天然气管道的完整性管理.pdf

20 0 8矩 第 1 期 管 道技 术 5 彳 要 舌 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t 2 o 08 No ．1 天然气管道的完整性管理 张 阳 ， 刘 扬 ， 魏立新 ， 李 勇 1 ． 大庆石油学院石油工程学院， 黑龙江大庆1 6 3 3 1 8 ； 2 ． 胜利油田胜利采油厂工艺研究所， 山东东营2 5 7 o 5 1 摘要 根据天然气管道完整性管理技术的研究现状， 概述 了天然气管道完整性管理的框架流程。阐述了天然气管道 完整性管理的主要 内容 ， 分析了影响管道安全的主要因素、 天然气管道事故后果， 介绍了管道完整性检测方法， 提 出了天 然气管道腐蚀控制措施以及天然气管道完整性管理体 系发展建议。 关键词 天然气管道； 完整性； 管理 中图分类号 T E 8 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 0 8 0 1 0 0 1 7 0 3 M a na g e me nt o f t h e I n t e g r i t y o f Na t u r a l Ga s Pi pe l i ne Z HANG Ya n g ， L I U Y a n g ， WEI L i x i n ’ ， L I Y o n g 1 ． P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， Da q i n g P e t r o l e um I n s t i t u t e ， D a q i n g 1 6 3 3 1 8， C h i n a ； 2 ．T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s ti t u t e o f S h e n g ll Oi l R e c o v e r y， S h e n g ll O i l F i e l d， D o n g y i n g 2 5 7 0 5 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e c u r r e n t r e s e a r c h o n t h e ma n a g e me n t t e c h n o l o g y o f i n t e g r i t y o f n a t u r a l g a s p i p e l i n e ，t h e f r a me w o r k p r o c e s s c o n c e r n i n g t h i s t e c h n o l o gy W as s u mme d u p， t h e ma i n c o n t e n t o f t h i s t e c h n o l o gy s y s t e ma t i c a l l y e x p o u n d e d， t h e ma i n f a c tor s t h a t a ff e c t t h e s a f e t y o f t h e p i p e s an d t h e c o n s e q u e n c e s o f n a t u r al g as p i p e l i n e a c c i d e n t a n aly z e d ， a n d t h e p i p e l i n e i n t e g r i t y t e s t i n g p r e s e n t e d ． Th e c o n t r o l me asu r e s a g a i n s t n a t u r a l g a s p i p e l i n e c o rro s i o n Was a d v a n c e d a n d t h e p r o p o s al f o r d e v e l o p me n t s o f t h e ma n a g e me n t o f g a s p i p e l i n e i n t e g r i t y W as p u t for w ard ． Ke y wo r dsn a t u r al ga s p i pe l i ne； i n t e g r i t y； ma n a g e me n t 0引言 天然气管道大多埋设于地下， 穿越地区广， 地形复杂， 输送 介质工作压力高， 潜在危险很大， 日常检测比较困难， 容易受到 环境 、 腐蚀和各种自然灾害的影响， 而且介质具有易燃、 易爆和 易扩散的特性 ， 一旦发生泄漏或断裂将有可能引发爆炸、 中毒 等重大事故。目前 ， 管道完整性管理已成为管道工程领域的热 点。通过管道完整性管理， 不仅可以大大减小管线事故发生 率， 而且可以避免不必要和无计划的管道维修和更换 ， 从而获 得巨大经济效益和社会效益 】 J 。 1 实施天然气管道完整性管理的必要性和意义 为有效遏制管道事故， 国内外对于管道失效事故均进行 了 大量的调查分析与研究。