度較大和長度較大的缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度評價，并與ASME B31G的評估結(jié)果對比。

2.1 剩余強(qiáng)度評估方法簡介(DNV RP F101)

挪威船級社規(guī)范中的剩余強(qiáng)度計算方法為

(1)

fu=SMTS；

D——管徑，mm，

t——管道壁厚，mm；

L——缺陷長度，mm；

d——缺陷深度，mm。

2.2 PL19-3海底管道剩余強(qiáng)度評估結(jié)果

針對PL19-3海底管道檢測所得到的缺陷，由于缺陷數(shù)量較大，篇幅限制不能一一進(jìn)行評估，故選取腐蝕深度較大和腐蝕長度較大的嚴(yán)重缺陷共計20個進(jìn)行剩余強(qiáng)度的評估，計算得出各缺陷的剩余強(qiáng)度值，并與管道當(dāng)前的最大允許操作壓力(MAOP)進(jìn)行比較，若剩余強(qiáng)度大于MAOP,則該點(diǎn)強(qiáng)度安全，若剩余強(qiáng)度小于MAOP，則該點(diǎn)強(qiáng)度不滿足運(yùn)行要求，需要降壓運(yùn)行或者維修。評估時采用了保守性較低的DNV RP F101規(guī)范，并與保守性較高的ASME B31G規(guī)范評估結(jié)果進(jìn)行比較。在評價時定義了維修指數(shù)ERF=MAOP/剩余強(qiáng)度，若ERF≥1，說明該缺陷點(diǎn)需要進(jìn)行維修或干預(yù)；反之則不需要進(jìn)行維修或干預(yù)。2次檢測數(shù)據(jù)的具體評估結(jié)果見圖1、2。

圖1 第1次檢測缺陷

圖2 第2次檢測缺陷結(jié)果對比

對于第1次檢測數(shù)據(jù)，從評估結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1)從整體來看，DNV RP F101方法評估的缺陷剩余強(qiáng)度值均比ASME B31G的評估結(jié)果要高些，故保守性低些，這也驗(yàn)證了其他研究人員的結(jié)論。

2)結(jié)果表明，有1個點(diǎn)的剩余強(qiáng)度接近極限值，即位于里程738.48 m處，長度79.49 mm，相對深度為34%的缺陷點(diǎn)，采用ASME B31G方法評估，其剩余強(qiáng)度(13.76 MPa)小于最大允許操作壓力(13.82 MPa)，需要進(jìn)行維修；而采用DNV RP F101規(guī)范評估結(jié)果為13.84 MPa，大于MAOP，故該缺陷點(diǎn)暫時不需要維修，需要重點(diǎn)關(guān)注其腐蝕的發(fā)展，這也為后續(xù)的維修維護(hù)措施的制定贏得了時間，避免了倉促維修帶來的風(fēng)險。

3)從傳統(tǒng)來看，管道管理者對于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)，往往關(guān)注的是缺陷的深度，認(rèn)為深度越深缺陷越危險，但是從上文的計算發(fā)現(xiàn)，最危險的點(diǎn)不是深度最大(60%)的點(diǎn)，而是深度為34%的點(diǎn)，這表明，深度不是決定缺陷是否危險的惟一因素，在后續(xù)的管理中還要重點(diǎn)關(guān)注那些缺陷長度較大的點(diǎn)。

對于第2次檢測的缺陷數(shù)據(jù)，剩余強(qiáng)度評估結(jié)果同樣表明，采用DNV RP F101方法的評估結(jié)果相比ASME B31G方法保守性有所降低，建議后續(xù)針對類似的管道采用DNV方法進(jìn)行評估，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)性，降低維護(hù)成本。另外，第2次數(shù)據(jù)的評估結(jié)果表明無論采用哪種規(guī)范評估都有1個點(diǎn)的剩余強(qiáng)度小于MAOP,需要立即采取措施進(jìn)行維護(hù)，該缺陷點(diǎn)同樣位于738.48 m處，與第1次在該位置檢測到的缺陷是同一點(diǎn)。

3 剩余壽命評估

3.1 剩余壽命評估方法介紹

對于缺陷剩余壽命評估技術(shù)，國際、國內(nèi)的研究還不很成熟[8]，暫未形成統(tǒng)一的被廣泛認(rèn)可的評估方法和標(biāo)準(zhǔn)。但是美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(American Society for Testing and Materials,ASTM)推薦[9-10]利用冪函數(shù)來近似腐蝕深度變化與管道使用年限的關(guān)系，推薦的經(jīng)驗(yàn)估算公式如下：

