管道完整性与外腐蚀直接评价及其相应配套技术

1、ILI智能检测智能检测水压试验水压试验直接评估直接评估（内腐蚀，外腐蚀，应力腐蚀）（内腐蚀，外腐蚀，应力腐蚀）管道完整性技术工具4腐蚀检测器腐蚀检测器普通轴向漏磁普通轴向漏磁( (对环对环向缺陷敏感向缺陷敏感) )环向漏磁环向漏磁( (对轴向缺对轴向缺陷敏感陷敏感) )解读软件-缺陷点映像图2002年年 检测检测2009年年 检测检测缺陷评价方法缺陷评价方法 defects evaluation methodsdefects evaluation methods ( DNV ( DNV、B31.GB31.G、RESTRENGRESTRENG、API 579 )API 579 )Ld/tNOT

2、OKOKxxxxxxxxxDefect Acceptance CurveAllowable measured defect size for 41.3 bar0.00.20.40.60.81.0020040060080010001200Defect length (mm)Relative defect depth (d/t) Defect size Allowable defect sizeDNV RP F101 acceptance curve at inspection time (2002)(general corrosion, PL02)DNV 评价方法评价方法 S45L2 aLL 1

3、)21()(1 (22/1*max*dllCHfth氢致裂纹扩展的位错模型氢致裂纹扩展的位错模型管道氢致开裂过程区断裂判据管道氢致开裂过程区断裂判据第一年第一年第二年第二年管道腐蚀完整性管理技术文件30ASME B31.8 天然气输气管道与配气管道系统ASME B31.8S 输气管道完整性管理API1160 有害液体管道系统的完整性管理NACE SP0206 干天然气内腐蚀直接评估干天然气内腐蚀直接评估NACE SP0208 液体石油管道内腐蚀直接评估液体石油管道内腐蚀直接评估NACE SP0110 湿天然气管道内腐蚀直接评估湿天然气管道内腐蚀直接评估ASME B31.G 确定腐蚀管线剩余强度

4、手册DNV RP F101 腐蚀管道缺陷评价标准API 579 管道安全评价、几何机械损伤评价标准SYT 6597 钢质管道内检测技术规范原则：管线积水部位腐蚀最危险部位原则：管线积水部位腐蚀最危险部位存在一个产生积水的临界管道倾角存在一个产生积水的临界管道倾角（实际倾斜角大于临界角判断为发生聚集，从而易于发生腐蚀） 31ICDA方法的基本理念：最先积水的地方最可能发生腐蚀ICDA方法的优势：不停输、费用低、变被动为主动ICDA方法的作用：确定高风确定高风险区险区确定腐蚀确定腐蚀目标位置目标位置确定监测工具确定监测工具放置部位放置部位评价工具评价工具辅助智能检测和辅助智能检测和静水压实验静水压

5、实验32多相流动模型管道高程图气相温度、流速随距离变化临界倾角 实际倾角比较 和 :积水及高腐蚀风险 概率分析DG-ICDA方法的关键流程方法的关键流程3333Step1 预评估预评估34Step2 间接评估间接评估单相或多相流模型的建立预测积水最可能发生的部位确定实际管道气体流速计算管道临界倾角管道高程图绘制实际高程测量与管道埋深选择测量间距确定管道实际倾角比较确定高风险部位由上游开始逐一判断其风险不同输气量时的临界倾角不同输气量时的临界倾角积水风险无积水35基于管道工艺参数，NACE SP 0206-2006标准推荐使用的流程和模型计算临界倾角，具体评价周期内的管道临界倾角36内腐蚀间接评

6、估计算流程气体压缩因子气体密度操作压力下的流速表观气速临界角Step3 详细检查详细检查高风险部位的详细检测；利用超声测厚确定是否发生内腐蚀通过尽可能的少的开挖量确定管道内腐蚀状况Step4 后评估后评估确定ICDA的有效性和适用性比较积液敏感区、内腐蚀敏感区、实际发现的腐蚀位置确定下次评估的间隔3738ICDAICDA不同介质、各种管道下的腐蚀速率不同介质、各种管道下的腐蚀速率复合材料补强技术复合材料补强技术COMPOSITE MATERIAL- FIBER CARBON REPAIR TECHNOLOGY 夹具环氧钢壳修复技术夹具环氧钢壳修复技术Exposy with sleeve 安安全