美国珈 拿大和欧洲的一些国家先后 开始了管道风险管理技术的开发和应用 ， 并建立了管道风险评 价体系和各种有效的评价方法， 大大提高了管道运行的安全性 和经济性。 以往的管道安全管理多为被动的事后响应 ， 不但会因事故 造成巨大的财产损失和人员伤亡， 而且抢险修复费用巨大。管 道完整性管理应变被动为主动， 变事后响应为事前检测预防， 使管道始终处于受控状态， 可以有计划 、 有针对性地采取维护 措施， 防止管道失效或事故发生， 将管道大修费用投入到最需 要的地方， 避免部分管道可能发生过度维修或欠维修 ， 从而最 大限度地节约成本， 保证管道运行可靠。而且， 这个管理过程 基金项 目 黑龙江省教 育厅振兴老工业基地重大科 技项 目 1 1 5 2 g z d 0 4 收稿 日期 2 0 0 7 0 6 2 8 收修改稿 日期 2 0 0 7～ 0 81 2 是周期循环和持续改进 的， 从而使管道处于良好的运行状态， 可延长管道寿命。 2 天然气管道完整性管理 2 ． 1 管道完整性与完整性管理的概念 管道完整性是指管道始终处于完全可靠的服役状态。其 内涵包括 3个方面 管道在物理上和功能上是完整的； 管道始 终处于受控状态； 管道运行商已经并仍将不断采取措施防止事 故发生 。 管道的完整性管理定义为 管道公司根据不断变化的管道 因素， 对管道运营中面临的风险因素的识别和技术评价， 制定 相应的风险控制对策， 不断改善识别到的不利影响因素， 从而 将管道运营的风险水平控制在合理的、 可接受 的范围之内； 通 过监测、 检测、 检验等各种方式， 获取与专业管理相结合的管道 完整性信息， 对可能使管道失效的主要威胁因素进行检测、 检 验， 据此对管道的适应性进行评估， 最终达到持续改进、 减少和 预防管道事故发生， 经济合理地保证管道安全运行的目的。也 就是对所有影响管道完整性的因素进行综合的、 一体化的管 理。完整性管理贯穿整个管道生命周期， 包括对参与实施这一 过程中的人员的培训和要求等环节。 2 ． 2 管道完整性管理流程 管道完整性管理的核心是完整性评价。管道的完整性评 价包括 管道本体的完整性评价和站场设施 的完整性评价 有 时也包括储气库的完整性评价 。具体评价工作有 管道本体 的适用性评价、 防腐涂层的有效性评价、 站场设施的故障诊断、 地震及地质灾害评估等。管道完整性管理流程图见图 1 。 维普资讯 l 8 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J a n ． 2 0 0 8 数据库 失效案例、管道 属性数据 、环境数据 等 翥 褒 螽 襞 雾 羹 -J,q 的 识 别 及 分 类 I 整 合 及 分 析 哑 f_1 风险评 价 Y_ r 孬 管道维护 决策和应急响应 图 1 管道完整性管理流程图 2 ． 3 管道完整性管理的关键技术 管道完整性管理的关键技术包括失效分析及失效案例库 的建立、 危险因素与危险源识别技术、 风险评价技术、 管道检测 技术、 适用性评价技术、 机械设备故障诊断技术、 地质灾害预警 及评估技术、 地理信息系统的建立等。 3 影响管道安全的主要因素 影响管道安全的主要因素有设计、 制造 、 施工、 腐蚀、 运行 管理维护 、 第三方破坏 。 设计因素主要包括管道强度的安全裕度、 允许最大操作压 力与实际操作压力的裕度、 管道应力变化与频率 、 管道沉降等 方面； 制造因素包括管材的内部和表面缺陷、 焊缝缺陷、 制管偏 差与质量控制； 施工因素包括管道的敷设 、 焊接、 补 口、 检验、 回 填、 试压、 监理、 施工队伍资质等； 腐蚀 因素为与管内介质腐蚀 性强弱和防腐措施有关的内腐蚀和与阴极保护、 外防腐层质 量、 土壤腐蚀性、 电流干扰、 应力腐蚀等因素有关的外腐蚀； 运 行管理维护因素包括由于管理水平、 技术水平、 员工素质和监 督机制不健全引起的错误操作带来的破坏； 第三方破坏即管道 附近区域人为活动造成的管道结构或性能的破坏， 主要因素有 管道最小埋深、 人群活动水平、 公众教育状况、 管道地面设施 等。 根据对国内外大量的管道事故统计资料分析， 影响管道安 全的因素在形成的管道事故 中所 占的比例不同， 腐蚀、 第三方 破坏是最主要 的因素。 4 天然气管道事故后果 管道的失效后果主要表现在人身安全影响、 环境危害和财 产损失3个方面。对人身安全的影响可分为短期影响和长期 影响、 死亡和伤害以及不同的伤害类型； 对环境的影响主要考 虑管道事故对地表水或地下水的污染， 对空气和土壤的污染 以 及对生态系统 的影响 ； 财产损失主要考虑对 管道公 司造 成的经 济损失， 包括管道修复费用、 泄漏的介质费用和由于停输造成 的损失 。 ． 天然气管道泄漏对环境和生态地区的影响很小， 天然气管 道泄漏的后果严重区主要集中在人 口密集区和不易于疏散的 人群居住区。天然气喷射燃烧数学模型为 r0． 6 9 d 式中 r 为潜在影响区域的半径； d为管道直径； p为管道运行压 力。 通过对潜在影响区域半径 r 的计算 ， 可以判断该区域的大 小 。 5 管道完整性检测 管道安全检测是进行管道完整性管理的基础， 常用方法有 压力检测、 外检测和内检测 在线检测 。