S=ptq

(2)

式中：S——管道壁腐蝕深度，mm；

t——使用的年數(shù)；

p、q——待定常數(shù)。

對上式兩邊取對數(shù)得到：

lgS=lgp+qlgt

令lgS=y;lgp=A;q=B；lgt=x，則有

y=Bx+A

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測的管道腐蝕深度數(shù)據(jù)，求得待定系數(shù)A和B，然后通過計算得到常數(shù)p和q，因此管道剩余壽命計算公式為

(3)

式中：RL——剩余壽命，年；

Smax——臨界腐蝕深度，mm；

T0——已使用年數(shù)，年。

該方法在應(yīng)用時，需要2次甚至多次的檢測數(shù)據(jù)，所以在評估前，應(yīng)該對2次檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，找出同一缺陷2次檢測的特征數(shù)據(jù)，才能看出缺陷的腐蝕發(fā)展模式，進(jìn)而求得每個缺陷的剩余壽命。由于2次檢測出的數(shù)據(jù)量巨大，如果全部比對，勢必會影響評估效率，且很多缺陷深度較小，腐蝕發(fā)展較慢，暫不會對管道的安全性造成影響，因此本文擬對2次檢測中發(fā)現(xiàn)的深度相對較深的缺陷點(diǎn)進(jìn)行比對，進(jìn)而預(yù)測其剩余壽命，給后續(xù)的完整性管理計劃的制定提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

3.2 PL19-3海底管道剩余壽命評估時缺陷點(diǎn)的選擇和比對

比對時考慮2類參數(shù)，一類是從缺陷的位置判斷其是否為同一缺陷，包括里程值、相對焊縫距離、時鐘方位等；另外一類是缺陷本身尺寸參數(shù)，因?yàn)?次檢測間隔一定距離，從腐蝕發(fā)展的角度分析，第2次檢測到缺陷的尺寸不應(yīng)該小于前一次檢測到的尺寸。通過以上參數(shù)的篩選和分析，找出如下16個點(diǎn)(見表2)的2次檢測數(shù)據(jù)作為剩余壽命評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表2 16個缺陷點(diǎn)2次漏磁檢測的相對深度對比

3.3 PL19-3海底管道剩余壽命(RL)評估結(jié)果

采用ASTM推薦方法對缺陷點(diǎn)進(jìn)行剩余壽命評估，除需要獲得2次以上的檢測數(shù)據(jù)外，還需要明確管道的最大允許壁厚損失，即Smax。在DNV RP F101和ASME B31G規(guī)范中都明確規(guī)定了管道壁厚損失的最大值，其中B31G 規(guī)定，壁厚損失超過80%的缺陷點(diǎn)不可接受，需要維修；RP F101規(guī)定壁厚損失超過85%的缺陷點(diǎn)不可接受，具體評估結(jié)果見表3，對比見圖5。

表3 16個缺陷點(diǎn)的剩余壽命評估結(jié)果

圖5 16個缺陷點(diǎn)的剩余壽命結(jié)果比較

由壽命評估結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1)該管道剩余壽命最小為0.41年，是位于里程1 807.94 m處的缺陷點(diǎn)，其2次檢測的相對深度分別為39%和50%。

2)剩余壽命最小的點(diǎn)不是腐蝕深度最大的點(diǎn)。

3)絕大多數(shù)缺陷的剩余壽命處于0.5～1.5年之間，那么就要求在半年之內(nèi)要制定出缺陷的維修維護(hù)措施并實(shí)施，以保證管道不發(fā)生泄漏事故，安全運(yùn)行。

4)由于DNV要求的臨界壁厚損失大于ASME的要求，故按不同規(guī)范的臨界壁厚要求，采用ASTM 推薦方法得到的各缺陷剩余壽命稍有不同，但是總體來說按DNV要求評估的結(jié)果要大約ASME的結(jié)果。因此，在不違反規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，采用DNV的要求，可以為缺陷的維修維護(hù)措施的制定爭取到更加充裕的時間。

5)剩余壽命不足2年的缺陷點(diǎn)較多，且分布不集中，較分散，這就給局部缺陷的維修增加了難度和工作量，從時效性、安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，建議對管道進(jìn)行整體更換，最終蓬萊作業(yè)公司采納了這個評估結(jié)果和建議，對該管道實(shí)施了換管重鋪。

