王丹丹，崔礦慶，詹燕紅

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300459)

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PL19-3海底管道漏磁內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估

王丹丹，崔礦慶，詹燕紅

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300459)

為了提高海底管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，糾正傳統(tǒng)的以缺陷深度數(shù)據(jù)為依據(jù)來(lái)決策管道是否需要維修的錯(cuò)誤做法，針對(duì)PL19-3一條海管的2次漏磁內(nèi)檢測(cè)缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)比對(duì)，采用合適的壽命評(píng)估方法和強(qiáng)度評(píng)估方法進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，結(jié)果表明，腐蝕深度最大的缺陷點(diǎn)其剩余強(qiáng)度和剩余壽命都不是最小的，且剩余強(qiáng)度和剩余壽命最小的點(diǎn)不是同一個(gè)點(diǎn)；另外剩余壽命評(píng)估結(jié)果表明該海管多處缺陷壽命不足2年，且缺陷點(diǎn)較分散，不利于局部維修的實(shí)施，最終建議整體更換該海管。

內(nèi)檢測(cè)；海底管道；剩余壽命；剩余強(qiáng)度；評(píng)估

漏磁檢測(cè)是油氣管道缺陷檢測(cè)應(yīng)用最廣泛最普遍的方法，近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)海底管道完整性管理的推廣，漏磁內(nèi)檢測(cè)已經(jīng)成為海底管道管體缺陷檢測(cè)的主要手段，管道的管理者通常都是通過(guò)簡(jiǎn)單分析缺陷的剩余強(qiáng)度是否滿足運(yùn)行要求，或者缺陷深度是否超過(guò)一定值，而決定缺陷是否需要進(jìn)行修復(fù)，以確保管道安全運(yùn)行。當(dāng)前，漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)的利用率非常低，僅用于決定缺陷是否需要進(jìn)行維修，而對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析還涉及很少，如腐蝕發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，腐蝕壽命預(yù)測(cè)等很少。隨著管道完整性檢測(cè)的大力發(fā)展，檢測(cè)數(shù)據(jù)的積累越來(lái)越多，尤其是同一條海管在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行過(guò)2次甚至多次內(nèi)檢測(cè)，對(duì)同一缺陷的2次甚至多次檢測(cè)，可以看出該缺陷點(diǎn)的腐蝕發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而預(yù)測(cè)該缺陷點(diǎn)的剩余壽命，給后續(xù)的海管維修維護(hù)計(jì)劃的制定提供科學(xué)的依據(jù)。

1 海底管道基本信息及檢測(cè)信息

PL19-3 RUP 至 WHPD海底管道總長(zhǎng)為4.1 km，直徑304.8 mm(12 in)，壁厚11.1 mm，設(shè)計(jì)壓力13.82 MPa，管道鋼級(jí)APA 5L X65，最大允許操作壓力13.82 MPa，于2009年6月初投產(chǎn)運(yùn)行。該條海管在2012年底和2013年初實(shí)施過(guò)兩次漏磁內(nèi)檢測(cè)，且檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示該管道腐蝕情況較嚴(yán)重，缺陷總體檢測(cè)數(shù)據(jù)概況見(jiàn)表1。

表1 2次漏磁檢測(cè)結(jié)果匯總

2 剩余強(qiáng)度評(píng)估

當(dāng)前國(guó)際上缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)估方法很多，包括ASME B31G及其修正版、API579、DNV RP F101、PCORCC方法等，其中應(yīng)用最廣泛歷史最長(zhǎng)久的當(dāng)屬ASME B31G方法。目前國(guó)際上各大檢測(cè)公司包括TDW、GE-PII和ROSEN等公司出具的檢測(cè)報(bào)告也對(duì)缺陷的剩余強(qiáng)度進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)估，他們的評(píng)估也均是采用ASME B31G方法。該方法經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐運(yùn)用[1-2]，人們發(fā)現(xiàn)其適用于鋼級(jí)較低的、較老的管道，且評(píng)估結(jié)果過(guò)于保守[3-4]，也就是在保證安全的前提下，對(duì)剩余強(qiáng)度的預(yù)測(cè)值比實(shí)際值小很多，這也造成了很多缺陷的過(guò)度維修，浪費(fèi)了大量的人力物力成本，增大了運(yùn)營(yíng)成本，降低了公司的盈利水平。隨后挪威船級(jí)社經(jīng)過(guò)多年的研究和驗(yàn)證在1999年正式發(fā)布了DNV RP F101腐蝕管道評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[5]，該標(biāo)準(zhǔn)相比ASME B31G[6]方法保守性大大降低，且適用于較新的、中高強(qiáng)度管道的評(píng)價(jià)[7]。該標(biāo)準(zhǔn)介紹了2種評(píng)價(jià)方法:分項(xiàng)安全系數(shù)法;許用應(yīng)力法。其中許用應(yīng)力法主要側(cè)重現(xiàn)在應(yīng)用，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，采用率較高。本文從管道的新舊程度和鋼級(jí)等方面考慮，采用DNV RP F101方法對(duì)2次漏磁檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)估。由于缺陷數(shù)據(jù)量巨大，選取部分深度較大和長(zhǎng)度較大的缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，并與ASME B31G的評(píng)估結(jié)果對(duì)比。

