管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在煤層氣集氣管道的應(yīng)用

王景悅 丁涵 薛占新 駱裕明 屈麗彬 杜曉冬

(中國石油華北油田公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000)

華北油田山西煤層氣分公司建有集氣站11座、煤層氣處理中心1座，集氣管道共計(jì)8條，其中樊莊區(qū)塊5條，鄭莊區(qū)塊3條。管徑分別為219、273、355、457、508五種，均采用L245鋼管，三層PE防腐，外加電流陰極保護(hù)形式。

沁水盆地地勢(shì)復(fù)雜，起伏較大，局部地段較為陡峭，因管道運(yùn)行壓力經(jīng)常性波動(dòng)，地形地貌變化和運(yùn)動(dòng)，沿線各地高低壓電力線路、水利、電氣化鐵路等的發(fā)展建設(shè)，形成的各種電磁和環(huán)境變化的影響、人為活動(dòng)的破壞、材料的疲勞老化、管道工程建設(shè)和改造都會(huì)對(duì)管道自身及其附件造成影響，易造成管道的變形。同時(shí)由于常年雨水的沖刷，易造成管線外漏，導(dǎo)致管道防腐層的破損、剝離、脫落和老化等缺陷。同時(shí)，由于管線出站溫度和地下溫度溫差較大，會(huì)有大量的冷凝水析出，隨著管道的長時(shí)間運(yùn)行，易造成管道的腐蝕、穿孔、泄漏，給管路的安全運(yùn)行帶來巨大隱患。

為了全面了解管道現(xiàn)狀、評(píng)價(jià)腐蝕控制措施、及時(shí)排除事故隱患、合理利用維修費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)管道的科學(xué)管理，山西煤層氣分公司利用φ355管道清管設(shè)備、變形檢測(cè)設(shè)備、高清晰度漏磁檢測(cè)設(shè)備對(duì)樊4至處理中心集氣管線實(shí)施智能檢測(cè)。

1 內(nèi)檢測(cè)過程

2017年7月，山西煤層氣分公司對(duì)φ355.6樊4至處理中心集氣管道進(jìn)行了6次清管，并實(shí)施了變形檢測(cè)和高清晰度漏磁檢測(cè)。清管及變形、漏磁檢測(cè)設(shè)備見圖1。

圖1 管道內(nèi)檢測(cè)過程所用各類型檢測(cè)儀器

1.1 清管及檢測(cè)時(shí)間表(表1)

表1 清管時(shí)間表

續(xù)表

1.2 清管過程

自2017年7月20日至2017年7月23日，分別使用φ355.6兩直四碟測(cè)徑清管器、φ355.6鋼刷清管器、φ355.6磁力清管器對(duì)該管道進(jìn)行了6次清管，清管過程順利，在確認(rèn)清管效果滿足檢測(cè)器運(yùn)行要求后，投運(yùn)變形檢測(cè)器1次。

1.3 檢測(cè)過程

在確認(rèn)清管效果及管道通過能力滿足變形檢測(cè)器運(yùn)行要求后，按照《變形檢測(cè)器操作規(guī)程》對(duì)檢測(cè)器進(jìn)行了嚴(yán)格的調(diào)試。

φ355.6多通道變形檢測(cè)器于2017年7月24日10:50從樊4站發(fā)球筒發(fā)出，經(jīng)2小時(shí)10分鐘的運(yùn)行，于當(dāng)日13:00順利進(jìn)入處理中心站收球筒。 經(jīng)檢查記錄儀運(yùn)行正常， 檢測(cè)數(shù)據(jù)清晰完整。

1.4 變形檢測(cè)

1.4.1 變形檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線圖

φ355.6變形檢測(cè)器運(yùn)行速度范圍是0.1～4.0m/s，本次檢測(cè)期間檢測(cè)器運(yùn)行期間平均速度是1.28m/s，但檢測(cè)過程中存在停球超速現(xiàn)象。變形檢測(cè)器全程運(yùn)行速度情況見圖2。

該圖用曲線的形式，顯示了變形檢測(cè)器在樊4至處理中心集氣管線的運(yùn)行速度變化。

1.4.2 變形檢測(cè)結(jié)果總結(jié)

通過對(duì)該管道變形檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，發(fā)現(xiàn)在樊4至處理中心集氣管道上存在變形點(diǎn)26處(凹陷25處，焊縫焊接產(chǎn)生的斜接角1處)。大于等于管道外徑2%且小于管道外徑5%的變形點(diǎn)22處(其中包括1處由焊縫焊接產(chǎn)生的斜接角)；大于等于管道外徑5%的變形點(diǎn)4處(已開挖的變形點(diǎn)1處)。

