管道完整性管理.ppt

油气管道完整性管理,概要,一、为什么需要完整性管理,油气管道属于有高度危险性的构筑物，一旦发生事故，将引发严重后果。,管道事故举例,1999年，美国华盛顿州Bellingham汽油管道爆炸事故，3人死亡,管道事故举例,2000年8月19日，美国NewMexico州Carlsbad天然气管道爆炸，12人死亡。,管道事故举例,2006年3月2日，美国阿拉斯加PrudhoeBay油田一条34in（863mm)管道泄漏出大量石油，污染了此处的冻土和湖泊。该管道停产导致油田原油产量每天减少100000桶，引起美国能源市场的强烈反应。,管道事故举例,2010年7月25日，Enbridge公司在美国Michigan州Marshall湿地处30in的输油管道发生破裂，污染此处湿地以及附近的一条河流。管线建于1969年。,事故原因：公司完整性管理存在缺陷；控制中心管理人员缺乏训练，泄露发生17小时后才发现；公众安全意识不强，居民闻到气味14小时后才报警。,管道事故举例,2010年9月9日，Enbridge公司在Illinois州Romeoville处一34英寸输油管线破裂，该管线建于1968年。,事故原因：此处一水管从该管道下方通过，干扰了管道的阴极保护。从水管中泄露出的水对管道造成侵蚀。,为什么管道会失效机理,材质劣化腐蚀疲劳应力腐蚀（SCC）氢致裂纹（HIC）,管道失效机理,结构失稳凹陷、皱折,管道失效机理,断裂,管道失效机理,输气管道的长程断裂,影响因素,腐蚀环境内、外腐蚀,影响因素,第三方破坏挖掘损伤打孔盗油恐怖活动,影响因素,自然环境地质灾害：断层、滑坡、采空区等,腐蚀与防护系统重要组成部分,皱折,剥离,夹石,防腐层：漏点、绝缘性能下降；阴极保护：欠保护和过保护往往决定管道的使用寿命,破损,为什么需要管道完整性管理？,因为：管道上的缺陷不可避免，且随着时间的增长，逐步恶化；人为因素、人类活动和自然环境等均对管道产生影响；所以：必须采用合适的技术手段和完善的管理措施，保障管道的安全性，延长管道的使用寿命。,完整性管理已走过几十年的发展历程,始于20世纪70年代，主要是在美、欧90年代后期，美国OPS在一些管道公司开展了管道完整性管理的试点2001年，ASME和API分别颁布了输气、输油管道完整性管理的技术标准2002年，美国出台了增强管道安全法案，首次对高后果区管道完整性管理提出强制性要求已取得广泛认可，成为国际上普遍认同的管理模式,国内外现状,英国TRANSCO公司27万km管道(含燃气），建立了完整性管理专门机构、文件体系（企业标准、程序文件、作业文件），严格执行英国天然气安全法规。成功完成管道从设计系数0.72到0.8的提压运行。加拿大TransCanada公司38000km管道，专门的完整性管理部门（线路146人、设施120人，数据40人）。每年一次风险评价、8000km内检测、500km水压实验。美国WilliamsGas公司目标5-10年实现管道零事故。完整性管理部门120人、60多个完整性管理程序，与GIS整合的完整性基础数据库，事故率逐年降低。,中石油,通过研究和引进基本建立起核心技术（标准）体系成立了相对完善的完整性管理支持机构，如：专业公司在管道科技中心下设完整性研究所，负责为专业公司及管道公司提供管道、站场设施完整性管理的技术支持，现有人员约50人。各家地区公司及其分公司均设立了完整性管理的专业技术支持机构，如管道公司的完整性管理中心，北京天然气管道公司的科技信息处，西部管道公司的科技信息服务中心，西南油气田的安全环保与技术监督研究院。,中石油管道完整性管理系统,企业级管理平台，促进了完整性管理各步骤的数据融合、集成，实现了数据的有效利用，极大地推动了管道完整性管理的进程。