管道检测与安全评价技术.ppt
2019年6月30日,1,管道检测与安全评价技术,一、管道检测与安全评价的意义 二、管道缺陷检测与安全评价的技术领域 三、管道检测技术 四、管道适用性评价技术 五、管道补强修复技术,2019年6月30日,2,一、 管道检测与安全评价的意义,油气输送管线: 造价很高 穿越地域广阔 涉及的地域类型复杂 一旦发生爆破 ，就会造成 人员伤亡 环境污染 油气输送中断 等严重事故 参见图1.1 至图1.4,2019年6月30日,3,图1.1 茂名石化输油管爆破抢险现场,2019年6月30日,4,图1.2 美国某一天然气管线爆破事故现场,2019年6月30日,5,图1.3 地下输油管线腐蚀破裂，大量原油泄漏情况,2019年6月30日,6,图1.4 原油泄漏造成农田毁坏和环境污染情况,2019年6月30日,7,我国目前有油气长输管线3万多公里，许多管线运行二三十年，接近使用寿命，进入事故多发期。 如四川输气管网投产后，H2S含量偏高，加上材质和制造质量不佳，SSCC 破裂事故频频发生。如图1.5和图1.6所示。 如早期管道的石油沥青层，已达到寿命年限，涂层严重老化，图1.7示出港沧线涂层破坏的情况,2019年6月30日,8,SSCC裂纹,SSCC裂纹,图1.5 四川佛两线管道解剖所得应力腐蚀裂纹示意图,2019年6月30日,9,SSCC裂纹,图1.6 佛两线管道由于噘嘴在内焊趾造成的 SSCC裂纹裂纹在内焊趾根部起裂,2019年6月30日,10,图1.7 港沧输气管线典型现场测试结果,2019年6月30日,11,开展管道检测与安全评价 “盲目维护” “视情维护” 减少事故发生率 避免不必要和无计划的维修和更换 避免管线打压试验带来的巨大花费,一、 管道检测与安全评价的意义,2019年6月30日,12,爆炸,断裂,泄漏,过量变形,表面损伤、金属损失,材料性能退化,物理爆炸：物理原因（温度、内压）使应力超过强度,化学爆炸：异常化学反应使压力急剧增加超过强度,脆性断裂：应力腐蚀、氢致开裂、持久（蠕变）断裂、低温脆断,韧性断裂,疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、高温疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳、蠕变疲劳,密封泄漏：充装过量（冒顶）,腐蚀穿孔、穿透的裂纹或冶金、焊接缺陷（满足LBB条件）,过热、过载引起的鼓胀、屈曲、伸长、凹坑（dent）,蠕变、亚稳定相的相变,电化学腐蚀：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、沉积物下腐蚀、溶解氧腐蚀、碱腐蚀、硫化物腐蚀、氯化物腐蚀、硝酸盐腐蚀,冲蚀、气蚀,高温氧化腐蚀、金属尘化或灾难性渗碳腐蚀、环烷酸腐蚀,外来机械损伤：油气长输管线的主要失效模式之一,辐照损伤脆化,金相组织变化：珠光体球化、石墨化、S相析出长大、渗碳、渗氮、脱碳、回火脆化与敏化、应变时效,氢致损伤：氢腐蚀、氢脆（微裂纹）、堆焊层的氢致剥离,管道主要失效模式,2019年6月30日,13,管道主要失效原因,责任事故,设备事故,违反操作规程、介质超标,缺少现代安全管理体系、职工素质教育差,严重损伤未能被检测发现或缺少科学评价、不合理的维修工艺（尤其是停工状态的维修）,设计缺陷、选材不当、用材错误、存在超标焊接或冶金缺陷、焊接或组装残余应力过大,外来机械损伤、地震、洪水、雷击、大风等,运行操作：,检测维修：,设计制造：,外来损伤：,管理：,2019年6月30日,14,管道检测与安全评价的技术范畴,缺陷检测,安全评价,缺陷内检测技术,缺陷外检测技术,剩余强度评价,剩余寿命预测,智能内检测技术,防腐层检测+挖坑,基于风险的检测,回答现有设备是否安全、是 