1.4.3 變形量統(tǒng)計(jì)表

凹陷點(diǎn)變形量統(tǒng)計(jì)和斜接角變形量統(tǒng)計(jì)分別見表2和表3。

表2 凹陷變形量統(tǒng)計(jì)表

備注：OD為管道外徑

表3 斜接角變形量統(tǒng)計(jì)表

備注：OD為管道外徑

1.4.4 變形點(diǎn)分布平面圖

變形點(diǎn)分布平面圖表現(xiàn)了樊4至處理中心集氣管道上變形點(diǎn)沿管道周向的分布情況，詳見圖3。

圖3 凹陷分布平面圖

X軸——表示檢測(cè)里程；

Y軸——表示變形點(diǎn)周向位置；

圖形上每一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)變形點(diǎn)，用◆表示凹陷；用▲表示斜接角。

1.4.5 變形點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

該表記錄了在樊4至處理中心集氣管道上存在變形點(diǎn)26處(凹陷25處，焊縫焊接產(chǎn)生的斜接角1處)。大于等于管道外徑2%且小于管道外徑5%的變形點(diǎn)22處(其中包括1處由焊縫焊接產(chǎn)生的斜接角)；大于等于管道外徑5%的變形點(diǎn)4處(已開挖的變形點(diǎn)1處)。

1.4.6 管道信息總結(jié)

為了確定特征點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，在本次檢測(cè)中，所設(shè)置的參考點(diǎn)，大多數(shù)為管道百米樁、陰保樁的附近及閥門中心。參考點(diǎn)的具體放置位置見下表4。

表4 參考點(diǎn)列表

1.5 漏磁檢測(cè)

φ355.6高清晰度漏磁檢測(cè)器運(yùn)行速度范圍是0.2～4.0m/s，本次檢測(cè)期間檢測(cè)器平均速度是1.57m/s，但檢測(cè)過程中存在超速或停球現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或質(zhì)量降低。漏磁檢測(cè)器全程運(yùn)行速度情況見圖4。

圖4 漏磁檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線

速度圖用曲線的形式，顯示了檢測(cè)器在樊4至處理中心集氣管道的運(yùn)行速度變化。

2 開挖驗(yàn)證

2017年10月山西煤層氣勘探開發(fā)分公司對(duì)初始報(bào)告中6處缺陷點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位，依據(jù)地勢(shì)情況，選擇其中三處缺陷點(diǎn)(兩處金屬損失、一處變形點(diǎn))進(jìn)行了開挖確認(rèn)。

通過對(duì)樊4至處理中心集氣管道的兩處金屬損失點(diǎn)、一處變形點(diǎn)的開挖驗(yàn)證表明：一處金屬損失點(diǎn)的里程定位、周向位置、缺陷內(nèi)外部、缺陷長度和深度均與數(shù)據(jù)報(bào)告結(jié)果相符，滿足合同精度指標(biāo)要求，受臨近直焊縫影響，寬度存在偏差；另一處金屬損失點(diǎn)的里程定位、缺陷內(nèi)外部、缺陷深度與數(shù)據(jù)報(bào)告結(jié)果相符，缺陷長寬和周向存在偏差；一處變形點(diǎn)的里程定位、周向位置與檢測(cè)報(bào)告結(jié)果相符，滿足合同精度指標(biāo)。

2.1 開挖點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)開挖實(shí)際結(jié)果對(duì)比

管道檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)開挖實(shí)際測(cè)量結(jié)果對(duì)比見下表：φ355.6樊4至處理中心集氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果對(duì)比表5。

表5 檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果對(duì)比表

備注：“內(nèi)/外部”指示中的“外部”代表金屬損失位于管道外表面或者壁中。

2.2 管道開挖點(diǎn)附圖(見圖5，6，7)

圖5 開挖點(diǎn)1映像圖

圖6 開挖點(diǎn)2映像圖

圖7 開挖點(diǎn)3映像圖

2.3 金屬損失總結(jié)

通過對(duì)樊4至處理中心集氣管道漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，該管道上共存在金屬損失37處(表6，7)，最嚴(yán)重的金屬損失為外部缺陷，深度為管道正常壁厚的15%，位于該管道檢測(cè)里程的2225.674m處，該金屬損失點(diǎn)已開挖。