4 結(jié)論

1)剩余強(qiáng)度最小的點(diǎn)并非是腐蝕深度最大的點(diǎn)，剩余壽命最小的點(diǎn)也不是腐蝕深度最大的點(diǎn)，因?yàn)?，剩余?qiáng)度除了與腐蝕深度有關(guān)外，還與腐蝕長度有關(guān)；剩余壽命除了與腐蝕深度有關(guān)外，還與腐蝕發(fā)展速率有關(guān)。

2)剩余強(qiáng)度最小的點(diǎn)和剩余壽命最小的點(diǎn)不是同一個點(diǎn)，因其評估原理和關(guān)鍵參數(shù)各不相同。

3)缺陷的深度參數(shù)并非決定其危險程度的唯一參數(shù)，因此建議管道管理者對于漏磁檢測數(shù)據(jù)不要簡單根據(jù)缺陷深度來決定是否需要維修，而是要采用合適的方法對缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析和評估，以做到對缺陷數(shù)據(jù)最大化的利用，科學(xué)地找出最危險的缺陷。

海底管道漏磁內(nèi)檢測是檢測管體缺陷的有效方式，海底管道內(nèi)檢測實(shí)施難度大，成本高，其檢測所得缺陷數(shù)據(jù)極其珍貴，因此對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時有效的分析和評估十分重要，建議重視漏磁檢測數(shù)據(jù)的利用價值，合理利用檢測數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確分析腐蝕缺陷的發(fā)展，預(yù)測管道的剩余壽命，為管道的下一步管理制定詳細(xì)的計劃，確保管道未來的運(yùn)行安全。

[1] 任慧龍，李陳峰，夏雪.腐蝕海底管道剩余強(qiáng)度的可靠性評估方法研究[J].船海工程，2009,38(5):124-128.

[2] 王禹欽，王維斌，馮慶善.腐蝕管道的剩余強(qiáng)度評價[J].腐蝕與防護(hù)，2008,29(1)：28-31.

[3] 何東升，張鵬，張麗萍.API579與B31G剩余強(qiáng)度評價的保守性分析[J].油氣儲運(yùn)，2008，27(1)：36-40.

[4] 程海霞，司姍姍，王炳英,等.三版ASME B31G標(biāo)準(zhǔn)的評價方法比較研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014(4):34-36.

[5] DNV RP F101. Corroded Pipelines[S]. DNV,2004.

[6] ASME B31G-2009. Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines[S]. American society of mechanical engineers，2009.

[7] 王翔，趙東風(fēng).不同級別腐蝕管道剩余強(qiáng)度評估方法對比研究[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2013，25(1)：85-88.

[8] 李桂杰,柴艷麗,唐春艷,等.管道剩余使用壽命的預(yù)測和評估[J].國外油田工程,2001,17(8):68.

[9] 王丹丹,張西迎,崔礦慶,等.基于腐蝕掛片數(shù)據(jù)的海底管道剩余壽命估算[J].廣東化工,2015,42(6):68-69.

[10] 楊繼承,楊成賓,武效飛,等.管道腐蝕剩余壽命預(yù)測方法對比研究[J].廣州化工,2012,40(14):47-49.

Assessment of Magnetic Flux Leakage Inspection Data PL19-3 Submarine Pipeline

WANG Dan-dan, CUI Kuang-qing, ZHAN Yan-hong

(CNOOC EnerTech Equipment Technology Co. Ltd., Tianjin 300459, China)

In order to improve the value in use of the submarine pipeline inspection dada and to correct the traditional wrong ways to decide whether to repair based on defect depth data, two times of MFL datum of PL19-3 submarine pipeline were compared with in detail, the remaining strength and remaining life were assessed. The result showed that the defect of the deepest depth is not the one of the smallest remaining life and the smallest remaining strength, and the defect with the smallest remaining life is not the one with the smallest remaining strength. Many defects’ remaining lives are less than two years, and the defect location is dispersal, it is not good for local repair. It is suggested to replace the entire pipeline to ensure safe production.

in-line inspections; submarine pipeline; remaining life; remaining strength; assessment

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.003

2016-07-10

PL19-3 RUP TO PL19-3WHPD 12寸注水海管內(nèi)檢測項(xiàng)目

王丹丹(1982—)，女，碩士，工程師

TE973.6

A

1671-7953(2016)05-0011-05

修回日期：2016-08-10

研究方向:海底管道檢測、風(fēng)險評估及完整性評估

E-mail:wangdd3@cnooc.com.cn