7、全距距离离Safety distance风险评价系统风险评价系统 工况工况 安全距离安全距离1%1%伤亡安全距离伤亡安全距离 房屋燃烧距离房屋燃烧距离基于完整性管理的GIS地理信息系统 pipeline GIS5757基于物联网的数字化管道技术基于物联网的数字化管道技术管道储运设施/线路和站场物联网关键技术内腐蚀监测线路巡检压缩机设备状态监测可燃气体泄漏监测地质灾害监测线路物联网关键技术应用站场物联网关键技术应用管道泄漏监测站场安保人员安全监测气象条件监测管桥应力变化监测第三方破坏监测能耗监测1）ECDA的目标、作用的目标、作用2）ECDA的四个基本步骤的四个基本步骤 预评价（可行性、分区、工

8、具选择）预评价（可行性、分区、工具选择） 间接检测（检测结果分级、合理性检验）间接检测（检测结果分级、合理性检验） 直接检查（开挖、管体缺陷评价）直接检查（开挖、管体缺陷评价） 再评价（再评价时间、过程有效性）再评价（再评价时间、过程有效性）3）部分配套技术）部分配套技术 不开挖条件下，涂层检漏技术不开挖条件下，涂层检漏技术 管道最小剩余壁厚的安全评价技术管道最小剩余壁厚的安全评价技术 腐蚀发展模型腐蚀发展模型 阴极保护电位有效性评价阴极保护电位有效性评价ECDA在管道完整性体系中的地位在管道完整性体系中的地位外腐蚀直接评价外腐蚀直接评价 (ECDA)内腐蚀直接评价内腐蚀直接评价(ICDA)S

9、CC 直接评价直接评价其它损伤直接评价其它损伤直接评价预评价预评价间接检测间接检测直接检查直接检查再评价再评价ECDA的基本步骤的基本步骤 ECDA是一个不断发展不断发展的方法。通过成功应用，ECDA可以识别并处理已经发生、正在发生、和将要发生腐蚀的部位。 ECDA不仅能确定已存在的已存在的缺陷，而且可以预测将会产生的将会产生的缺陷（位置、大小、性质）。 持续和成功应用ECDA，意味管道完整性置信度不断提高不断提高（安全状态不断改善）。ECDA的作用和意义的作用和意义预评价预评价 （1）收集历史、当前数据，确定ECDA是否可行; （2）选择间接检测工具及划分ECDA区。间接检测间接检测 （1）

10、地面检测（以涂层漏点为主要目标）； （2）检测结果的指示和严重性分类； （3）结果合理性分析（解决不同方法结果差异、和历史数据是否矛盾等）； 直接检查直接检查 （1）根据间接检测数据，确定腐蚀热点位置； （2）对腐蚀热点进行开挖； （3）对暴露管道表面直接检查测量管壁损失； （4）综合直接检查数据评价外部腐蚀对管道的影响。 再评价再评价 （1）计算剩余寿命、确定再次评价时间 （2）检查过程合理性（是否持续提高、改进）。 ECDA数据数据数据数据间接检测工具选间接检测工具选择择ECDA区区确定确定结果使用和解释结果使用和解释材质和等级ECDA不适用于非铁材料不同金属连接处要特别考虑可能会形成局部

11、腐蚀电池直径可能影响工具的检测能力 影响阴极保护电流和对结果解释壁厚 影响临界缺陷和剩余寿命预测生产日期 老管道强度普遍较低，影响临界缺陷和剩余寿命焊缝类型 不同缝区管道需划分成单独ECDA区不同焊缝强度影响临界缺陷尺寸。和腐蚀腐蚀裸管一般情况下不能应用ECDA。层管道上的裸管单独划区可 参 见 特 定 的ECDA方法有关管道部分有关管道部分有关施工的有关施工的安装日期 影响涂层老化路线改变/修复 需单独ECDA区 路线图/航拍照片 指导ECDA分区含可用的管道数据施工 施工差异需单独区如：回填破坏涂层阀门,龙头,联接,绝缘接头等位置 消耗阴极保护电流区应单独考虑。影响局部电流流动；和异金属局