外检测方法主要是声 学检测 、 射线、 电位检查、 磁法检查等； 内检测主要采用管内智 能检测器。此外还有缺陷直接评估、 防腐层评价 、 管道泄漏检 测等 。 5 ． 1 管道内检测方案 根据国内管道的情况， 对内检测器进行了缺陷检测效果评 价。环向漏磁检测器 T F I 能够检测纵向焊缝的缺陷， 三向漏 磁检测器能够检测环焊缝裂纹。将 T F I 和传统的漏磁检测 MF L 结合可以检测螺旋焊缝的裂纹问题。对高精度的 MF L ， 有时也可检测出部分腐蚀裂纹和应力腐蚀裂纹 ， 但不能保证 1 0 0 ％的检出。 当缺陷检测工作完成后， 应对内、 外检测结果进行分析和 评估， 给出管道评估结果和管体需要修复的详细位置、 面积、 修 复方法或优先级等。 5 ． 2 管道缺陷直接评估 根据检测结果对缺陷进行评估是指导管体修复的基础， 可 以借助国外成熟技术 ， 利用数据库数据 ， 计算得到缺陷的增长 率， 以确定缺陷的修复办法和修复优先级。 根据实际管体缺陷情况分析焊接缺陷的形式 ， 并根据不同 的缺陷形式制定相应的修复方式。使用有限元分析方式对性 能改变后以及不同修复方式的管材在外部载荷改变条件下进 行应力应变分析， 指导管道修复方式的优选。 评估采用国内外的评估软件 』 ， 利用检测出的缺陷数据直 接评估 ， 并根据国内管道的管材特点进行修正。评估可直接参 照 A P I 5 7 9 、 R 6 、 B S 7 9 1 0 9 9 、 A S ME 1 3 , 3 1 ． G 和 G B 5 0 2 5 3 9 4 【 6 I 9 等规范进行， 评估后提交缺陷修复的位置、 优先级和修 复方法 。 5 ． 3 管道泄漏检测与监测 第三方破坏所占国内管道破坏形式的比例相当大， 除此之 外， 部分管道的运行时间较长， 管道的自然腐蚀、 防腐层老化等 也会造成管道的穿孔、 泄漏， 严重威胁管道的安全。 天然气管道的断裂事故通常是管道上出现小孔并开始微 泄漏 ， 随着时 间的推移 小孔逐渐 扩大 ， 最终 达到 临界裂 纹长度 而使管道产生失稳裂纹扩展， 直至爆炸、 起火。对天然气管道 微泄漏的检测是管道工作的难题。近年来， 发达国家正在研究 利用遥感激光泄漏显像技术寻找天然气管道的微泄漏， 该技术 利用红外光谱对天然气与空气的吸收性质上的差异 ， 可以在一 定距离 内找到并通过 电视屏幕显示 出天 然气泄漏 团， 从而确定 泄漏点。据了解， 此项技术已研制成功， 正在做现场试验 ， 在未 来 l 0年中有望在国内普及应用， 从而使天然气管道更加安全。 6 天然气管道腐蚀控制 管道腐蚀控制主要包括管道基体材料选择、 腐蚀环境的控 制、 防腐覆盖层保护、 缓蚀剂的添加、 阴极保护、 腐蚀检测以及 防腐蚀管理等。 内部腐蚀控制方法包括 脱硫 、 脱水处理； 内层防腐 ； 添加 维普资讯 第 1 期 张阳等 天然气管道的完整性管理 1 9 缓蚀剂； 增加管材的腐蚀余量 ， 运行中定期清管， 去处管道内部 的氧化铁、 硫化铁的垢蚀， 防止固体物质的污染。外部腐蚀控 制包括外层防腐和阴极保护。 7 结束语 国内先后颁布了完整性管理的相关标准， 开展 了评价方法 与检测技术的研究， 但管道完整性管理体系的建设在系统性 、 完整性、 先进性上同国外相比还有较大差距 ， 还有许多基础工 作需要开展和完善。 1 明确完整性管理的研究范畴 ， 建立健全相关的规范、 标 准， 加强对完整性管理的技术支持力度和监管力度。其次， 根 据国内实际情况， 对不 同时期、 不同条件的管道， 制定不同层 次、 分段实施的完整性管理计划。 2 创建管道多参数大型数据库， 建立可以适应未来评价 需要的数据库结构和基本程序， 搭建数据共享平台， 并将其作 为整条管道安全评价的基础资料之一进行管理。强化管道缺 陷智能检测能力、 加强管道的检测及其数据库、 管道腐蚀数据 库建设等的建立 ， 并且不断更新完善， 完成对管道、 防护层状况 以及其他在役设备的动态管理。 3 在新管道建设过程中， 坚持做好设计的安全预评价、 安 全评价与安全验收等工作。对近年新建成的大型管道， 在已有 设计、 工程验收的安全评价基础上， 及时制定数据收集、 基线评 价 、 完整性管理程序的计划并逐步实施， 使其管理逐步达到国 际先进水平 。 4 大力发展管道完整性评价方法和评价软件技术。对风 险评价中可接受的事故水平 、 管道相对风险评分等级、 管道腐 蚀程度划分、 维修或更换管段的依据、 HC A地区的划分等 ， 应借 鉴国外标准并根据国内具体情况来确定。加强管道完整性体 系的科研及其成果应用。 参考文献 [ 1 ] 张明． 城市天然气高压管道完整性管理． 上海煤气， 2 0 0 6 5 4 6 ． [ 2] 潘红丽 ． 管道风险管理方法研究 ． 天然气与石油 ， 2 0 0 6 ， 2 4 1 9 1 4． [ 3] L E E WI S K． G R I - - - -0 0 ／ 0 1 8 9 A Mo d e l f o r S iz i n g Hi g Il C o n s e q u e n c e Ar e a s As s o c i a t e d wi t h Na t u r a l Ga s P i p e l i n e s De c e mo b e l ， 2 0 0 1 ． [ 4 ] 杨祖佩 ， 王维斌． 