成品油管道基于內(nèi)檢測(cè)的適用性評(píng)價(jià)與維修決策

李明，楊文，牛徹，杜威，楊靜

成品油管道基于內(nèi)檢測(cè)的適用性評(píng)價(jià)與維修決策

李明1，楊文2，牛徹3，杜威3，楊靜1

（1.中國(guó)石化大連石油化工研究院，遼寧 大連 116045；2.國(guó)家管網(wǎng)華南分公司，廣州 100083；3.國(guó)家管網(wǎng)華東分公司，上海 200050）

建立成品油管道基于內(nèi)檢測(cè)的適用性評(píng)價(jià)及維修決策方法。針對(duì)某成品油管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)中的管道缺陷，進(jìn)行缺陷尺寸特征與環(huán)焊縫關(guān)系等統(tǒng)計(jì)分析?？紤]缺陷形態(tài)對(duì)管道安全運(yùn)行的影響，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定成品油管道缺陷維修判定準(zhǔn)則。結(jié)合缺陷強(qiáng)度評(píng)價(jià)、腐蝕速率計(jì)算以及剩余壽命預(yù)測(cè)，確定缺陷維修計(jì)劃和再檢測(cè)周期。該管道內(nèi)外腐蝕較突出，管道外部腐蝕缺陷分布相對(duì)較為均勻，而內(nèi)部腐蝕缺陷分布較為集中。通過腐蝕缺陷點(diǎn)與最近環(huán)焊縫距離分析，發(fā)現(xiàn)疑似焊縫處防腐層補(bǔ)口失效3處。經(jīng)評(píng)價(jià)分析，該管道建議無立即修復(fù)缺陷，所有93處腐蝕類金屬損失缺陷計(jì)劃響應(yīng)時(shí)間都在5年內(nèi)。通過管道適用性評(píng)價(jià)、腐蝕缺陷剩余壽命預(yù)測(cè)，確定管道再檢測(cè)時(shí)間間隔為5年。采用ASME B31G、分段腐蝕速率預(yù)測(cè)等方法實(shí)施管道完整性評(píng)價(jià)，并以此確定缺陷維修響應(yīng)等級(jí)和時(shí)間具有較好的實(shí)施效果。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開展開挖修復(fù)工作后，應(yīng)根據(jù)開挖測(cè)量結(jié)果修正管道缺陷維修計(jì)劃。

成品油管道；內(nèi)檢測(cè)；適用性評(píng)價(jià)；剩余壽命預(yù)測(cè)；維修決策

管道在鋪設(shè)施工以及運(yùn)行過程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生制管缺陷、焊接缺陷、腐蝕減薄等諸多損傷，破壞管道本體的完整性，甚者導(dǎo)致管道發(fā)生泄漏、斷裂，并引發(fā)火災(zāi)爆炸事故，使人民的人身財(cái)產(chǎn)安全和生活環(huán)境受到破壞威脅[1-3]。采用有效的檢測(cè)方法及時(shí)發(fā)現(xiàn)管體中各類缺陷和損傷，是保證管道安全運(yùn)行的重要措施。目前，國(guó)內(nèi)外廣泛使用漏磁內(nèi)檢測(cè)法實(shí)施管道缺陷在線檢測(cè)[4-6]。通過實(shí)施管內(nèi)漏磁內(nèi)檢測(cè)，可以得到被檢管道中存在的各類缺陷個(gè)數(shù)、位置、嚴(yán)重程度等信息，但無法確定缺陷是否需要立即維修以及維修先后順序的準(zhǔn)確結(jié)論[7-8]。如果把檢測(cè)到的所有缺陷都實(shí)施維修，又會(huì)很大程度地浪費(fèi)維修資金。因此，利用內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)缺陷管道開展完整性評(píng)價(jià)，并以此科學(xué)制定管道維修響應(yīng)計(jì)劃，保障管道長(zhǎng)期安全可靠，成為了管道完整性管理工作的重點(diǎn)[9-10]。