12、部电池；套管部位和施工方法妨碍某些间接检测工具使用需 要 单 独 的ECDA区按临近区推断或用其它评价方法。弯头和折皱弯头的位置 有弯头的作为单独ECDA区影响涂层老化和局部电流流动。埋深限制间接检测技术不同埋深需单独分区影响电流流动。水下；河流穿越限制间接检测技术需单独ECDA区改变电流流动。河水中加重物和锚定器位置减少了可用的间接检测工具可能需要单独的ECDA区可能发生局部腐蚀，影响结果。和其它管道、高压线等相临妨碍某些间接检测方法使用受影响区域需单独ECDA区影响局部电流和对结果的解释土壤土壤/ /环境环境土壤性质/类型某些土壤会降低间接检测技术的准确性影响腐蚀发生；明显不同的需单独EC

13、DA区用于解释结果。影响腐蚀速率和剩余寿命估计排水状况 影响腐蚀发生；明显不同的需单独ECDA区用于解释结果。影响腐蚀速率和剩余寿命估计地貌岩区等影响间接检测（困难或不能用） 土地使用情况（目前和过去）铺过的路面等会影响间接检测工具选择可影响ECDA的应用和ECDA区选择 冻土影响某些检测方法使用冻土区应考虑单独ECDA区影响电流流动和对结果的解释控制腐蚀控制腐蚀CP系统类型，阳极、整流器位置可能影响ECDA工具的选择 外电流下局部牺牲阳极影响间接检测。杂散电流源/位置 影响电流流动测试点位置 ECDA分区时需要 阴保评价标准 后期评价分析阴保维修历史 指示涂层状态对解释结果有用无阴保的年份

14、较难使用ECDA不利评价腐速和剩余寿命涂层类型管道高绝缘剥离涂层ECDA难以使用 影响腐蚀起始和管壁损失评估。涂层类型接头对造成屏蔽的涂层难以使用ECDA 造成屏蔽的涂层需其它评价方法涂层状态ECDA很难应用严重老化的涂层 电流需求 电流增加意味更多管道表面暴露操作数据操作数据管道运行温度 明显不同的单独分区影响涂层老化速率操作压力和波动 影响缺陷临界尺寸监测计划（检漏等） 定义ECDA区影响预定的维修、修复和更换计划管道检查报告开挖 定义ECDA区 维修历史/记录影响检测工具选择影响ECDA分区为再评价提供数据泄漏/破裂历史(外部腐蚀） 说明现有管道状态 外部微生物腐蚀（MIC） 加速外部腐

15、蚀速率第三方破坏和频率 需增加缺陷检测地面或地表检测数据 对预评价和ECDA分区是必需的水压试验日期和压力 影响检测间隔其它工作CIS、ILI运行等影响ECDA工具选择 对再评价提供有用数据ECDA并非对所有管道适用。不适用的情况不适用的情况可能有： （1）缺乏基本的和充足的数据（又难以补充） （2）缺乏间接检测工具（如：沥青、结冻或混凝土地面无法地上测量；大石头或碎石回填区域；附近有金属结构干扰区域；涂层缺陷导致电屏蔽部位等）；（3）无法直接检查（如：管道不可接近或开挖等）。ECDA不适用时的对策不适用时的对策：（1）改用其它完整性检测（如：内检测、水压试验等）； （2） 改造管道、调整结构

16、使之适应ECDA。环境环境密间隔法密间隔法（CIS）电流电流/电压梯法电压梯法ACVG，DCVG佩尔逊法佩尔逊法Pearson电磁法电磁法交流电衰交流电衰减测量法减测量法涂层漏点 2 1，2 2 2 1，裸管的阳极区 2 3 3 3 3河流或水下穿越 2 3 3 2 2冻土地面下 3 3 3 2 1，2杂散电流 2 1，2 2 2 1，2屏蔽的腐蚀热点 3 3 3 3 3相邻的金属结构 2 1，2 3 2 1，2附近平行管线 3 1，2 3 2 1，2高压交流输电线下 2 1，2 2 3 3短套管 2 2 2 2 2马路路面下 3 3 3 2 1，2无套管穿越 2 1，2 2 2 1，2带套管

