城市天然气管道的腐蚀风险与检测.pdf

2 01 2 短 第 4期 管 道 技 术 Pi p e l i n e Te c h n i q u e 诅 各 Eq ui p me n t 2 01 2 No ． 4 城市天然气管道的腐蚀风险与检测 刘利威 ， 高辉 明， 曹 雷 ， 赵鹏 中油管道检测技术有限责任公司， 河北廊坊0 6 s 0 o 0 摘要 通过对城市天然气管道所面临的腐蚀风险的阐述 ， 并结合 国内外油气管道事故的危害， 对管 道腐蚀检测的必要性进行 了说明。文 中提 出了腐蚀 内检测作为管道信息采集的一种方式， 将为完整性 管理提供科学有效的数据 ， 并为管道的维修 维护提供依据 ， 为管道 的安全有效运行提供保 障。从 工程 应用的 角度 ， 结合 实际工作经验 ， 对城市燃气腐蚀 内检 测过程 中的难点进行 了分析 ， 同时提 出了解决方 法， 对腐蚀检测技术服务具有现实的指导意义。 关键词 城市燃气管网； 完整性管理 ； 风险腐蚀检测技术 ； 管道腐蚀检测工程 中图分类号 T E 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 2 0 4 0 0 1 1 0 3 Ri s k i n Ci t y Ga s Pi p e l i ne Co r r o s i o n a n d I ns p e c t i o n L I U L i we i ， GAO Hu i - mi n g， CAO Le i ， ZHAO Pe ng C h i n a P e t r o l e u m P i p e H n e I n s p e c t i o n T e c h n o l o g i e s C o ． ， L t d ． ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r s h o ws t h e r i s k s i n c o r r o s i o n o f p i p e l i n e ． I t t e l l s t h e n e c e s s i t y o f c o r r o s i o n i n s p e c t i o n i n c o mb i n a t i o n wi t h t h e a c c i d e n t s d u e t O c o rro s i o n o f p i p e s a t h o me a n d o v e r s e a s ． Aft e r a n a l y z i n g w h y t h e g a s p i p e l i n e w i l l b e f a i l e d ， i t b e l i e v e s C O rrO s i o n i n s p e c t i o n i s o n e s c i e n t i f i c wa y t o h o l d t h e p i p e l i n e d a t a b a s e f o r i n t e g r i t y ma n a g e me n t a n d p i p e l i n e ma i n t e n a n c e ． B a s e d o n t h e e n g i n e e ri n g e x p e ri e n c e， i t a l s o a n a l y z e s t h e d i ffic u l t i e s i n c i t y p i p e l i n e c o rro s i o n i n s p e c t i o n e n g i n e e r i n g a n d g i v e s a d v i c e s o n h o w t o s o l v e t he m． I t i s h e l p f u l a n d d i r e c t i v e f o r c o r r os i o n i ns p e c