文中根據(jù)實(shí)際案例，建立了基于內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的管道缺陷維修響應(yīng)計(jì)劃制定方法，為基于內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的管道完整性評(píng)價(jià)、缺陷維修等核心業(yè)務(wù)提供指導(dǎo)。

1 管道概況

國(guó)內(nèi)某成品油管道于2015年投產(chǎn)使用。管道全長(zhǎng)180.4 km，管徑為355.6 mm×7.1 mm。管道采用三層PE外防腐層，同時(shí)采用強(qiáng)制電流為主、犧牲陽(yáng)極為輔的方法實(shí)施管道陰極保護(hù)。管道輸送介質(zhì)為成品汽油和柴油，工作溫度為常溫，管輸最大允許運(yùn)行壓力（MAOP）為9.5 MPa。管道運(yùn)營(yíng)方委托第三方檢測(cè)公司對(duì)該成品油管道分次進(jìn)行了幾何變形檢測(cè)和漏磁內(nèi)檢測(cè)工作。

2 管道缺陷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 腐蝕類缺陷統(tǒng)計(jì)

本次管道實(shí)施內(nèi)檢測(cè)后，共發(fā)現(xiàn)腐蝕類缺陷93處，其中內(nèi)部腐蝕缺陷30處，外部腐蝕缺陷63處。缺陷腐蝕金屬損失深度≥0.1（為管道公稱壁厚）的有92處，深度≥0.2的有13處。缺陷平均腐蝕深度為正常壁厚的14%，缺陷最深腐蝕深度為正常壁厚的28%，是一處內(nèi)部腐蝕，所在管段壁厚為8.7 mm。

腐蝕缺陷金屬的損失深度統(tǒng)計(jì)見表1。可以看出，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的腐蝕缺陷絕大部分腐蝕深度在0.2以內(nèi)，僅有13處大于等于0.2。外部腐蝕缺陷總數(shù)量為63個(gè)，金屬損失平均深度為0.14，內(nèi)部腐蝕缺陷總數(shù)量為30個(gè)，金屬損失平均深度為0.15。整體而言，管道外部金屬損失缺陷較內(nèi)部金屬損失缺陷嚴(yán)重一些。

表1 腐蝕缺陷金屬損失深度統(tǒng)計(jì)

Tab.1 Corrosion defect metal loss depth statistics

腐蝕缺陷金屬損失深度沿管道里程的分布如圖1所示。可以看出，管道外部腐蝕缺陷分布相對(duì)較為均勻，而管道內(nèi)部腐蝕缺陷則集中分布于3個(gè)檢測(cè)段內(nèi)?？紤]該管道為首次內(nèi)檢測(cè)，管道內(nèi)部腐蝕可能由管道投產(chǎn)前水聯(lián)運(yùn)后在一些上傾角管段中的殘留水所導(dǎo)致[11-12]。應(yīng)當(dāng)結(jié)合管段高程、介質(zhì)含水量等因素查明原因，采取針對(duì)性防護(hù)措施，同時(shí)加強(qiáng)管道日常清管，將管內(nèi)腐蝕產(chǎn)物及雜質(zhì)清除干凈[13]。

通過分析管道環(huán)焊縫臨近區(qū)域（兩側(cè)各200 mm范圍內(nèi)）外部腐蝕情況，可判斷管道補(bǔ)口失效問題[14]。管道內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)深度≥0.1的外部腐蝕距最近環(huán)焊縫的分布如圖2所示。環(huán)焊縫兩側(cè)200 mm范圍內(nèi)僅有3處腐蝕，其中2處金屬損失深度為0.15，1處為0.14，而且外部腐蝕無明顯環(huán)焊縫聚集趨勢(shì)?？梢钥闯?，檢測(cè)管道補(bǔ)口區(qū)域整體情況較好，個(gè)別管道補(bǔ)口處存在外部金屬損失，建議確定缺陷點(diǎn)位置，并進(jìn)行缺陷及補(bǔ)口的檢驗(yàn)修復(fù)。