我国油气 管道完整性管理体系发展与建议． 油气 储运 ， 2 0 0 6， 2 5 9 1 6 0 ． [ 5] L E E D S J M， WA T E R T O N M． C o r r e l a t i n g C o a t i n g a n d Me t a l L o s s D a t a Ca n S a v e 0 M Mo ne y ．P i pe l i n e Gas I n d u s t r y． 1 9 9 9． [ 6 ] MA R T Y M． N e w A P I S t a n d a r d t o P r o mo t e I n t e g r i t y f o r L i q u i d P i pe l i n e ． P i pe l ine G a s I n d u s t r y， 2 0 01 ． [ 7 ] A S M E B 3 1 ． G Ma n u al f o r D e t e r mi n i n g the R e ma i n i n g S n gt h o f Co r r o d ed P i p e l i n e s C RTD， Vo 1 ． 4 0． 1 ，Ri s k Ba s e d i n S e r v i c e T e s t i n g Gu i d e l i n e s ． [ 8 ] A P I 1 1 6 0 M a n a g i n g S y s t e mI n t e g r i t y for H a z a r d o u sHq mdP i p e l i n e s ， 2 o o1 ． [ 9 ] B S 7 9 1 0 -- 1 9 9 9 G u i d e o n M e t h o d s for A s s e s s i n g t h e A c cet a a b i l i t y o f F l a ws i n Me t a ll i c S t r u c t u r e s ． 作者简介 张 阳 1 9 8 2 一 ， 硕士研究 生 ， 主要从事 油气 田地 面工程 优化 和管道安全评价方面的研究 。 上接第7页 [ 1 7 ] A DA MS O N A W． P h y s i c a l C h e m i s t r y o f S u r f a c e s ． 5 t h e d ．J o h n Wi l l e y S o n s I n c ．． 1 9 9 0 ． [ 1 8 ] K OK AL S L ， S T AN I S L A V J F ．A n e x per i me n t al s t u d y o f t w o p h a s e fl o w i n s l i g h t l y i n c l i n e d p i p e s I I l i q u i d h o l d u p a n d p res s u re d r o p ． Ch e m．En g ． S c i ． ， 1 9 8 9，4 46 816 93 ． [ 1 9 ] Z H A N G H Q，J A Y A WA R D E N A S S，R E D U S C L， e t a 1 ．S l u g d y n a mi c s i n g as l i q u i d p i p e fl o w．J ． E n e r g y Re s ．Te c h n o 1 ．， 2 0 0 0， 1 2 2 1 42 1 ． [ 2 0 ] B A R N E A D，S HO H AM O，T A I T E L Y． F l o w p a t t e r n t r ans i t i o n for v e r t i c al d o wn w a r d t wo p h a s e fl o w．C h e m． E n g ．S c i ．， 1 9 8 2，3 77 4 1 7 4 4． [ 2 1 ] C O O K M， B E H N I A M．S l u g l e n g t h p r e d i c ti o n i n n e a r h o ri z o n t a l g as l i q u i d i n t e r mi t t e n t fl o w．C h e m．E n g ．S c i ． ， 2 0 0 0， 5 5 1 1 2 0 0 9 2 01 8． [ 2 2 ] N I C K L I N D J ，WI L K E S J 0，D A V I D S ON J F ．T w o p h a s e fl o w i n v e rt i c al t u b e s ．T r a n s ．I n s t ．C h e m．E n g ． ，1 9 6 2 ， 4 0 1 6 1 6 8 ． [ 2 3 ] MA L N E S D．