t i o n e ng i ne e r i n g． Ke y wo r d s c i t y g a s p i p e l i n e ； i n t e g r i t y ma n a g e me n t ； r i s k c o rro s i o n i n s p e c t i o n t e c h n o l o g y； p i p e l i n e c o r r o s i o n i n s p e c t i o n e n g i n e e r i n g 0 引言 随着国内经济发 展的逐步推进 和能源消 费结 构 的不断优化 ， 城市天然气管 网建设迅速发展并走 向成 熟运行 。相对于国内的长输油气管线的管理 而言 ， 城 市天然气管道的管理也正逐步向全程的完整性管理 过渡和完善。同时， 城市燃气管网的完整性管理也有 客观的难点 管线主要 穿越 城郊 比较繁华 的地带 ， 给 日常运行维护带来诸多 困难 ； 管线直接穿越城镇 ， 贴 近人群 ， 安全生产 的要求和标 准更加严 格。所 以， 应 尽快完善城市燃气管网的完整性管理。 1 城市天然气管道面临的风 险 输气管线 的完整性 管理的主要 目标 和 出发点就 是安全生产。与长输油气管道 比较 ， 运行环境和运行 工况更复杂 ， 运行安全面临着更为严峻的挑战。 要更好地降低管道运行的风险， 首先要清楚管道 安全失效的主要原因。 对 国内 2 0 0 3年管线事故原因统计表明， 导致管线 事故的原因被分为 5大类。这些导致事故 的原 因中， 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 2 5 收修改稿 日期 2 0 1 2～0 2 0 2 外力损伤 占8 ％、 腐蚀 占3 0 ％ 、 机械损伤 占 2 l ％、 自然 灾害 占9 ％、 其他原因占 3 2 ％。很明显 ， 管线腐蚀所导 致的事故 占3 0 ％ 、 由于外力损伤及机械损伤所导致的 事故加起来 占2 9 ％ ， 而这些原 因都可归结为管道的壁 厚减少损失 。 挪威船级社对 2 0 0 2年欧洲天然气管道事故原因 分析表 明 ， 外 部 因素 占 5 2 ． 1 7 ％、 施 5 1 2 ／ 材 料 缺 陷 占 1 9 ． 1 ％ 、 腐蚀 占 1 3 ． 9 1 ％、 其他 占 1 4 ． 8 2 ％。 美国腐蚀工程师协会对 2 0 0 2年美 国的管道事故 统计表明， 腐蚀 因素 占2 6 ％ 、 外力因素 占2 5 ％ 、 钢管本 身／ 焊接因素 占 1 2 ％ 、 操作／ 设备 因素 占 1 4 ％ 、 其他 因 素 占2 3 ％。 由统计数据可知 ， 腐蚀 或者广义 的管道壁厚 的减 少已经作为 主要 的潜 在风 险， 威 胁着 管道 的运 行安 全。所以， 如何将管线 的金属损失风险加以监控和处 理 ， 已经成 为 国内各 管道运 营企 业所普 遍关注 的 问 题 ， 并已经付诸行动。 2 管道智能 内检测技术原理及发展现状 2 ． 1 技术原理 管道智能 内检测被业界普遍认 为是检测和报告 1 2 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 u 1 ． 2 0 1 2 管道金属损失缺陷的最好方式 ， 将为管线 的完整性管 理提供科学的数据 ， 也为管线的维护维修提供有效 的 依据。 管道金属损失智能 内检测是将无损检测设 备投 入管道 中， 介质推动设备沿管道运行 ， 利用计算机系 统采集并记录探测到的管道缺陷信号 ， 为管道 的合理 维护提供科学手段。 目前 ， 国际上金属损失内检测普 遍采用漏磁技术。漏磁 检测 首先需要将 被检测管段 磁化饱 和， 同一磁场强度对 于不同壁厚 的磁化饱和程 度不同， 即同样的缺陷在不 同的壁厚管道上产生 的漏 磁场强弱 不 同。同时， 不 同材质 也会对磁 场产 生影 响。管线的直径越小 ， 获得足够的磁通量越 困难 ， 因 此直径小的漏磁检测器只适用于有限的壁厚。 