王振聲，陳朋超，王禹欽

中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道分公司，河北廊坊 065000

管道完整性管理是為應(yīng)對(duì)管道事故、減少管道缺陷、提高管道管理水平的要求不斷發(fā)展和完善形成的管理模式[1]。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，管道完整性管理的思想得以孕育和發(fā)展。一些歐美管道公司開(kāi)始探索系統(tǒng)地進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)與維護(hù)工作，逐漸形成了一套較為完整的管道完整性管理體系，共包括數(shù)據(jù)收集、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維修與維護(hù)、效能評(píng)價(jià)等六個(gè)步驟[2]，形成了一個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程，并在實(shí)施過(guò)程中不斷完善。以2001年API 1160《危險(xiǎn)液體管道完整性管理系統(tǒng)》和ASME B 31.8S《天然氣管道系統(tǒng)完整性管理》頒布為標(biāo)志，明確了完整性管理在管道安全管理中的重要地位和實(shí)施要求。2003年前后，完整性管理理念開(kāi)始在我國(guó)傳播并引起了我國(guó)油氣管道管理方式的變革，中國(guó)石油管道公司率先制定發(fā)布了油氣管道完整性管理的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也牽頭制定并于2019年5月發(fā)布了2項(xiàng)管道完整性規(guī)范的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。綜合保障管道安全及運(yùn)營(yíng)成本等各種因素，管道完整性管理建立了基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的事故超前預(yù)防型管理思想，是目前油氣管道安全管理的最高進(jìn)階等級(jí)。

為了做好管道完整性管理，需要對(duì)其中最核心的油氣管道和設(shè)施的完整性檢測(cè)、評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)進(jìn)行深入的研究，本文對(duì)內(nèi)、外檢測(cè)技術(shù)與水壓試驗(yàn)，體積型和平面型裂紋缺陷的檢測(cè)與評(píng)價(jià)以及修復(fù)和緩解等技術(shù)研究新進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，以期為國(guó)內(nèi)管道完整性管理下一步深化和完善方向提供參考和借鑒。

1 內(nèi)、外檢測(cè)與水壓試驗(yàn)

1.1 內(nèi)、外檢測(cè)技術(shù)

內(nèi)檢測(cè)技術(shù)是指依靠管道輸送介質(zhì)的壓力，推動(dòng)漏磁 (MFL）、超聲波（UT）、電磁超聲（EMAT）等智能檢測(cè)器的運(yùn)行，探測(cè)和測(cè)量油氣管道上異常及缺陷的常用技術(shù)。外檢測(cè)技術(shù)是指使用包括超聲測(cè)厚儀、超聲相控陣（PA）和超聲波衍射時(shí)差（TOFD）等無(wú)損檢測(cè)設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行無(wú)損探傷，確定缺陷尺寸、位置或形貌等特征的技術(shù)。一個(gè)完整的檢測(cè)、評(píng)價(jià)與修復(fù)流程，包括內(nèi)檢測(cè)完成后，分析內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)疑似缺陷進(jìn)行嚴(yán)重程度分級(jí)，制定現(xiàn)場(chǎng)需要開(kāi)挖驗(yàn)證的位置和數(shù)量，進(jìn)一步開(kāi)展外檢測(cè)，驗(yàn)證疑似缺陷的嚴(yán)重程度，并開(kāi)展下一步的修復(fù)工作。內(nèi)、外檢測(cè)結(jié)果之間的關(guān)系，對(duì)于準(zhǔn)確估算管道缺陷數(shù)量和尺寸是非常重要的因素。然而，內(nèi)檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)的讀數(shù)都會(huì)因?yàn)闇y(cè)量誤差而不準(zhǔn)。這些誤差通常來(lái)源于檢測(cè)工具內(nèi)在的局限性和能力、測(cè)量技術(shù)和人為因素。

Abdolrazaghi等人[3]基于線性回歸和極大似然法，來(lái)確定內(nèi)檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)測(cè)量誤差的不確定性，提出的標(biāo)定原理通過(guò)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果得到了驗(yàn)證。Ellinger等人[4]通過(guò)對(duì)比分析6年間收集的3 000多對(duì)內(nèi)、外檢測(cè)數(shù)據(jù)，得出了軸向漏磁和超聲測(cè)壁厚等內(nèi)檢測(cè)器測(cè)量精度的變化及適用缺陷等結(jié)論，給出了開(kāi)挖驗(yàn)證、失效壓力計(jì)算和精度提高等方面建議。Moreno等人[5]開(kāi)展了多次內(nèi)檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析，得到了內(nèi)檢測(cè)結(jié)果可重復(fù)性的影響因素，并給出了關(guān)于內(nèi)檢測(cè)器選用和金屬損失識(shí)別方法建議。Tehsin等人[6]進(jìn)行了電磁超聲檢測(cè)器和超聲裂紋探測(cè)檢測(cè)器在探測(cè)、識(shí)別和定量精度方面的概率性評(píng)價(jià)研究，用于管控應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）對(duì)管道的威脅。Mihell等人[7]研究了體積型缺陷內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)基于概率的判斷準(zhǔn)則，推導(dǎo)出計(jì)算其失效概率的方法。