2.1 剩余強(qiáng)度評(píng)估方法簡(jiǎn)介(DNV RP F101)

挪威船級(jí)社規(guī)范中的剩余強(qiáng)度計(jì)算方法為

(1)

fu=SMTS；

D——管徑，mm，

t——管道壁厚，mm；

L——缺陷長(zhǎng)度，mm；

d——缺陷深度，mm。

2.2 PL19-3海底管道剩余強(qiáng)度評(píng)估結(jié)果

針對(duì)PL19-3海底管道檢測(cè)所得到的缺陷，由于缺陷數(shù)量較大，篇幅限制不能一一進(jìn)行評(píng)估，故選取腐蝕深度較大和腐蝕長(zhǎng)度較大的嚴(yán)重缺陷共計(jì)20個(gè)進(jìn)行剩余強(qiáng)度的評(píng)估，計(jì)算得出各缺陷的剩余強(qiáng)度值，并與管道當(dāng)前的最大允許操作壓力(MAOP)進(jìn)行比較，若剩余強(qiáng)度大于MAOP,則該點(diǎn)強(qiáng)度安全，若剩余強(qiáng)度小于MAOP，則該點(diǎn)強(qiáng)度不滿足運(yùn)行要求，需要降壓運(yùn)行或者維修。評(píng)估時(shí)采用了保守性較低的DNV RP F101規(guī)范，并與保守性較高的ASME B31G規(guī)范評(píng)估結(jié)果進(jìn)行比較。在評(píng)價(jià)時(shí)定義了維修指數(shù)ERF=MAOP/剩余強(qiáng)度，若ERF≥1，說(shuō)明該缺陷點(diǎn)需要進(jìn)行維修或干預(yù)；反之則不需要進(jìn)行維修或干預(yù)。2次檢測(cè)數(shù)據(jù)的具體評(píng)估結(jié)果見(jiàn)圖1、2。

圖1 第1次檢測(cè)缺陷

圖2 第2次檢測(cè)缺陷結(jié)果對(duì)比

對(duì)于第1次檢測(cè)數(shù)據(jù)，從評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1)從整體來(lái)看，DNV RP F101方法評(píng)估的缺陷剩余強(qiáng)度值均比ASME B31G的評(píng)估結(jié)果要高些，故保守性低些，這也驗(yàn)證了其他研究人員的結(jié)論。

2)結(jié)果表明，有1個(gè)點(diǎn)的剩余強(qiáng)度接近極限值，即位于里程738.48 m處，長(zhǎng)度79.49 mm，相對(duì)深度為34%的缺陷點(diǎn)，采用ASME B31G方法評(píng)估，其剩余強(qiáng)度(13.76 MPa)小于最大允許操作壓力(13.82 MPa)，需要進(jìn)行維修；而采用DNV RP F101規(guī)范評(píng)估結(jié)果為13.84 MPa，大于MAOP，故該缺陷點(diǎn)暫時(shí)不需要維修，需要重點(diǎn)關(guān)注其腐蝕的發(fā)展，這也為后續(xù)的維修維護(hù)措施的制定贏得了時(shí)間，避免了倉(cāng)促維修帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

3)從傳統(tǒng)來(lái)看，管道管理者對(duì)于內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，往往關(guān)注的是缺陷的深度，認(rèn)為深度越深缺陷越危險(xiǎn)，但是從上文的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，最危險(xiǎn)的點(diǎn)不是深度最大(60%)的點(diǎn)，而是深度為34%的點(diǎn)，這表明，深度不是決定缺陷是否危險(xiǎn)的惟一因素，在后續(xù)的管理中還要重點(diǎn)關(guān)注那些缺陷長(zhǎng)度較大的點(diǎn)。