圖1 腐蝕缺陷金屬損失腐蝕深度沿里程分布

圖2 管道內(nèi)檢測(cè)深度≥0.1T外部腐蝕距最近環(huán)焊縫的分布情況

2.2 制造缺陷統(tǒng)計(jì)

制造缺陷信息統(tǒng)計(jì)見表2。本次內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)制造缺陷3處，其中內(nèi)部制造缺陷1處，深度為0.19，外部制造缺陷2處，深度分別為0.20和0.15。所有制造缺陷所在管段壁厚均為7.1 mm。

表2 制造缺陷統(tǒng)計(jì)

Tab.2 Manufacturing defect statistics

2.3 管體變形缺陷統(tǒng)計(jì)

管體變形缺陷信息統(tǒng)計(jì)見表3。本次內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)管道變形119處，其中2處凹陷帶有金屬損失，其余117處為普通凹陷。管體變形缺陷沿管道里程分布統(tǒng)計(jì)見圖3。變形量最大的缺陷點(diǎn)深度為0.033（為公稱直徑），為普通凹陷，位于管道底部。

表3 變形缺陷統(tǒng)計(jì)

Tab.3 Deformation defect statistics

圖3 管道內(nèi)檢測(cè)管體變形缺陷里程分布統(tǒng)計(jì)

3 缺陷當(dāng)前適用性評(píng)價(jià)

3.1 缺陷維修響應(yīng)準(zhǔn)則

按照GB 32167油氣輸送管道完整性管理規(guī)范，管道缺陷應(yīng)開展完整性評(píng)價(jià)，以明確管道缺陷嚴(yán)重程度，進(jìn)而制定缺陷維修響應(yīng)計(jì)劃。目前，可根據(jù)缺陷預(yù)估維修比，或根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定缺陷維修響應(yīng)級(jí)別?？紤]組合缺陷、特殊形態(tài)缺陷等對(duì)管道安全運(yùn)行的影響，根據(jù)國(guó)內(nèi)外完整性評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定該管道缺陷維修判定準(zhǔn)則[15-16]。

3.2 腐蝕類金屬損失剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)

對(duì)腐蝕類缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)估，SY/T 6597和GB 27699均推薦以預(yù)估維修比（Estimated Repair Factor，ERF）進(jìn)行度量并實(shí)現(xiàn)維修決策。其定義為：

ERF=MAOP/SWP(1)

式中：MAOP為管道最大允許操作壓力；SWP為缺陷處安全工作壓力；

SWP定義為：

SWPFSF(2)

式中：F為計(jì)算缺陷失效壓力；SF為安全系數(shù)。

研究表明，ASME B31G對(duì)短缺陷適用性評(píng)價(jià)的保守性更高[17]，因此采用ASME B31G開展本管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)管道的MAOP為9.5 MPa，評(píng)價(jià)安全系數(shù)取為管段設(shè)計(jì)系數(shù)的倒數(shù)。

基于以上參數(shù)進(jìn)行缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，并計(jì)算所有93處腐蝕類金屬損失缺陷SWP及ERF值。計(jì)算得到的腐蝕缺陷ERF沿管道里程分布如圖4所示。

圖4 腐蝕缺陷計(jì)算ERF沿管道里程分布

經(jīng)計(jì)算，在最大允許操作壓力9.5 MPa下，所有缺陷的ERF均不超過0.8。93處腐蝕缺陷計(jì)算得到的最小SWP為12.49 MPa，對(duì)應(yīng)缺陷點(diǎn)金屬損失深度為0.2，長(zhǎng)度為51 mm，寬度為16 mm，滿足安全工作要求。結(jié)合金屬損失深度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及基于ERF的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果，沒有需要立即響應(yīng)的腐蝕缺陷。

3.3 制造缺陷適用性評(píng)價(jià)

采用shannon方法進(jìn)行制造缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)[18]。利用shannon方法繪制管道最大允許操作壓力9.5 MPa下的ERF=1曲線圖，并將缺陷點(diǎn)按照長(zhǎng)度和深度在圖中進(jìn)行顯示，如圖5所示?？梢钥闯?，管道最大允許操作壓力9.5 MPa條件下，所有制造缺陷都是安全的，不需要進(jìn)行維修。