,应用情况3.1万公里管道的完整性管理业务在PIS中管理完成1.8万公里管道及10余个站场风险评价完成3千公里管道的完整性评价用户覆盖专业公司、4家地区公司、地区分公司管理处及基层站队，范围涉及决策层、管理层、操作层多个层级，用户数量近3000人。,中海油,已经在总部机关层面成立了完整性管理的领导小组和专项工作组，积极开展其相关资产的完整性管理工作，如正积极开展海上设备设施、海管完整性管理工作等。气电集团开展完整性管理体系建设，部分管道完成基线评估和二次完整性评估；制定了管道完整性管理实施计划。,中石化,分属不同的部门管道储运分公司成立管道检测中心，正在研发系列漏磁内检测器；开发仪长、中洛管道完整性管理软件天然气分公司川气东送、榆济数字化管道建设，山东输气管网基线检测和评估普光气田每年一次内检测，开发腐蚀监测综合管理系统,2013年1月，中石化召开了管道完整性管理研讨会。,二、什么是管道完整性管理,“完整性”一种未受损坏的条件管道完整性管道能抵御各种危害因素并保持安全运行的能力含义管道在功能上是完整的管道始终处于受控状态管理者已经并仍将不断采取行动，防止管道事故的发生,25,管道完整性管理,对所有影响管道完整性的因素进行综合的、一体化的管理，是以管道安全为目标的系统管理体系。做法通过对管道运营中出现的风险因素的识别和评价，制定相应的风险控制对策，执行风险减缓措施，从而将管道运营的安全水平控制在合理的、可接受的范围内，达到减少事故发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。,工作内容,管道完整性管理必须开展的内容：,体系建设,完整性管理体系建设，就是对信息、技术、工作流程、组织机构及文件体系等要素进行集成，将其转化为管理要素和经济要素，经济合理地保障管道安全可靠运行，是一项长期、艰巨、庞大的系统工程。,体系框架,以兴趣和责任感为核心，战略目标为方向，管理流程为指导，组织结构和资源文件为保障，信息管理为基础，检测和评价为手段的一体化管理。,标准与规范,数据收集,组织架构,业务流程,岗位人员,绩效管理,风险评价,完整性评价,维护管理,效能评价,日常管理,高后果区分析,风险评价,完整性评价,移动巡检,监测与预警,管道定线图,生产数据采集平台,地理信息服务平台,完整性数据中心平台,风险受控,业务环境,工作内容,支撑平台,实施应用,战略目标,文档管理,支撑技术,完整性管理工作的开展，需要进行大量的技术分析和评估，包括两大部分、4层次、8系列。,运行模式,遵从戴明模式（PDCA）即“计划实施检查改进”。运营单位的最高管理者应首先制定管理体系的政策和目标，以此为依据，建立完整性管理体系文件并进行实施，定期进行内部和外部的检查和审核，评价体系有效性和合理性，最终实现管理体系的不断循环和持续改进。,运行特点,过程管理,建立在过程方法论基础上，对每一环节都需进行管理控制。,文件化的控制机制,制订体系文件来表达明确的要求和信息，使工作人员目标一致，统一行动。,闭环系统,一环接一环的循环过程。在上一个闭合循环完成后，转入下一个循环。,持续改进,随时间推移，体系构架及其要素不断改进，达到管道最佳运行状态，实现良性循环。,与传统管道安全管理的区别,三、完整性管理的基本做法,完整性管理的对象管体+防腐层+阴极保护三者相互联系，又各具特点影响因素腐蚀环境人为因素自然环境,管内介质,管体,涂层,阴极保护,基本做法,常开展的一些工作如下：高后果区识别风险评价内检测评价外腐蚀评价地质灾害评价数据管理包括但不限于上述内容,1、高后果区识别,完整性管理的重点，执行严格的完整性管理程序。