海底油气管道检测方法及安全性评估.pdf

2 0 1 4 焦 第2 期 管 遣技术 P i p e l i n eT e c h n i q u e 5设各 a n d E q u i p m e n t 2 0 1 4 N o ．2 海底油气管道检测方法及安全性评估 王东1 ，任帅1 ，田旺和2 ，李媛媛3 ，曾海伟3 ，王旭超4 1 ．西南石油大学，四川成都6 1 0 5 0 0 ；2 ．中石油西南管道公司兰成渝输油分公司，四川成都6 1 0 0 3 6 ； 3 ．新疆油田储运分公司，新疆昌吉8 3 1 1 0 0 ；4 ．中国石油工程设计有限公司华北分公司，河北任丘0 6 2 5 5 2 摘要海底油气管道的检测直接关系到海底管道的安全可靠性。管道检测是为了安全性评估，对 海底管道进行检测具有非常重要意义。文中介绍了海底油气管道检测的2 种方法，阐述了各种方法的 工作原理与工作步骤，并介绍了各种方法的优缺点。建议加强海底油气管道的检测，提高整个海底管 道的完整性管理水平，保障海底管道安全稳定运行。 关键词海底管道；检测；安全评估 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 1 4 0 2 0 0 1 9 0 3 O c e a n i cO i la n dG a sP i p e l i n e sD e t e c t i o nM e t h o da n dS a f e t yA s s e s s m e n t W A N GD o n 9 1 ，R E NS h u m l ，T I A NW a n g h e 2 ，L IY u a n ．y u a n 3 ，Z E N GH a i ．w e i 3 ，W A N GX u ．c h a 0 4 1 ．S o u t h w e s tP e t r o l e u mU n i v e r s i t y ，C h e n g d u6 1 0 5 0 0 ，C h i n a ；2 ．C N P CS o u t h w e s tP i p e l i n eC o m p a n y L a n z h o n - C h e n g d u - C h o n g q i n gP r o d u c t sT r a n s p o r t a t i o nB r a n c h ，C h e n g d u6 1 0 0 3 6 ，C h i n a ； 3 ．X i n j i a n gO i l f i e l dC o m p a n yO i la n dG a sS t o r a g ea n dT r a n s p o r t a t i o nC o m p a n y ，C h 姐g j i8 3 1 1 0 0 ，C h i n a ； 4 ．C h i n aP e t r o l e u mE n g i n e e r i n gH u a b e iC o m p a n y ，R e n q i u0 6 2 5 5 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h es u b m a r i n eo i la n dg a sp i p e l i n ei n s p e c t i o ni sr e l a t e dd i r e c t l yt ot h es a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h es u b m a r i n ep i p e - l i n e ．P i p e l i n ei n s p e c t i o n s8 , r ec o n d u c t e df o rt h ep u r p o s eo fs a f e t ya s s e s s m e n t ，S Ot ot e s tt h es u b m a r i n ep i p e l i n ei so fm u c hs i g n i f i C a n O e ．T h e r ea r et w ok i n d so fd e t e c t i o nm e t h o d sf o rs u b m a r i n eo i la n dg a sp i p e l i n e st ob ei n t r o d u c e d ．