對(duì)于第2次檢測(cè)的缺陷數(shù)據(jù)，剩余強(qiáng)度評(píng)估結(jié)果同樣表明，采用DNV RP F101方法的評(píng)估結(jié)果相比ASME B31G方法保守性有所降低，建議后續(xù)針對(duì)類似的管道采用DNV方法進(jìn)行評(píng)估，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)性，降低維護(hù)成本。另外，第2次數(shù)據(jù)的評(píng)估結(jié)果表明無(wú)論采用哪種規(guī)范評(píng)估都有1個(gè)點(diǎn)的剩余強(qiáng)度小于MAOP,需要立即采取措施進(jìn)行維護(hù)，該缺陷點(diǎn)同樣位于738.48 m處，與第1次在該位置檢測(cè)到的缺陷是同一點(diǎn)。

3 剩余壽命評(píng)估

3.1 剩余壽命評(píng)估方法介紹

對(duì)于缺陷剩余壽命評(píng)估技術(shù)，國(guó)際、國(guó)內(nèi)的研究還不很成熟[8]，暫未形成統(tǒng)一的被廣泛認(rèn)可的評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)。但是美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(American Society for Testing and Materials,ASTM)推薦[9-10]利用冪函數(shù)來(lái)近似腐蝕深度變化與管道使用年限的關(guān)系，推薦的經(jīng)驗(yàn)估算公式如下：

S=ptq

(2)

式中：S——管道壁腐蝕深度，mm；

t——使用的年數(shù)；

p、q——待定常數(shù)。

對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)得到：

lgS=lgp+qlgt

令lgS=y;lgp=A;q=B；lgt=x，則有

y=Bx+A

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的管道腐蝕深度數(shù)據(jù)，求得待定系數(shù)A和B，然后通過(guò)計(jì)算得到常數(shù)p和q，因此管道剩余壽命計(jì)算公式為

(3)

式中：RL——剩余壽命，年；

Smax——臨界腐蝕深度，mm；

T0——已使用年數(shù)，年。

該方法在應(yīng)用時(shí)，需要2次甚至多次的檢測(cè)數(shù)據(jù)，所以在評(píng)估前，應(yīng)該對(duì)2次檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出同一缺陷2次檢測(cè)的特征數(shù)據(jù)，才能看出缺陷的腐蝕發(fā)展模式，進(jìn)而求得每個(gè)缺陷的剩余壽命。由于2次檢測(cè)出的數(shù)據(jù)量巨大，如果全部比對(duì)，勢(shì)必會(huì)影響評(píng)估效率，且很多缺陷深度較小，腐蝕發(fā)展較慢，暫不會(huì)對(duì)管道的安全性造成影響，因此本文擬對(duì)2次檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的深度相對(duì)較深的缺陷點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而預(yù)測(cè)其剩余壽命，給后續(xù)的完整性管理計(jì)劃的制定提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

3.2 PL19-3海底管道剩余壽命評(píng)估時(shí)缺陷點(diǎn)的選擇和比對(duì)

比對(duì)時(shí)考慮2類參數(shù)，一類是從缺陷的位置判斷其是否為同一缺陷，包括里程值、相對(duì)焊縫距離、時(shí)鐘方位等；另外一類是缺陷本身尺寸參數(shù)，因?yàn)?次檢測(cè)間隔一定距離，從腐蝕發(fā)展的角度分析，第2次檢測(cè)到缺陷的尺寸不應(yīng)該小于前一次檢測(cè)到的尺寸。通過(guò)以上參數(shù)的篩選和分析，找出如下16個(gè)點(diǎn)(見(jiàn)表2)的2次檢測(cè)數(shù)據(jù)作為剩余壽命評(píng)估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表2 16個(gè)缺陷點(diǎn)2次漏磁檢測(cè)的相對(duì)深度對(duì)比

3.3 PL19-3海底管道剩余壽命(RL)評(píng)估結(jié)果

采用ASTM推薦方法對(duì)缺陷點(diǎn)進(jìn)行剩余壽命評(píng)估，除需要獲得2次以上的檢測(cè)數(shù)據(jù)外，還需要明確管道的最大允許壁厚損失，即Smax。在DNV RP F101和ASME B31G規(guī)范中都明確規(guī)定了管道壁厚損失的最大值，其中B31G 規(guī)定，壁厚損失超過(guò)80%的缺陷點(diǎn)不可接受，需要維修；RP F101規(guī)定壁厚損失超過(guò)85%的缺陷點(diǎn)不可接受，具體評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表3，對(duì)比見(jiàn)圖5。