划分为三个地区类别：人口密集区：城市、城镇、乡村、居民区、特定场所环境敏感区：水源地、河流、湖泊、水库、水工建筑物、自然保护区基础设施区：工厂、加油站、军事设施、机场、码头、仓库、文物保护单位、保护地；高速公路、国道、省道、铁路、航道；污水管、暗河、暗渠、自来水管、消防管线、光缆和电力、通信电缆等，与其他管道交叉半径25m的区域；穿跨越管道经过密闭空间如涵洞可以是上述三类中的一种，也可以是任意两种或三种的组合。,天然气管道高后果区识别准则,符合如下任何一条的区域为高后果区：管道经过的四级地区；管道经过的三级地区；如果管径711mm，并且最大允许操作压力6.4MPa，则管道两侧各300m以内有特定场所的区域；其他管道两侧各200m内有医院、学校、养老院、托儿所等特定场所的区域；其他管道两侧各200m内有在一年之内至少有50天（计算时间不需连贯）聚集20人或更多人的区域。,液体管道高后果区识别准则,符合如下任何一条的区域为高后果区：管道经过的四级地区；管道经过的三级地区；管道两侧各50m内有医院、学校、养老院、托儿所等特定场所的区域；管道两侧各50m内有高速公路、国道、省道、铁路以及航道和高压电线等；管道两侧各200m内人口密集区，如城市、城镇、乡村和其它居民及商业区；管道两侧各200m内有工厂、易燃易爆仓库、军事设施、飞机场、海（河）码头、国家重点文物保护单位、国家要求的保护地区等；管道两侧各200m内有水源、河流、大中型水库和水工建（构）筑物；管道两侧各15m内有与其平行铺设的地下设施（其它管道、光缆等）的区域，管道与其它外部管道交叉处半径25m的区域。,37,地区等级划分标准,按沿线居民户数和/或建筑物的密集程度，分为四个地区等级：沿管道中心线两侧各200m范围内，任意划分成长度为2km并能包括最大聚居户数的若干地段，按划定地段内的户数划分。在农村人口聚集的村庄、大院、住宅楼等，作为一独立户计算。一级地区：户数在15户或以下的区段；二级地区：户数在15户以上、100户以下的区段；三级地区：户数在100户或以上的区段，包括市郊居住区、商业区、工业区、发展区以及不够四级地区条件的人口稠密区；四级地区：系指四层及四层以上楼房（不计地下室层数）普遍集中、交通频繁、地下设施多的区段。,2、风险评价,目的在于识别出管道的危害因素及其可能产生的不利后果，判定风险是否可以接受，为执行风险消减措施提供依据。风险评价要回答的问题哪些因素造成事故发生?这些事故发生概率有多大?事故后果严重性有多大?事故的风险(综合结果)有多大?风险消减措施的执行原则按最差情况考虑(水桶理论),风险评价的总体思路,风险评价模型,层次分析模型，包括挖掘破坏、腐蚀、设计建造、运行维护、自然和地质灾害、蓄意及其他破坏6个一级指标、23个2级指标、81个3级指标，251条评分项。,应用示例,辨识高风险管段和风险因素:风险分布,失效因素,泄漏后果,风险历史。,3、内检测评价,内检测利用漏磁、超声等先进的检测技术，检测管道损伤与变形，提供管道缺陷尺寸和位置的准确数据，使基于管道实际状况的剩余强度和剩余寿命评价成为可能，从而使对管道的维修决策建立在真正科学的基础上。,内检测功能系列,经过几十年的发展，已形成四种功能系列金属损失检测腐蚀裂纹检测应力腐蚀等几何缺陷检测凹陷测绘检测路径,评价方法,体积型缺陷的评价,依据评价结果，确定缺陷点的维修时间表立即响应缺陷处于失效点；计划响应缺陷很严重，但不处于失效点；进行监测在下次检测之前，缺陷不会造成事故。,按ASMEB31G评估，3个缺陷评价为立即修复，92个缺陷评价为1年内修复，其余缺陷未监控使用。