否需要更换、安全裕度如何,回答设备能用多久、确定检测周期与检修周期,图2.1 检测与评价技术领域及其关系图,管道风险评估,为检测方案制定提供 决策依据,二、管道检测与安全评价的技术领域,2019年6月30日,15,三、管道检测技术,管道外检测技术 PCM技术 CIPS技术 DCVG技术 开挖+超声、磁粉、射线等无损检测手段,2019年6月30日,16,防腐层检测与评价,采用多频管中电流法（PCM）、皮尔逊法等测量方法和防腐层检漏仪（RD-PCM）等仪器对埋地管道外防腐层进行在线不开挖地面检测。 对开挖坑点管道外防腐层进行外观状况、测厚、剥离强度、电火花检漏等项目检测，复核其性能是否达到标准。 通过专用评价软件对防腐层性能进行评价，确定防腐层的绝缘电阻Rg，再通过Rg的大小来判断防腐层的老化程度(或性能状态)及破损点位置,2019年6月30日,17,图3.1 PCM 在线检测技术,2019年6月30日,18,图3.2 CIPS/DCVG在线检测仪器,2019年6月30日,19,焊缝检测与评价（抽查）,环焊缝质量抽查，确定焊缝缺陷尺寸 采用X射线探伤仪未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺陷； 超声波探伤仪检测裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等。 环焊缝部位沟腐蚀检测 采用X射线探伤仪或超声波C扫描方法进行检测焊缝腐蚀后体积性缺陷,2019年6月30日,20,管道内检测技术（Smart Pig 技术） 检测器类型 通径检测器（主要检测变形） 金属损失检测器 类裂纹缺陷检测器 HIC及分层检测器 基本原理 漏磁原理 超声原理 射线原理 电磁声纳原理 涡流原理,2019年6月30日,21,2019年6月30日,22,MFL通径检测,超声裂纹检测器,超声壁厚检测器,金属损失和变形检测,Tuboscope Varco 的内检测技术,2019年6月30日,23,检测技术发展趋势 高分辨率 最小缺陷深度10t 轴向定位精度1 240800个霍尔传感器 速度为0.57m/s 尺寸规格系列化(456 inch) 针对不同类型的缺陷开发系列化检测器 缺陷三维尺寸,2019年6月30日,24,四、管道适用性评价技术,国际上现有标准和规范 自上世纪70年代开始管道适用性（Fitness-for-service)评价技术的研究以来，经过30多年的发展，已形成许多标准和规范:ASME B31G（1991）、CAN/CSA-Z184-M86（1986） 、CEGB R6（1988、2002）、BSI PD6493（1991)、DNV F101（1999）、BSI 7910（1999）、API 579（2000）。 国内规范：SY/T6477(2000) Q/CNPC34（2000）,2019年6月30日,25,尽管国际上对管道安全评估已经开展了大量研究，但目前仍然是管道工程研究的热点问题 1998年、2000年、2002年三次ASME国际管线会议都设有管道安全评价的分会场 对1995年到2000年美国石油文摘的检索结果表明，管道安全评价在国际上研究仍然呈方兴未艾之势，见图4.1,2019年6月30日,26,图4.1 管道安全评价论文美国石油文摘检索结果,2019年6月30日,27,国际上的研究趋势主要集中在两个方面 继续对国际上已经建立管道安全评估方法的过分保守性和欠可靠性进行改进 对目前尚无评定规范和标准，而工程上又急需解决的问题进行研究，如： 第三方损伤的评价方法 管道地质灾害的评价方法 管道防腐层的有效保护寿命预测方法 管道剩余寿命预测方法，如损伤寿命和腐蚀寿命,2019年6月30日,28,TGRC在管道安全评估领域的研究成果 九.