金属损失所产生 的漏磁信 号不仅 与缺陷的严重 程度有关 ， 还 与缺 陷的几何形状有关 ， 这会使不严重 但边缘 陡峭的缺陷产生的信号 比腐蚀严重但边缘平 滑的缺陷所产生的信 号强 ， 即漏磁信号梯度会对检测 结果产生影 响。由于漏磁检测设备线 圈式传感器输 出受其运行速度的影响 ， 即运行速度的不平稳会 给检 测结果带来误 差， 所 以必须 确保管 线 内介质 流速 稳 定。图 l为漏磁检测工作原理图。 图 1漏磁 检 测 工 作 原 理 漏磁腐蚀检测是通过该设备在管道 中随输送 介 质运行 ， 在线检测确定管道 因内、 外腐蚀 引起 的金属 缺陷 ， 也能检测管道 的机械损伤 、 材质缺 陷及管道附 件等。漏磁的工作 原理是用 自身携带 的磁铁在管壁 全圆周上产生一个纵向磁 回路场 ， 当检测器在管道 内 运行时， 如果管壁没有缺陷 ， 则磁力线 囿于管壁之 内。 如果管内壁或外壁有缺陷， 则磁力线将穿 出管壁而产 生所谓漏磁 MF L Ma g n e t i c F l u x L e k a g e 。漏磁场被位 于两磁极之间的紧贴管壁的探头探测到 ， 并产生相应 的感应信号 ， 这些信 号经 滤波 、 放大处理后被记 录到 检测器上 的海量 存储 器 中， 经检测 后 的数 据 回放处 理 ， 对管道腐蚀状况进行判别与识别确认。 2 ． 2 发展状况 目前 ， 国内的智能内检测企业在经历 了设备技术 引进 、 国际技术合作 、 自主开发创新等阶段 ， 技术设备 水平基本达到了国际先进水平 ， 并在国内外开展 了近 2 0年的油气管道智能内检测工作 。 3 城市天然气管道腐蚀检测技术应用的特点和风险 目前， 长输管线 的智能内检测工作 已经全面展开 并 已经成 为各运 营公 司完整 性管理 中的重要 部分。 城市天然气管网同长输管线相 比， 智能 内检测开展 的 运营条件限制比较多 ， 有客观 的困难存在 。 3 ． 1 管线的生产状态比较复杂 相 比于长输油气管线 ， 城市燃气管 网的生产状态 的特殊性主要表现在 3 ． 1 ． 1 多点 气 源输 入 对于一条管线而言， 可能存在多个 门站作为气源 输入点 同时 向管道内供气 ， 为管道内难 以保证绝对 单一方 向的气流 ， 管 内时刻存在一 个压力平衡点 ， 气 流一直从高压 向低压 出流动。而腐蚀检测器 的运行 是绝对不允许有反向速度的， 这将对腐蚀检测器的运 行带来很大的安全风险。在实际的腐蚀检测施工 中， 协调各门站 的进气 量甚 至在有 条件 的情 况下只采用 单门站供气是施工中所考虑的首要问题。 3 ． 1 ． 2多点分 输 多点分输是城市每条管线都存在的情况 ， 分输点 越多就越能说明管线存在的必要性 。分输点 的存在 ， 对腐蚀检测器 的安全有效运行有较 大影 响。由于分 输点 的气流情 况非常复杂 ， 存 在不规则 的气流蹿 动 ， 所以在腐蚀检测器通过分输点 的前后会产生不 可避 免的运行波动， 轻则会影响数据 的有效采集 ， 重则将 会使检测器出现不 同程度的破坏。 3 ． 1 ． 3 管线 内介质流动速度不易计算 气体在管道 内的流动可看成是一元流动 ， 运动方 程描述了管 内气体 流动 的基本参数 随时 问和位移 的 变化关系。根据牛顿第二定律 ， 由流体力学所建立的 运动方程形式为 一g ps i nO- 3 x 2 D 。 p a ￡ a 式中 P为气体的密度， k g ／ m ； 为气体 的流速 ， m ／ s ； t 为时间 ， s ； 为沿管长方 向的位移 ， m； p为管道 中气体 的压力 ， P a ； D为管道内径 ， n l ； A为水力摩阻系数 ； 为 管道与水平面间的夹角 ； g为重力加速度 。 可见 ， 影响气体流速的参数多且复杂多变。 目前 ， 城市燃气管道 门站的进气量一般根据用户 的用气量来进行调节 ， 进气量调节基本通过调压来完 第 4期 刘利威等 城市天然气管道的腐蚀风险与检测 1 3 成 。而工程中计 算管 内气体 流速的应用公式也 同管 道进气流量 、 首末端压力 、 管道 内截面积 、 管道长度等 有密切关系。此外 ， 理论计算同实际情况 的差异一直 存在。