,凹陷的评价,立即修复：与焊缝缺陷相关的凹陷；与划痕、裂纹相关的凹陷；与焊缝相关且深度大于4%OD的的凹陷；与腐蚀相关且腐蚀深度大于壁厚40%的凹陷；深度大于6%OD的普通凹陷。一年内修复：与焊缝相关且深度大于2%OD的的凹陷；与腐蚀相关且腐蚀深度大于壁厚12.5%的凹陷；深度大于4%OD的顶部凹陷。,案例内检测后的管道评价,内检测发现193处凹陷，其中，深度等于或大于6%的凹陷112处，评价认为应变大于或等于6%的凹陷96处，应予以修理。,裂纹缺陷评估,裂纹形式轴向、螺旋、周向三级评估方法通用曲线基于材料性能基于J-积分J-R阻力测试,49,案例输油管道的承压能力评价,某输油管道，设计压力偏于保守，看能否提压？评价发现早期管道焊缝质量不好错边、未焊透焊缝材料断裂韧性偏低建议维持现行压力。,4、外腐蚀直接评价（ECDA),主要针对管道防腐层和阴极保护采用结构化的步骤，检测防腐层破损及阴极保护异常，并给出处理意见。,资料收集方案评估,地面检测,开挖验证,有效性评估资料反馈,检测原理,利用管道的阴保电流，在管道正上方检测电流或电压信号的变化来，评判管道防腐层和阴极保护的状况。检测方法分类：电流梯度法：C-Scan等电压梯度法：ACVG/DCVG皮尔逊（人体电容法）开挖验证：电火花检测壁厚检测,阴极保护检测,密间隔电位检测（CIPS）国内外评价阴极保护系统是否达到有效保护的首选标准方法之一。用来评估管道沿线阴极保护状态或受杂散电流干扰影响区，也能发现涂层漏点。通过测量保护电位的OFF电位，消除了土壤条件对检测结果的影响，大大降低了IR降因素导致错误读数的可能性。,涂层漏点检测,检测方法DCVG和ACVG技术的效果相似，DCVG和ACVG对独立的破损能够很好地定位，DCVG在缺陷的尺寸方面表现较好。PCM和C-scan能够对管道的“一般”性质的防腐层性能退化进行检测，因而在所有的管道状态下能够更为快捷的进行检测。修复须对发现的中等或严重的涂层损坏（即DCVG大于等于35IR或ACVG大于等于50dBV）进行修复。,5、管道地质灾害评价,管道地质灾害：指管道在土体或其他载荷作用下发生位移，使管道变形、断裂。常见形式：滑坡，采空沉陷，断层，冻土，洪水、占压等,管道地质灾害调查,研究基础比较薄弱,具体表现在：就复杂条件形式而言，对断层的研究最多、对其它复杂条件研究较少，很多方面在国内是空白；就研究方法而言，理论分析多采用弹性地基梁方法，较少考虑管道与土壤之间的相互作用、材料和几何非线性等因素。,评价步骤与方法,基于情形的分析,案例漂浮管道,某天然气管道洪水期间被冲出约137m，发生露空漂浮，最大上抬位移量约为2.2m。原来方案为沉管；经评定，以下两种情况下管道均安全：洪水期间的最大漂浮；管道当前弯曲形状下。,案例占压管道,一处管道占压长度近1km，原来埋深为1.61.8米，后因市场扩建，人为垫土使管道埋深增至511米。经评价：如果回填土刚度低于100Mpa，管道的环向应力高于设计要求；如果回填土刚度低于20Mpa，管道的变形量超出3%。建议采取措施。,滑坡对管道的作用示意,案例滑坡作用下的管道分析,管道应力分布,滑动距离较小时，管道部分受压、部分受拉；滑动距离增加，压应力逐渐减小，管道趋于整体拉弯变形（物理伸长轴心应变）；超过某值后，应力分布趋于一致,6、数据管理,数据采集是进行完整性管理工作的第一步。包含分为以下3个方面的数据：线路：钢管、管件、防腐层、阴保、中心线、三桩周边环境：测绘数据、环境地质水文气象信息（地质灾害、地震、洪灾）；公共安全支持信息（医院、消防站、公安局等）；社会经济信息（人口、城市规划等）。管理数据：检测（内检测、外腐蚀直接评价、日常检测等）；事件（第三方施工、打孔盗油、占压等）；贯穿管道