圖5 壁厚7.1 mm對(duì)應(yīng)制造缺陷尺寸關(guān)系圖

3.4 變形缺陷適用性評(píng)價(jià)

按照表4的缺陷維修響應(yīng)判定準(zhǔn)則，對(duì)本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的管體凹陷經(jīng)過計(jì)算。結(jié)果表明，無管體凹陷需要立即維修，存在1處深度≥0.02且位于管道頂部的管體凹陷，應(yīng)安排計(jì)劃維修。對(duì)于帶有金屬損失的2處凹陷，因檢測(cè)數(shù)據(jù)缺乏金屬損失深度，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開挖測(cè)量后，再進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 管道缺陷未來完整性評(píng)價(jià)

4.1 管道腐蝕速率計(jì)算

管道檢測(cè)周期的科學(xué)制定通常都基于缺陷管道剩余壽命預(yù)測(cè)，而管道剩余壽命預(yù)測(cè)必須基于腐蝕速率[19]。目前，管道剩余壽命預(yù)測(cè)的研究并不完善，還沒有形成專門的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，較多采用全壽命法或半壽命法評(píng)估[20]。

鑒于管道敷設(shè)不同土壤環(huán)境對(duì)管體腐蝕速率的影響不同，按照檢測(cè)數(shù)據(jù)將金屬損失生長(zhǎng)速率分段計(jì)算，分別計(jì)算每一管段中金屬損失缺陷的腐蝕速率，并以每一管段缺陷中腐蝕速率的最大值作為該節(jié)管段的腐蝕速率，從而得到管道內(nèi)外金屬損失的腐蝕速率[21]。計(jì)算得到的管道內(nèi)部腐蝕和外部腐蝕的腐蝕速率分布如圖6所示。

表4 缺陷維修響應(yīng)判定準(zhǔn)則

Tab.4 Defect Repair Response Judgment Criteria

圖6 腐蝕缺陷腐蝕速率沿里程分布

4.2 計(jì)劃響應(yīng)時(shí)間預(yù)測(cè)

以金屬損失深度達(dá)到50%或ERF達(dá)到1作為維修臨界點(diǎn)，并開展腐蝕缺陷計(jì)劃響應(yīng)時(shí)間預(yù)測(cè)。腐蝕缺陷計(jì)算維修響應(yīng)時(shí)間沿里程的分布如圖7所示。自檢測(cè)結(jié)束后，所有93處腐蝕類金屬損失缺陷計(jì)劃響應(yīng)時(shí)間都在5年內(nèi)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開展開挖修復(fù)工作后，應(yīng)根據(jù)開挖測(cè)量結(jié)果，修正管道缺陷維修計(jì)劃。

圖7 腐蝕缺陷計(jì)算維修響應(yīng)時(shí)間沿里程分布

4.3 再檢測(cè)時(shí)間

GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》與SY/T 6597—2014《油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，管道再檢測(cè)時(shí)間間隔不應(yīng)超過8 a。經(jīng)評(píng)價(jià)，該成品油管道完整性狀態(tài)有較明顯的損傷，較突出的損傷類型為管道外腐蝕和管體變形?？紤]管道周邊自然環(huán)境及社會(huì)環(huán)境等綜合因素，結(jié)合管道缺陷適用性評(píng)價(jià)及剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果，建議該管道檢測(cè)周期不超過5 a。若現(xiàn)場(chǎng)開挖表明該管道完整性狀況較好，或采取防護(hù)措施并通過評(píng)價(jià)證明能夠改善管道完整性狀況，可適當(dāng)延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間1~2 a。

5 結(jié)論

1）基于某成品油管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，開展缺陷管道完整性評(píng)價(jià)。對(duì)該管道缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該管道腐蝕因素較突出，還有疑似焊縫處防腐層補(bǔ)口失效。管道外部腐蝕缺陷分布相對(duì)較為均勻，而內(nèi)部腐蝕缺陷分布較為集中。建議結(jié)合管段高程、介質(zhì)含水量等因素查明原因，采取針對(duì)性防護(hù)措施，同時(shí)加強(qiáng)管道日常清管。

