管道检测与安全评价技术

1/13/20241一、管道检测与平安评价的意义油气输送管线:造价很高穿越地域广阔涉及的地域类型复杂一旦发生爆破，就会造成→人员伤亡环境污染油气输送中断——等严重事故

参见图1.1至图1.41/13/20242图1.1茂名石化输油管爆破抢险现场1/13/20243图1.2美国某一天然气管线爆破事故现场1/13/20244图1.3地下输油管线腐蚀破裂，大量原油泄漏情况1/13/20245图1.4原油泄漏造成农田毁坏和环境污染情况1/13/20246我国目前有油气长输管线3万多公里，许多管线运行二三十年，接近使用寿命，进入事故多发期。如四川输气管网投产后，H2S含量偏高，加上材质和制造质量不佳，SSCC破裂事故频频发生。如图1.5和图1.6所示。如早期管道的石油沥青层，已到达寿命年限，涂层严重老化，图1.7示出港沧线涂层破坏的情况1/13/20247SSCC裂纹SSCC裂纹图1.5四川佛两线管道解剖所得应力腐蚀裂纹示意图1/13/20248SSCC裂纹图1.6佛两线管道由于噘嘴在内焊趾造成的SSCC裂纹裂纹在内焊趾根部起裂1/13/20249图1.7港沧输气管线典型现场测试结果22#26#27#30#1/13/202410开展管道检测与平安评价“盲目维护〞“视情维护〞减少事故发生率防止不必要和无方案的维修和更换防止管线打压试验带来的巨大花费一、管道检测与平安评价的意义1/13/202411爆炸断裂泄漏过量变形外表损伤、金属损失材料性能退化物理爆炸：物理原因〔温度、内压〕使应力超过强度化学爆炸：异常化学反响使压力急剧增加超过强度脆性断裂：应力腐蚀、氢致开裂、持久〔蠕变〕断裂、低温脆断韧性断裂疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、高温疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳、蠕变疲劳密封泄漏：充装过量〔冒顶〕腐蚀穿孔、穿透的裂纹或冶金、焊接缺陷〔满足LBB条件〕过热、过载引起的鼓胀、屈曲、伸长、凹坑〔dent〕蠕变、亚稳定相的相变电化学腐蚀：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、沉积物下腐蚀、溶解氧腐蚀、碱腐蚀、硫化物腐蚀、氯化物腐蚀、硝酸盐腐蚀冲蚀、气蚀高温氧化腐蚀、金属尘化或灾难性渗碳腐蚀、环烷酸腐蚀外来机械损伤：油气长输管线的主要失效模式之一辐照损伤脆化氢致损伤：氢腐蚀、氢脆〔微裂纹〕、堆焊层的氢致剥离管道主要失效模式1/13/202412管道主要失效原因责任事故设备事故违反操作规程、介质超标缺少现代平安管理体系、职工素质教育差严重损伤未能被检测发现或缺少科学评价、不合理的维修工艺〔尤其是停工状态的维修〕设计缺陷、选材不当、用材错误、存在超标焊接或冶金缺陷、焊接或组装剩余应力过大外来机械损伤、地震、洪水、雷击、大风等运行操作：检测维修：设计制造：外来损伤：管理：1/13/202413缺陷检测平安评价剩余强度评价剩余寿命预测防腐层检测+挖坑基于风险的检测答复现有设备是否平安、是否需要更换、平安裕度如何答复设备能用多久、确定检测周期与检修周期管道风险评估为检测方案制定提供决策依据1/13/2024141/13/202415防腐层检测与评价1/13/2024161/13/202417图3.2CIPS/DCVG在线检测仪器1/13/202418焊缝检测与评价〔抽查〕环焊缝质量抽查，确定焊缝缺陷尺寸采用X射线探伤仪未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺陷；超声波探伤仪检测裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等。环焊缝部位沟腐蚀检测采用X射线探伤仪或超声波C－扫描方法进行检测焊缝腐蚀后体积性缺陷1/13/2024191/13/2024201/13/202421MFL＋通径检测超声裂纹检测器超声壁厚检测器金属损失和变形检测1/13/2024221/13/2024231/13/202424尽管国际上对管道平安评估已经开展了大量研究，但目前仍然是管道工程研究的热点问题1998年、2000年、2002年三次ASME国际管线会议都设有管道平安评价的分会场对1995年到2000年美国石油文摘的检索结果说明，管道平安评价在国际上研究仍然呈方兴未艾之势，见图4.11/13/202425图4.1管道平安评价论文美国石油文摘检索结果1/13/202426国际上的研究趋势主要集中在两个方面继续对国际上已经建立管道平安评估方法的过分保守性和欠可靠性进行改进对目前尚无评定标准和标准，而工程上又急需解决的问题进行研究，如：第三方损伤的评价方法管道地质灾害的评价方法管道防腐层的有效保护寿命预测方法管道剩余寿命预测方法，如损伤寿命和腐蚀寿命1/13/2024271/13/202428实物评价的半经验公式有限元分析基于力学理论的解析分析剩余强度评价体积型腐蚀缺陷平面型缺陷弥散损伤型缺陷几何不完整型缺陷主要是腐蚀造成的槽、片状缺陷应力腐蚀缺陷氢致宏观裂纹焊缝裂纹缺陷疲劳裂纹氢鼓泡和氢致诱发微裂纹、点腐蚀缺陷噘嘴与错边不圆度厚度不均匀评价方法评价对象评价对象特征克乌复线阿塞线佛两线采石线鞍大线威成线克乌复线佛两线达卧线典型管线机械损伤缺陷凹坑、沟槽整体变形格萨线达卧线概率和可靠性理论图4.2剩余强度评价的对象类型及评价方法1/13/202429用现场监测积累数据进行预测用实验室试验数据进行预测剩余寿命预测体积型缺陷平面型缺陷弥散损伤型缺陷冲刷腐蚀点蚀及槽状局部腐蚀片状腐蚀应力腐蚀裂纹氢致宏观裂纹焊缝裂纹缺陷疲劳裂纹疲劳萌生微裂纹氢鼓泡氢致微裂纹蠕变损伤微裂纹冲刷速率局部腐蚀速率全面腐蚀速率亚临界裂纹扩展速率损伤速率预测数据缺陷类型缺陷名称速率类型腐蚀速率图4.3剩余寿命预测缺陷种类划分1/13/202430数据库提供基础数据剩余强度评价临界缺陷尺寸剩余寿命预测能否平安运行、可靠度确定检测、维修周期数据测试、收集和录入数据检索、填加图4.4适用性评价集成软件的功能和结构框图平安评价案例库1/13/2024311/13/2024321/13/202433图2.5评价软件典型界面21/13/2024341/13/2024351/13/2024361/13/2024371/