表6 金屬損失點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

注：wt—表示管道正常壁厚

表7 金屬損失點(diǎn)內(nèi)/外部統(tǒng)計(jì)表

需要注意的是，這些金屬損失可能為腐蝕或管材本身存在的缺陷或在管道制造、防腐、運(yùn)輸和敷設(shè)過程中產(chǎn)生的缺陷。

3 管道將來完整性評(píng)價(jià)

3.1 金屬損失生長情況分析

由于漏磁檢測(cè)技術(shù)的局限性，數(shù)據(jù)分析時(shí)不能準(zhǔn)確地區(qū)分金屬損失的類型，檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告中的金屬損失可能為與時(shí)間相關(guān)的腐蝕缺陷，腐蝕會(huì)隨著時(shí)間的增長而繼續(xù)生長，影響管道將來的完整性。為了保證管道安全，本次剩余壽命預(yù)測(cè)假設(shè)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的所有金屬損失全部為腐蝕缺陷。

目前金屬損失生長速率確定普遍使用的方法是對(duì)比兩次(或多次)檢測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果確定缺陷生長速率。對(duì)于只進(jìn)行過一次內(nèi)檢測(cè)的管道，經(jīng)驗(yàn)做法是假設(shè)管道投產(chǎn)的起始時(shí)間為腐蝕開始生長的初始時(shí)間，并使用全壽命或半壽命的方法來計(jì)算金屬損失的生長速率。

樊4至處理中心集氣管道于2008年7月投產(chǎn)運(yùn)營，截止到本次檢測(cè)2017年7月26日止，兩次檢測(cè)的時(shí)間間隔約為9.03年。依據(jù)剩余壽命預(yù)測(cè)保守的原則，金屬損失生長速率使用半壽命的計(jì)算方法。

半壽命金屬損失生長速率計(jì)算公式如下：

式中：RML：金屬損失的生長速率，mm/yr；Depth1：第一次內(nèi)檢測(cè)金屬損失深度，mm；Depth2：第二次內(nèi)檢測(cè)金屬損失深度，mm；InspDate1：管道第一次內(nèi)檢測(cè)日期，yr；InspDate2：管道第二次內(nèi)檢測(cè)日期，yr。

依據(jù)金屬損失生長速率估算保守的原則，根據(jù)內(nèi)外部金屬損失類別的不同，對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的金屬損失進(jìn)行了生長速率計(jì)算，并選用內(nèi)外部金屬損失的生長最快的速率對(duì)所有缺陷進(jìn)行了壽命預(yù)測(cè)。金屬損失生長速度采用半壽命法進(jìn)行計(jì)算。

金屬損失的生長速率計(jì)算結(jié)果見表8。

表8 金屬損失生長速率計(jì)算結(jié)果

3.2 管道剩余壽命預(yù)測(cè)

金屬損失生長速率的計(jì)算是管道剩余壽命預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。管道剩余壽命預(yù)測(cè)是管道將來完整性評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。

根據(jù)金屬損失缺陷的生長速率及金屬損失缺陷處的承壓強(qiáng)度，對(duì)樊4至處理中心集氣管道上的37處金屬損失進(jìn)行了剩余壽命預(yù)測(cè)。依據(jù)Modified B31G方法的評(píng)價(jià)結(jié)果，在最大允許操作壓力1.5MPa下，沒有金屬損失需要在5年內(nèi)計(jì)劃維修。

4 再檢測(cè)周期

通過剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，樊4至處理中心集氣管道所有金屬損失均滿足最大運(yùn)行壓力1.5MPa的運(yùn)行要求。通過剩余壽命預(yù)測(cè)，在最大允許操作壓力1.5MPa下，沒有金屬損失需要在5年內(nèi)計(jì)劃維修。

通過實(shí)施內(nèi)檢測(cè)，能夠了解管道缺陷的存在情況以及缺陷對(duì)管道當(dāng)前完整性的影響。但由于管道運(yùn)營環(huán)境的不斷變化，腐蝕速率的發(fā)展存在著不確定性。通過實(shí)施管道再檢測(cè)，依據(jù)兩次檢測(cè)數(shù)據(jù)信息的對(duì)比結(jié)果，對(duì)管道進(jìn)行綜合地完整性評(píng)價(jià)，全面有效地分析缺陷產(chǎn)生的原因、生長情況，暴露管道存在問題，排除完整性評(píng)價(jià)中的不確定因素，有重點(diǎn)地制定合理有效的腐蝕控制措施，使管道缺陷處于可控狀態(tài)。兩次或多次檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果對(duì)管道完整性評(píng)價(jià)具有科學(xué)的指導(dǎo)意義。