17、管线 3 3 3 3 3深埋区 2 2 2 2 2湿地区（有限） 2 1，2 2 2 1，2岩石/岩石回填区 3 3 3 2 2注解：1：适用检测小漏点；2：适用检测大漏点(1 in2)；3：不能使用 将管道划分成若干ECDA区，同区采用相同工具和准则。划分ECDA区的原则原则可依据以下考虑（不局限于）：（1）有相同管道物理特性、环境特性和运行特性；（2）有相似腐蚀历史、及对外部腐蚀的影响因素；（3）可以使用相同的间接检测工具。ECDA分区中需说明的问题需说明的问题：（1）应对管道中所有管段划分为ECDA区；（2）ECDA区无需连续。如河流穿越处两边条件相似的可划分为同一区（穿越段除外）；（3

18、）分区边界应根据ECDA结果进行修改和细化调整。 工具/环境轻轻 微微中中 等等严严 重重CIS，充气潮湿土壤通/断电电位稍高于阴保电位通/断电位稍低于阴保电位通/断电位很大低于阴保电位DCVG检测，相似环境在通/断阴极保护状态下具有较低电压降断开阴保和/或自然状态下有中等电压降断开阴保后压降高和/或呈阳极ACVG或Pearson法，相似环境低电压降中等电压降高的电压降电磁检测法低信号损失中等信号损失高信号损失交流电衰减检测法单位长度衰减增量小单位长度衰减增量中等单位长度衰减增量较大（1）间接检测结果和历史数据不相符或不能得到合理解释，应当采用多种检测工具来检测对照。（2）两种工具结果不同，又

19、无法解释差异时： （A）差异是局部或孤立的，可采用初步直接检查（开挖）来解决； （B）否则应使用第三种检测方法，进行数据比较。 （3）如果不能解决差异问题或合理性解释，应重新评价ECDA可行性。参见配套技术一：参见配套技术一：涂层检漏技术涂层检漏技术1）对检测结果确定开挖优先权或次序；2）确定开挖数量；3）开挖管道测量涂层及管体缺陷；4）评价缺陷严重性；5）根原因分析（Root Cause Analyses）；6）过程评价。立立 即即 维维 修（开挖）修（开挖）计计 划划 维维 修（开挖）修（开挖）监监 控控不管以往腐蚀状况，出现接近严重的检测结果其余的严重结果 所 有的 其 余情况个别严重等

20、级或大量中等等级的检测结果并且以往腐蚀为中等其余的中等等级，并且以往腐蚀为中等的中等等级检测结果并且以往腐蚀为严重的大量轻微级检测结果，并且以往腐蚀为严重。开挖优先权分为三级：立即维修、计划维修、监控 (1) 所有立即维修的缺陷均需要开挖，直接检查；(2) 计划维修指示，选择其最严重的至少开挖一次，首次 用ECDA时，至少需开挖2次；(3) 如果计划维修处开挖结果表明腐蚀深度已超出管壁原厚度20%，那么必需再增加1次以上开挖；(4) 监控等级的缺陷可以不开挖。但如果一个ECDA区内只出现监控等级缺陷，那么也应当至少开挖一次，初次使用ECDA时，至少需要2次直接检查。(1) 环境环境数据：管地电

21、位、土壤电阻率、土样 (2) 涂层涂层数据：类型和状况、厚度测量、附着力测量、涂层老化（砂眼、剥离等）描绘、涂层下液体收集和pH值测量 (3) 管体管体数据：（去除涂层并清理管道表面）：腐蚀产物收集、缺陷定位、形貌描绘、腐蚀深度和面积测量、与细菌腐蚀、SCC等腐蚀相关的证据收集(4) 其他其他检查（如：磁粉试验和超声波探测等） 开挖前、开挖间、开挖后和涂层除去前，应采集数据：（1）管地电位的测量（2）土壤电阻率的测量（3）土壤样品的采集（4）水样的采集（5）涂层膜下液体pH值的测量（6）照相等资料（7）其它，如：MIC、SCC等需要的分析数据。（1）涂层类型的确定（2）涂层状况的评价（3）涂层