T h i sp a p e re x p o u d st h e w o r k i n gp r i n c i p l ea n dw o r k i n gs t e p so fd i f f e r e n tm e t h o d s ，a n dp u t sr o w a r dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ea p p l i e dm e t h o d s ．S u g g e s t i o n sa r ea l s ob r o u g h tf o r w a r dt os t r e n g t h e nt h es u b m a r i n eo i la n dg a sp i p e l i n ei n s p e c t i o n s ．t oi m p r o v et h el e v e lo ft h e s u b m a r i n ep i p e l i n ei n t e g r i t ym a n a g e m e n ta sw e l la st h ee c o n m i cb e n e f i t so fe n t e r p r i s e s ，t oa v o i da c c i d e n t ，a n dt og u a r a n t e et h e s a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o no fs u b m a r i n ep i p e l i n e ． K e yw o r d s s u b m a r i n ep i p e l i n e ；i n s p e c t i o n ；s a f e t ya s s e s s m e n t 0引言 我国的海上油气田生产的原油和天然气多用海 底管道输送到陆上终端处理厂处理。海底油气管道 会受到自身的埋设条件、工况条件、输送介质和防腐 措施的影响，也会受到海床变化、航道、潮流等环境状 况的影响，还会受到拖网干扰、抛锚等的影响，所以海 底管道存在一定程度的损伤。因此，有必要对海底油 气管道进行检测，提前发现缺陷的位置，采取预防修 复措施，防止穿孔等事故的发生。海底油气管道的检 测分为外检测和内检测两种。 l 海底管道外检测 海底管道外检测就是从管道外部进行检测。外 检测主要是对海底管道的外部环境状况以及管道在 收穑日期2 0 1 3 0 9 0 7收修改穆日期2 0 1 3 1 0 2 4 海底自身的状况进行检测，包括管道处水深、管道路 由埋深、管道的走向、管道周围的冲蚀情况、管道裸露 状况、管道悬跨及穿越情况、管道处土壤腐蚀状况、管 道外壁防腐涂层破损状况、管道外壁变形及损伤情况 的检测。 外检测方法需要通过潜水员和水下机器人 R e ． m o t eO p e r a t e dV e h i c l e ，R O V 来实现，潜水员检测往往 受到海水深度的制约，对于深水处的海底管道，这种 方法实施难度很大，并且检测效率比较低⋯。通常情 况下，海底的能见度不是很好，大大降低检测时的质 量和效率。 1 ．1 水下机器人 R O V 水下机器人 R O V 用于检测海底管线系统和下 部飞溅区。R O V 的工作水深要比潜水员的深，而且能 应付比较恶劣的海底环境。根据检测和监控要求，水 万方数据 2 0 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t M a r ．2 0 1 4 下机器人可配备各种设备，典型的有可视化控制设 备、声纳、定位系统环境传感器、测量腐蚀保护系统、 管线的位置和埋藏深度的测量设备、机械臂等。R O V 有利的机动性给同时利用摄像机、管线跟踪器和多波 束回声测深仪提供可能旧J 。由于海水浑浊造成能见 度差，强大的电流或者大量的鱼类等因素的影响，会 使水下机器人检测的质量大大降低。 上海交通大学是我国较早进行R O V 研制的科研 单位，研发的“35 0 0 米深海观测和取样型R O V 系统” 性能优异。黄明泉‘3o 详细地介绍整个R O V 系统，包 括水上控制部分、脐带缆和水下作业部分，以及利用 R O V 进行海底管线检测的主要方法，最后讨论了海底 管线R O V 检测作业系统。 1 ．