S l u g fl o w i n v e r t i c al，h o ri z o n t al a n d i n c l i n e d p i p e s ． 1 9 8 2 ． Re p o r t I F E ／K R／E 一 8 3 ／ 0 0 2 V． ， I n s t ． for En e r g y Te c h．， No r wa y ． [ 2 4 ] G H A S S A N H，A B DU L MA J E E D．L i q u i d s l u g h o l d u p i n h o ri z o n t a l a n d s l i g h fl y i n c l i n e d t w o p h a s e s l u g fl o w．J ．o f P e t r o l e u m S c i e n c e an d E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 0。2 72 73 2 ． 作者简介 陈振瑜 1 9 7 O 一 ， 高级 实验 师 ， 从事油 气储运 的实验 教学 和 科研工作。 上接 第 1 O页 [ 4 ] WAL S H M J ． T u r b u l e n t b o u n d a r y l a y e r d r a g red u c t i o n u s i n g ri b l e t s ． AI AA 一8 2一O 1 6 9． 1 9 8 2 ． [ 5] WA L S H M J ， L I N DE M AN N A M． O p t i m i z a ti o n a n d a p p l i c a t i o n o f r i b l e t s for t u r b u l e n t d r a g red u c t i o n ． AI AA 一8 40 3 4 7． 1 9 8 4． [ 6 ] B A C HE R E V， S MI T H C R ． A c o mb i n ed v i s u al i z a ti o n - ane mo m e t r y s t u d y o f t h e t u r b u l e n t d r a g r e d u c i n g me c h a n i s ms o f t r i an g u l a r mi c r o g r o o v e s u rfa c e mo d ific a t i o n s ． AI AA 一8 5 0 5 4 8． 1 9 8 5． [ 7] G AL L A G HE R J A， T H OM A S A S W． T u r b u l e n t b o u n d a r y l a y e r c h a r - a c t e r i s t i c s o v e r s t r e a mwi s e g r o o v e s ． AI AA 一8 42 1 8 5。 1 9 8 4． [ 8 ] C O U S T O L S E ． B e h a v i o r of i n t e r n a l m a n i p u l a t o r s “ r i b l e t ” mo d e l s i n s u b s o n i c a n d t r a n son i c fl o ws ． A A 一8 90 9 6 3． 1 9 8 9． [ 9 ] D E B I S S C H O P J R， N I E U WS T A D T T M． T u r b u l e n t b o u n d a r y l a y e r i n a n a d v e r s e p res s g r a d i e n t Eff e c t i v e n e s s o f rib l e t s ．A A J o u rnal。 1 9 9 6， 3 4 5 9 3 2 9 3 7 ． [ 1 O ] 杨弘炜， 高歌． 一种新型边界层控制技术应用于湍流减阻的实验 研究． 航空学报 ， 1 9 9 7， 1 8 4 4 5 5 4 5 7 ． [ 1 1 ] 李育斌 ， 乔志德 ， 王志岐． 运七 飞机外表面 沟纹 膜减阻 的实 验研 究． 气动实验与测量控制 ， 1 9 9 5， 9 3 2 12 6 ． [ 1 2 ] 潘家正．湍流减 阻新概念 的实验探索． 空气 动力学报 ， 1 9 9 6 ， 1 4 3 3 0 5 3 1 O ． [ 1 3 ] 章梓雄， 董曾南． 黏性流体力学． 北京 清华大学出版社 ， 1 9 9 8 1 2 1 9 ． [ 1 4 ] L A Z O S B ， WI L K I N S O N S P ． T u rbu l e n t v i s c o u s d r a g r e d u c t i o n w i th t h i n e 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