22、厚度的测量（4）涂层附着力的评价（5）涂层老化的描绘（6）腐蚀产物的数据收集（7）腐蚀缺陷的定位（8）腐蚀缺陷形貌的描绘和测量（9）照相等资料 （1）管体缺陷危害可以通过剩余强度计算来评价。 （2）剩余强度计算方法包括：ASME B31G、RSTRENG、Det Norske Veritas（DNV）Standard RP-F1018。 （3）如果剩余强度低于可接受水平，则需要修理或更换。 （4）发现缺陷的整个ECDA区，还应考虑其它评价方法，除非根原因分析中表明缺陷是孤立和唯一的。 （5）ECDA方法帮助发现管段上代表性腐蚀缺陷，并不是所有腐蚀缺陷。 （6）如果发现超出允许极限的腐蚀缺陷，应

23、假设在ECDA区其它位置也会存在同样缺陷。 详见配套技术之二：最小壁厚的安全评价详见配套技术之二：最小壁厚的安全评价 根原因分析根原因分析（Root Cause Analyses）（1）确定腐蚀产生根本原因：可能是不充足阴极保护电流、或以前未发现的干扰源等其它情况等。（2）根原因分析未能取得明确结论时，应考虑ECDA方法不适合(如：剥离涂层屏蔽或生物腐蚀等因素),此时应采用其它完整性评价方法。 （3）除非根原因分析表明缺陷是孤立和唯一的，否则应当合理地假设在其它ECDA区位置也会存在同样缺陷。目的目的：调整或确认原来的优先权准则和检测结果分级准则(A) 优先权调整优先权调整比较实际开挖结果和按

24、修复优先权准则预测结果，以实际结果为基准，修正优先权准则，使之符合实际情况。(B) 检测指示分级调整检测指示分级调整比较实际开挖结果和按检测指示分级准则预测结果，以实际结果为基准，修正原准则使之符合实际情况。例如：当实际结果低于原估计程度，应将原评价等级下调一级。(C) 维修和更换后的评价维修和更换后的评价所有立即维修的缺陷在开挖、检查后应当修补或更换等。对更换的，以后评价中可不再考虑该缺陷；对修补的，需根据随后间接检测结果判定，如有改善，可对该缺陷降一级评价。 参见配套技术二参见配套技术二腐蚀发展模型腐蚀发展模型参见配套技术三参见配套技术三安全评价技术安全评价技术（1）剩余寿命的估计；（2）

25、再评价时间间隔的确定；（3） ECDA有效性评价；（4） 反馈。(A) 如果没有发现腐蚀缺陷，不需要进行剩余寿命计算，剩余寿命取作新管线寿命。(B) 计划维修指示中最大残余缺陷尺寸看作和开挖点中最严重指示的缺陷尺寸相同。(C) 合理估计腐蚀增长速率。可使用实际速率或用其它快速评价方法得到。(D) 如缺少其它更精确估计剩余寿命的方法，可使用以下方程估计。 C为校正系数，取0.85（无量纲）；RL为剩余寿命（年）；SM为安全余量（= 失效压力比 - 操作压力比）；失效压力比 = 计算失效压力/屈服压力（无量纲）；操作压力比 = 最大操作压力/屈服压力（无量纲）；t 为公称管壁厚度（mm或in.）；

26、GR为腐蚀增长速率（mm/y 或in./y）。这种方法是基于腐蚀持续发生等假设，是保守的估计。 GRtSMCRL 采用工程分析法评价最大缺陷的剩余寿命。如缺少其它方法，可使用以下方程计算。1）每个ECDA区的最大再评价时间间隔应取计算剩余寿命的一半。2）由于腐蚀率不同，不同ECDA区可有不同再评价时间。3）计划维修等级的缺陷在下次再评价时间前应该加以处理。 4）从安全角度说，ECDA评价发现的所有缺陷中，除其最严重的被立即维修外，所残余的最大缺陷，按正常速度发展，在下次评价前，不会发展成导致管道失效的大缺陷。目的目的：ECDA是否使管道安全性得到持续提高。准则准则：跟踪状态指标来衡量管道整体安