2 拖拽式水下机器人 R O T V 拖拽式水下机器人 R e m o t e l yO p e r a t e dT o w e dV e h i c l e ，R O T V 通常是被一艘速度约为2m ／s 的调查船 在后面拖着拉J ，所以R O T V 要比一般的R O V 速度更快 一些，但不能停止并在一个特定的区域内进行详细调 查。遥控牵引水下机器人可以检测管道整体的铺设 状况、第三方破坏情况和管道自由悬跨情况。R O T V 要比一般的R O V 使用寿命更长，但它只能够携带旁侧 声纳和多波束回声测深仪。 1 ．3 独立水下机器人 A U V 独立式水下机器人 A u t o n o m o u sU n d e r w a t e rV e h i - c l e ，A U V 是对于调查船无固定电缆和不具有任何远 程控制功能的机器人旧J 。它从船舶上发射和回收，并 执行一个预先定义的路线。与R O T V 一样，独立式水 下机器人不能停止并在一个特定的区域内进行详细 调查。独立式水下机器人可以携带多波束测深、侧扫 声纳等调查工具。 2 海底管道内检测 内检测方法是对管道的几何变形、管道微小泄 漏、管道的腐蚀缺陷、管道的裂纹类平面型缺陷的检 测。一般是将各种检测设备加载到清管器上，通过清 管器在管道内运行来实现对管线缺陷的检测目的。 这种检测的风险明显要比外检测大，一旦发生卡堵， 将很难处理，但是这种检测方法的精度和效率比外检 测方法更能满足工程的需要。检测设备不仅有检测 功能，还有信息的存储、处理功能，还得配备信号接收 和发射装置”1 。 2 ．1 内检测步骤 在管线内检测过程中，首先对整个管线的设计参 数、路由和运行工况等进行详细的调查，并制定出详 细的内检测方案。为了防止内检测器发生卡堵和为 清管器的尺寸选择提供依据，需要在投放内检测器之 前进行通球清管作业。为了增加内检测的精度，有效 提高管道的输送效率和减少输送介质对管壁的腐蚀， 可以对管道进行清洗，从而除去管道内壁上的杂质污 物。完成清理之后，可以用测径仪检测管道的几何变 形情况。接下来进行的核心步骤是投放检测装置，检 测管道上的缺陷∽J 。目前，国内应用最广泛的是漏磁 检测技术和超声波检测技术。 2 ．2 漏磁检测原理 漏磁检测的原理就是通过检测管壁上磁通的泄 漏量，从而检测出管壁处缺陷的大小和位置∞o 。如图 1 所示，检测设备上携带有永久磁铁，永久磁铁与管壁 紧贴，管壁的局部被永久磁铁磁化达到饱和，这时磁 铁的两级与被测的局部管壁形成一个闭合的磁回路。 此时总磁通分为2 个部分一部分磁通从管壁内部通 过，这部分磁通占主要部分；还有一部分是漏磁通，是 从管道表面附近通过的一小部分磁通。当管壁没有 缺陷的时候，永久磁铁在管壁内的磁感应强度保持稳 定，磁感应线在管壁内的分布也比较均匀。当管壁上 出现缺陷的时候，在缺陷处磁感应线会发生弯曲变 形，有一部分磁感应线会逸出管壁表面，从而漏磁通 发生变化。通过磁敏传感器可以检测漏磁通的大小， 记录漏磁发生的位置，并与正常的漏磁通作对比，从 而计算出缺陷的大小，判断出管道遭到破坏的严重程 度。 1 一磁体；2 一磁通；3 一缺陷；4 一传感器 图1 漏磁检测原理图 初新杰一1 研发了3 2 5m m 海底管道内腐蚀缺陷漏 磁检测装置，该装置通过油压差驱动实现在线检测和 离线分析，能够确定检测到最小1 0m m 1 0m m 的腐 蚀面积，还能确定缺陷的位置，制定了详细的检测流 程。 2 ．3 超声波检测原理 超声波检测的原理就是超声波在管道内外壁上 万方数据 第2 期王东等海底油气管道检测方法及安全性评估 2 1 发生脉冲反射，通过测量时间差从而确定管壁的厚 度。超声波可以在不同媒介中传播，而且方向性好， 最主要的是在遇到2 种介质的分界面的时候会发生反 射。如图2 所示，探头发射高频脉冲，遇到管道内壁的 时候发生反射，遇到管道外壁的时候再次发生反射， 探头发射脉冲的同时接收脉冲信号，从发射到接收到 第一次反射的脉冲用的时间t ．，从接收到第一次反射 脉冲到接收到第二次反射的脉冲用的时间为t 。与没 有缺陷的管壁测得的时间作比较，可以知道t ．反映的 是管道内壁是否有缺陷，则t 反映了管壁的厚度，t 。 t 反映的是管道外壁是否有缺陷。由于超声波在空气 中衰减很快，所以对于输油管道可以不停产直接检 测，对于输气管线则需要先停产，注满水或油后再检 测‘6 1 。 2 A 1 一探头；2 一超声波；3 一管道内壁；4 一管道外壁；5 一缺陷 图2 超声波检测原理图 2 0 0 5 年，胜利油田承担了国家高技术研究发展计 划资助课题“海底管道内爬行器及其检测技术”。