由于气体的可压缩性， 当腐蚀检测器在管道中 随介质运行 时， 其运行速度并不是均匀而流畅 的， 瞬 时的憋压和蹿动会随时出现。 3 ． 1 ． 4输气量随用户用气量峰谷波动较大 用户的性质将决定 管道输气量峰 谷的转换 时间 和量差 。一般 的， 工业用户 的用气 量 比较稳 定 ， 而 民 用用户的用气 高峰和低谷 的时间周 期 比较稳定而且 用气量相对变化不大。所 以， 选择腐蚀检测器的运行 时间至关重要 ， 应该保证检测器在运行期间尽量避 免 气体流量出现大的波动。 3 ． 2 气体流速不易控制 要达到腐蚀检测器平稳运行的目标， 气体流速的 控制虽然 困难 ， 但确是在施工 中要努力解决 的一个关 键问题。调峰是协调气量峰谷差异 的主要手段 ， 一般 常见 的调峰方式有 用输气管末端调 峰； 用储气罐调 峰 用地下储气库调峰； 用高压管束调峰 ； 用液化天然 气调峰。不同的调峰方式适用 于不 同的不均匀工况 输气管末端和高压管束用于调节城市小时不均匀性 ； 储气罐一般用来调节城市用气的 日不均匀性 ； 地下储 气库 和液化 天然气用来调节 城市用气 的季节 不均匀 性和 日不均匀性 。 口 3 ． 3 对检测设备的精度要求更高 腐蚀检测 目的是获取管道的金属损失缺陷信息 ， 基 于这些基础数据信息来实现对管道失效的评价和评估， 为管道的运行和维护提供依据。管道 的基线检测 同周 期性检测相结合 ， 可实现管道完整性的动态管理。 [ 3 l 由于城市管网所处地理环境复杂 ， 管线所经之处 多为城市或城郊结合部 ， 管线后期开挖维修时对缺陷 的定位 以及缺 陷的准确量化将直接影 响开挖点 的相 关问题 。所 以， 管线业主迫切希望腐蚀检测器的定位 精度和检测精度等性能更高 ， 更能准确地描述管线现 状。 4应用实例 国内已经进行过城市燃气 管道内检测的单位 以 南京港华燃气公 司和苏州燃 气公 司为代表。通过腐 蚀内检测 ， 南京港华燃气 公司所属 3 8 k m管道发现金 属损失缺陷 1 2 8处 ， 其中壁厚减少 1 0 ％以下的缺陷 3 4 处 ， 壁厚减少 1 0 ％ 一 2 0 ％的缺陷 8 9处， 壁厚减少 2 0 ％ 一 3 0 ％的缺陷 5处 ， 最严重的一处缺 陷深度为壁厚 的 2 8 ％ 。苏州燃气公司所属 2 5 k m管道发现金属损失缺 陷 3 0处 ， 缺陷处壁 厚减少量为 1 0 ％ 一3 0 ％之间。腐 蚀内检测对管道的安全运行 、 合理制定管线维修计划 以及进行管道完整性管理都至关重要 。 5结束 语 管道金属损失 内检测技 术正在密切 同管 道变形 检测技术以及管道外检测技术相配合 ， 共 同为管道的 高效安全运行服务 ， 成为管道完整性管理过程 中数据 采集的必要手段。 参考文献 [ 1 ] 袁宗明． 城市配气． 北京 石油工业出版社 ， 2 0 0 4 1 3 2 1 35． [ 2 ] 白世武． 城市燃气实用手册． 北京 石油工业 出版社 ， 2 0 08 2 632 90． [ 3 ] 周德敏， 蔡守翔， 何仁洋． 管道完整性管理技术在城镇燃 气管线中的应用． 管道技术与设备 ， 2 0 0 7 6 1 8 2 0 ． 作者简介 刘利威 1 9 7 8 一 ， 工程师， 从事油气管道完整性管理 及漏磁腐蚀内检测技术的研究和应用。 上接 第2页 表1 管线改造后的投资估算情况 机 ， 对 长 一乌输气管道采取 了各项 升压措施 ， 各站检 测压损情况与预测情况基本一致 。改造后 ， 实 际运行 过程中检测到 的首末站压力差 与输 气量的关系见 图 1 。该管线的实际最大输气量达到了2 ． 8 7 X 1 0 m ／ d ， 与计算预测值较接近， 比采取升压措施前输气量提升 1 0 ． 4 ％ ， 升压改造措施达到预期 目标 。 参考文献 [ 1 ] 张奕 ， 牟晓亮， 籍文瑜， 等． 提高天然气长输管道输气效率 的途径． 油气田地面工程， 2 0 1 0， 2 9 6 4 6 4 7 ． [ 2 ] G B 5 0 2 5 1 2 O o 3 输气管道工程设计规范． 作者简介 钱文斌 1 9 7 3 一 ， 高级工程师， MB A， 主要从事天然 气输配技术方面的研究。