27、全程度。方法方法：每次ECDA评价均需至少一次随意地点的直接检查；首次ECDA时，需二次直接检查：选择地点一次在计划维修处，另一次在未检测地点。如果检查结果比ECDA预计的更严重，必须调整评价方法中的各类准则，使得管道安全性不断改善。如果ECDA有效性得不到通过，应使用其它完整性评价方法。 状态指标用来衡量管道整体安全性程度，可采用一下： (A) 反馈信息中再分类和重排优先权的数目：被调整比例越来越小，表明建立的准则越来越可靠。 (B) 需开挖的次数；间接检测的管道总公里数；这些数量增加，表明ECDA的应用被越来越广泛和重视。 (C) 立即维修和计划维修指示的出现频率：频率减小表明管网腐蚀管理

28、水平提高；或监测沿管段阴极保护异常点的频率。异常点减少表明阴极保护系统管理在提高。 (D) 绝对准则：下次再评估前，不应发生因外腐蚀造成的管道泄漏和破裂事故，否则表明ECDA有效性有问题。 抓住所有反馈信息来改善ECDA ，包括： 1）检测指示重分类和优先权重排； 2）直接检查中收集数据的完整性； 3）剩余强度分析计算； 4）根原因分析； 5）缺陷修补准则； 6）ECDA长期有效性评价准则； 7）再评价周期。原理：向管线输入直流或交流电、磁等信号，然后监测这些信号沿管线的变化，获得涂层漏点信息。 特点：地面监测，无需开挖。检测结果：漏点位置（缺陷定位）； 漏点大小（缺陷分级）； 漏点性质（缺陷

29、类型）。基本方法：CIS法、ACVG法、 DCVG法、 Pearson法 等。 CIS又称：密间距电位测量，或管-地电位梯度法 被测管道被测管道缺陷定位缺陷定位又称：交、直流电位梯度法：原理：将电流信号加于管线，沿管道地表检测泄漏的信号强度。可准确定位涂层缺陷（15cm）。装置：电流断续器、电压表、连接电缆和两个硫酸铜电极探针（间距300毫米）。信号：漏点位置出现最大电压差。管道管道目的：确定埋地管线涂层漏点方位。原理：向管线输加交流信号，沿管线测量两个在地面移动的电极电位差。测量时，发射器一端连在管线，另一端连在远地点，两个测量员穿上钢板捆绑靴子，沿管中心线地面走动，距离6m。当靠近漏点时，

30、会产生信号加强现象。 一旦确定涂层漏点位置，其尺寸通过测量从漏点中心到远地的电位损失来估计。这个电位差占整个管线电位漂移的百分数（通断之间电位差，称为IR降），即：%IR值。 例如，DCVG将漏点尺寸按%IR分为四组：（1）1-15IR：不重要或不需修补的漏点。（2）16-35IR：如接近地床，建议修补；否则可 通过阴极保护监控，防止涂层进一步破坏。（3）36-60IR：需要考虑修补的漏点。（4）61-100IR：需立即修补的漏点。它们对管 线安全构成威胁。 在阴极保护通电和断电下分别检测涂层漏点性质，可将漏点分为以下四类： 阴极/阴极型，C/C：漏点在阴保下保护，阴保断 开后能保持极化。一般情况下都不会发生腐蚀。(B) 阴极/中性型，C/N：漏点在阴保下保护，断开时 为自然腐蚀。这些漏点在阴保不正常时才腐蚀。(C) 阴极/阳极型，C/A：漏点在阴保下保护，断开时 处于腐蚀。这些漏点在阴保正常时也可能腐蚀。(D) 阳极/阳极型，A/A：不管阴保系统是否工作，漏 点都不能保护，是正在发生腐蚀的热点。（1）无关模型 (Insignificant model)： 腐蚀微不足道，且与时间无关。如，完好涂层加阴极保护条件下的管道。腐蚀受到完全控制。（2）敏感模型 (Susceptibility model)： 经某段延迟时间后腐蚀快速发展，并因偶然因素触发造成失效。如：裂