五期间，我们在对管道安全评估技术科学分类的基础上，开展了系统的研究工作，建立了 含缺陷管道剩余强度评价方法 含缺陷管道剩余寿命预测方法 管道完整性评价的集成软件 并在近20条管线上得到了成功应用,2019年6月30日,29,实物评价的半经验公式,有限元 分析,基于力学理论的解析分析,剩余强度评价,体积型腐蚀缺陷,平面型缺陷,弥散损伤型缺陷,几何不完整型缺陷,主要是腐蚀造成的槽、片状缺陷,应力腐蚀缺陷 氢致宏观裂纹 焊缝裂纹缺陷 疲劳裂纹,氢鼓泡和氢致 诱发微裂纹、点腐蚀缺陷,噘嘴与错边 不圆度 厚度不均匀,评价方法,评价对象,评价对象特征,克乌复线 阿塞线,佛两线 采石线 鞍大线,威成线,克乌复线 佛两线 达卧线,典型管线,机械损伤缺陷,凹坑、沟槽 整体变形,格萨线 达卧线,概率和可靠性理论,图4.2 剩余强度评价的对象类型及评价方法,2019年6月30日,30,用现场监测积累数据进行预测,用实验室试验数据进行预测,剩余寿命预测,体积型缺陷,平面型缺陷,弥散损伤型缺陷,冲刷腐蚀,点蚀及槽状局部腐蚀,片状腐蚀,应力腐蚀裂纹,氢致宏观裂纹,焊缝裂纹缺陷,疲劳裂纹,疲劳萌生微裂纹,氢鼓泡氢致微裂纹,蠕变损伤微裂纹,冲刷速率,局部腐蚀速率,全面腐蚀速率,亚临界 裂纹扩 展速率,损伤 速率,预测数据,缺陷类型,缺陷名称,速率类型,腐蚀速率,图4.3 剩余寿命预测缺陷种类划分,数据库,提供基 础数据,剩余强 度评价,临界缺陷尺寸,剩余寿命预测,能否安全运行、可靠度,确定检测、维修周期,数据测试、收集和录入,数据检索、填加,图4.4 适用性评价集成软件的功能和结构框图,安全评价案例库,32,2019年6月30日,2019年6月30日,33,2019年6月30日,34,图2.5 评价软件典型界面2,2019年6月30日,35,2019年6月30日,36,2019年6月30日,37,2019年6月30日,38,2019年6月30日,39,2019年6月30日,40,2019年6月30日,41,2019年6月30日,42,2019年6月30日,43,五、腐蚀管道补强修复技术,复合材料补强修复技术 由复合材料片材/改性胶粘剂/缺陷填充材料三组分组成的一种新型含缺陷管道补强修复技术及产品 与钢管具有良好匹配性能 具有高的抗拉强度 玻璃纤维增强片材最高拉伸强度可达903MPa 碳纤维增强片材最高拉伸强度可达1400MPa以上 具有优良的施工工艺性能，可在050温度范围内施工 操作简单、方便、快捷，主要补强材料可在室内加工完成，现场施工无需专用机具，手工操作即可，无需焊接 补强施工可以带压进行，不影响管道的运行,2019年6月30日,44,现场应用 2002年11月2日，对靖西天然气输送管线在不停输情况下进行了补强修复，共补强修复三处，11个缺陷，至目前为止，补强修复部位运行正常 现场施工温度为215，三处缺陷补强施工时间为平均40分钟/处，补强层表干时间为1小时，完全固化时间约2天 就靖西线而言，采用换管修复缺陷，修复一处缺陷总费用超过20万元，仅管中天然气放空损失就达到13万元以上。而采用纤维增强复合片材技术补强修复含缺陷天然气管道，每修复一处缺陷所支付费用不足换管修复费用的十分之一，经济效益十分可观 。,2019年6月30日,45,不同规格缠绕带卷片样品,2019年6月30日,46,靖西天然气输气管线现场补强施工,