2）考慮缺陷形態(tài)對(duì)管道安全運(yùn)行的影響，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定成品油管道缺陷維修判定準(zhǔn)則。通過適用性評(píng)價(jià)、剩余壽命預(yù)測(cè)等完整性評(píng)價(jià)分析，該管道無立即修復(fù)缺陷，所有93處腐蝕類金屬損失缺陷計(jì)劃響應(yīng)時(shí)間都在5 a內(nèi)，建議再次檢測(cè)周期不超過5 a。

3）當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開展開挖修復(fù)工作后，應(yīng)根據(jù)開挖測(cè)量結(jié)果修正管道缺陷維修計(jì)劃。

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The Fitness-for-service Assessment and Maintenance Decision-making of a Refined Oil Pipeline

LI Ming1, YANG Wen2, NIU Che3, DU Wei3, YANG Jing1

(1. Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals SINOPEC, Dalian 116045, China; 2. Pipe China South China Branch, Guangzhou 100083, China; 3. Pipe China East China Branch, Shanghai 200050, China)

A method for applicability evaluation and maintenance decision-making based on in-line inspection for refined oil pipelines is established. According to the pipeline defects in the inspection data of a product oil pipeline, statistical analysis of the relationship between the defect size characteristics and the girth weld is carried out. Considering factors such as the influence of combined defects and girth welds, and the characteristics of defects, the criteria for determining the defect maintenance of refined oil pipelines are formulated. Combined with defect residual strength evaluation, residual life prediction and comprehensive factor analysis, the defect maintenance decision is determined, and the next pipeline inspection time proposal is proposed. According to the statistics on the characteristics of pipeline defects, it is found that the internal and external corrosion of the pipeline is relatively prominent; the external corrosion defects of the pipeline are relatively uniform, while the internal corrosion defects are more concentrated. The analysis on the relationship between corrosion defects and girth welds reveals that there are three suspected welds with anti-corrosion coatings for the failure of the repair, and further excavation and verification shall be conducted. After evaluation and analysis, it is recommended that the pipeline does not need an immediate repair of the defects, and the planned response time for all 93 corrosive metal loss defects is within 5 years; considering the integrity of the pipeline, combined with the remaining life prediction results, the next inspection interval of 5a is suggested. The method of ASME B31G, segmented corrosion rate prediction and other methods are adopted to carry out pipeline applicability evaluation, and a better defect repair response level and repair time are determined with this. Furthermore, taking into account the complexity of the pipeline service environment and the limitation of detection accuracy, the defect repair plan should be revised based on the actual pipeline operation and the results of the excavation verification.

refined oil pipeline; in-line inspection; applicability evaluation; remaining life prediction; maintenance decision

2020-10-29；

2021-01-05

LI Ming (1982—), Male, Doctor, Researcher, Research focus: integrity inspection and evaluation of storage and transportation facilities.

李明, 楊文, 牛徹, 等. 成品油管道基于內(nèi)檢測(cè)的適用性評(píng)價(jià)與維修決策[J]. 裝備環(huán)境工程, 2021, 18(4): 043-049.

TG172

A

1672-9242(2021)04-0043-07

10.7643/ issn.1672-9242.2021.04.006

2020-10-29；

2021-01-05

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2017YFF0210404）；中國(guó)石油化工集團(tuán)公司資助項(xiàng)目（320034）

Fund：Supported by National Key R&D Project of China(2017YFF0210404) and China Petrochemical Corporation Funded Project (320034)

李明（1982—），男，博士，研究員，主要研究方向?yàn)閮?chǔ)運(yùn)設(shè)施完整性檢測(cè)評(píng)價(jià)。

LI Ming, YANG Wen, NIU Che, et al. The fitness-for-service assessment and maintenance decision-making of a refined oil pipeline[J]. Equipment environmental engineering, 2021, 18(4): 043-049.