孙 永泰旧1 对海底管道的超声波检测系统的原理和构成 进行了研究，确定了超声波通道数的选择方法，并深 人分析了探头工作频率的计算和选择方法。 3 海底油气管道的安全评估 基于海底管道运行工况数据和检测的数据，对海 底管道的安全状态做出一个评价。评价出总的风险 等级，对应所得的结论，提出相应的风险减缓措施，如 定期巡线、定期清管、A I S 监控外来船舶、补强、打卡 等。在评估之前要收集和整理与海管相关的数据，包 括海管的埋设状况、海管所处地域的环境和自然条件 状况、运行工况、海管投产前的基线检测数据，还包括 上面提到的检测的腐蚀、第三方破坏和结构变形数 据【9J 。检测的结果为后面的评估提供依据，检测是为 评估提供的一种有效的方法0 | 。 对海底管道的安全评估包括进行稳定性分析、自 由悬跨分析确定临界悬跨长度，避免发生挠曲变形过 大和涡激共振，可以利用A N S Y S 软件对悬跨进行仔细 分析，计算其悬跨段的最大变形、最大应力及最大应 力所在位置和悬跨管道的固有频率、临界长度。根据 检测的结果，对海管的腐蚀缺陷和裂纹缺陷进行评 估，确定其危害的程度【l 。对所有第三方破坏的来源 进行分析，分析所有可能造成第三方破坏的因素。还 可以对海管的高后果区进行单独的评价分析，因为高 后果区是整个管道完整性管理的重点区域，对整个管 道系统的安全影响比较大n2 | 。 4 结束语 对海底管道进行安全评估是一项非常复杂而且 有意义的工作，需要通过外检测和内检测来为安全评 估提供给可靠的数据支持。为确保海底管道的运行 安全，有必要不断提高检测技术的准确性，为管道的 安全状态做出正确的评估，对科学决策提供参考依 据。 参考文献 [ 1 ] 蔡桂喜，张恩勇．海底管道无损检测技术及最新进展．无 损探伤，2 0 0 9 ，3 3 6 2 3 ． [ 2 ] D N V ．R e c o m m e n d e dP r a c t i c eR P F 11 6I n t e g r i t yM a n a g e - m e n tO fS u b m a r i n eP i p e l i n eS y s t e m s ，2 0 0 9 ． [ 3 ]黄明泉．水下机器人R O V 在海底管线检测中的应用．海 洋地质前沿，2 0 1 2 ，2 8 2 5 2 5 4 ． [ 4 ] 李长俊．天然气管道输送．北京石油工业出版社，2 0 0 8 2 9 4 2 9 6 ． [ 5 ]张剑波，袁超红．海底管道检测与维修技术．石油矿场机 械，2 0 0 5 ，3 4 5 6 7 ． [ 6 ] 何宏，李琳，江秀汉．管道内腐蚀检测技术进展．西安石油 学院学报，2 0 1 1 ，1 6 3 4 3 4 4 ． [ 7 ] 初新杰．埕岛油田海底管道漏磁检测与安全评估．工业安 全与环保，2 0 1 2 ，3 8 4 1 9 2 0 ． [ 8 ] 孙永泰．海底油气管线超声波检测系统设计与应用．石油 机械，2 0 1 1 ，3 9 4 5 7 5 8 ． [ 9 ] V A L D E SVM ，P E X E MEP ．I n s p e c t i o na n de v a l u a t i o no f o f f s h o r ep i p e l i n e si nt h eb a yo fe a m p e e h e ．P r o c e e d i n g so ft h e 2 9 t hA n n u a lO f f s h o r eT e c h n o l o g yC o n f e r e n c e ，V 4 ，1 9 9 7 ． [ 1 0 ]张敬安，董欣红，侯立群．海底管道安全状态评估技术综 述．中国海洋平台，2 0 0 9 ，2 4 1 1 5 一1 6 ． [ 1 1 ] 廖柯熹，牛化昶，张学洪，等．川I 气东送管道典型站场风 险量化评价．天然气与石油，2 0 1 2 ，3 0 1 5 9 ． [ 1 2 ]曹斌，廖柯熹，罗敏，等．川I 渝地区管道高后果区第三方 破坏因素分析．天然气与石油，2 0 1 1 ，2 9 2 1 3 1 4 ． 作者简介王东 1 9 8 8 一 ，硕士研究生，主要从事油气储运安全 和完整性管理方面的研究。 E - m a i l s h e n g l i _ _ 2 0 0 6 1 6 3 ．c o r n 万方数据