表3 16個(gè)缺陷點(diǎn)的剩余壽命評(píng)估結(jié)果

圖5 16個(gè)缺陷點(diǎn)的剩余壽命結(jié)果比較

由壽命評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1)該管道剩余壽命最小為0.41年，是位于里程1 807.94 m處的缺陷點(diǎn)，其2次檢測(cè)的相對(duì)深度分別為39%和50%。

2)剩余壽命最小的點(diǎn)不是腐蝕深度最大的點(diǎn)。

3)絕大多數(shù)缺陷的剩余壽命處于0.5～1.5年之間，那么就要求在半年之內(nèi)要制定出缺陷的維修維護(hù)措施并實(shí)施，以保證管道不發(fā)生泄漏事故，安全運(yùn)行。

4)由于DNV要求的臨界壁厚損失大于ASME的要求，故按不同規(guī)范的臨界壁厚要求，采用ASTM 推薦方法得到的各缺陷剩余壽命稍有不同，但是總體來(lái)說(shuō)按DNV要求評(píng)估的結(jié)果要大約ASME的結(jié)果。因此，在不違反規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，采用DNV的要求，可以為缺陷的維修維護(hù)措施的制定爭(zhēng)取到更加充裕的時(shí)間。

5)剩余壽命不足2年的缺陷點(diǎn)較多，且分布不集中，較分散，這就給局部缺陷的維修增加了難度和工作量，從時(shí)效性、安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，建議對(duì)管道進(jìn)行整體更換，最終蓬萊作業(yè)公司采納了這個(gè)評(píng)估結(jié)果和建議，對(duì)該管道實(shí)施了換管重鋪。

4 結(jié)論

1)剩余強(qiáng)度最小的點(diǎn)并非是腐蝕深度最大的點(diǎn)，剩余壽命最小的點(diǎn)也不是腐蝕深度最大的點(diǎn)，因?yàn)?，剩余?qiáng)度除了與腐蝕深度有關(guān)外，還與腐蝕長(zhǎng)度有關(guān)；剩余壽命除了與腐蝕深度有關(guān)外，還與腐蝕發(fā)展速率有關(guān)。

2)剩余強(qiáng)度最小的點(diǎn)和剩余壽命最小的點(diǎn)不是同一個(gè)點(diǎn)，因其評(píng)估原理和關(guān)鍵參數(shù)各不相同。

3)缺陷的深度參數(shù)并非決定其危險(xiǎn)程度的唯一參數(shù)，因此建議管道管理者對(duì)于漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)不要簡(jiǎn)單根據(jù)缺陷深度來(lái)決定是否需要維修，而是要采用合適的方法對(duì)缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，以做到對(duì)缺陷數(shù)據(jù)最大化的利用，科學(xué)地找出最危險(xiǎn)的缺陷。

海底管道漏磁內(nèi)檢測(cè)是檢測(cè)管體缺陷的有效方式，海底管道內(nèi)檢測(cè)實(shí)施難度大，成本高，其檢測(cè)所得缺陷數(shù)據(jù)極其珍貴，因此對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)有效的分析和評(píng)估十分重要，建議重視漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，合理利用檢測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確分析腐蝕缺陷的發(fā)展，預(yù)測(cè)管道的剩余壽命，為管道的下一步管理制定詳細(xì)的計(jì)劃，確保管道未來(lái)的運(yùn)行安全。

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Assessment of Magnetic Flux Leakage Inspection Data PL19-3 Submarine Pipeline

WANG Dan-dan, CUI Kuang-qing, ZHAN Yan-hong

(CNOOC EnerTech Equipment Technology Co. Ltd., Tianjin 300459, China)

In order to improve the value in use of the submarine pipeline inspection dada and to correct the traditional wrong ways to decide whether to repair based on defect depth data, two times of MFL datum of PL19-3 submarine pipeline were compared with in detail, the remaining strength and remaining life were assessed. The result showed that the defect of the deepest depth is not the one of the smallest remaining life and the smallest remaining strength, and the defect with the smallest remaining life is not the one with the smallest remaining strength. Many defects’ remaining lives are less than two years, and the defect location is dispersal, it is not good for local repair. It is suggested to replace the entire pipeline to ensure safe production.

in-line inspections; submarine pipeline; remaining life; remaining strength; assessment

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.003

2016-07-10

PL19-3 RUP TO PL19-3WHPD 12寸注水海管內(nèi)檢測(cè)項(xiàng)目

王丹丹(1982—)，女，碩士，工程師

TE973.6

A

1671-7953(2016)05-0011-05

修回日期：2016-08-10

研究方向:海底管道檢測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及完整性評(píng)估

E-mail:wangdd3@cnooc.com.cn