1.2 水壓試驗(yàn)

水壓試驗(yàn)作為完整性管理程序的一部分是一種破壞性的測(cè)試，但設(shè)計(jì)和實(shí)施水壓試驗(yàn)是管道投產(chǎn)運(yùn)行前的關(guān)鍵步驟，能夠有效排除強(qiáng)度不合格的鋼管，并發(fā)現(xiàn)部分缺陷。Rau等人[8]研究了水壓試驗(yàn)與內(nèi)檢測(cè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，介紹了水壓試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，其與現(xiàn)有的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)互為補(bǔ)充。Keane等人[9]提出了一種風(fēng)險(xiǎn)平衡設(shè)計(jì)的水壓試驗(yàn)，在一個(gè)閃光焊的直焊縫老管道上，示范了水壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的案例研究。Hilger等人[10]從管道運(yùn)營(yíng)商的視角分析了水壓試驗(yàn)的局限性和可能的有害影響等，研發(fā)以風(fēng)險(xiǎn)平衡為目標(biāo)的水壓試驗(yàn)程序。Olson等人[11]開(kāi)展改進(jìn)水壓試驗(yàn)協(xié)議的研究，采用并改進(jìn)了已有的缺陷失效和增長(zhǎng)模型，基于坍塌和斷裂理論，來(lái)預(yù)測(cè)缺陷形狀的變化行為，建立了壓力-時(shí)間序列，并通過(guò)缺陷形狀隨時(shí)間增長(zhǎng)的方程評(píng)估了其敏感性。

1.3 新型檢測(cè)技術(shù)的探索

Asher等人[12]研發(fā)了一種新的內(nèi)檢測(cè)傳感器技術(shù)，即基于電磁渦流（MEC）和多差動(dòng)渦流的電磁渦流內(nèi)檢測(cè)器。這種新技術(shù)為探測(cè)小體積缺陷特征、檢測(cè)厚壁天然氣管道以及檢測(cè)耐蝕合金管道和非金屬管道提供了可能。進(jìn)行了80多次牽引試驗(yàn)，以確定該檢測(cè)器的檢測(cè)能力和速度敏感性，即使非常?。ǎ?0 mm）的針孔型特征的缺陷都被傳感器檢測(cè)到，檢測(cè)速度達(dá)到0.75 m/s時(shí)也能保證檢測(cè)性能，檢測(cè)能力超出預(yù)期。

太平洋天然氣與電力公司（PG&E） 在舊金山半島經(jīng)營(yíng)多條輸氣管道，其中很大一部分低壓運(yùn)行，難以使用傳統(tǒng)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)該管道進(jìn)行檢測(cè)，Liddicoat等人[13]使用非傳統(tǒng)的自動(dòng)力機(jī)器人在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)位于舊金山國(guó)際機(jī)場(chǎng)和舊金山中心地區(qū)之間，人口高度密集的城市區(qū)域內(nèi)的大量套管管道進(jìn)行了檢測(cè)，能夠代替外腐蝕直接評(píng)價(jià)（ECDA）和內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)套管內(nèi)的管道進(jìn)行檢測(cè)。

逆波外推（IWEX）的超聲成像是一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，用于管道異常的辨別和尺寸分級(jí)。Haines等人[14]研究了采用超聲成像技術(shù)識(shí)別和分級(jí)電阻焊管直焊縫上的缺陷以及管道本體的應(yīng)力腐蝕裂紋（SCC），探討了IWEX技術(shù)的發(fā)展，與目前最先進(jìn)的技術(shù)如超聲相控陣（PA）和超聲波衍射時(shí)差（TOFD） 相比較，IWEX能夠識(shí)別冷焊縫、表面開(kāi)口鉤狀裂紋、非表面開(kāi)口的向上纖維狀物、不均勻的縱剪、偏置板邊和疲勞裂紋等異常。

Krissa等人[15]研究了一種適用于多管道管廊的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)在內(nèi)檢測(cè)器上搭載陰極保護(hù)電流在線測(cè)量傳感器以達(dá)到對(duì)陰極保護(hù)性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)的目的，針對(duì)性和抗干擾性強(qiáng)，可提供更加準(zhǔn)確和完整的數(shù)據(jù)。

Greig等人[16]研究了使用EMAT內(nèi)檢測(cè)器識(shí)別管道修復(fù)涂層的方法，能識(shí)別各種涂層的類型和涂層狀況，也能識(shí)別出環(huán)焊縫區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)的涂層或連接處的涂層變化（如涂層修復(fù)），對(duì)于評(píng)價(jià)管道系統(tǒng)的涂層狀況具有成本優(yōu)勢(shì)。

Pargen等人[17]開(kāi)發(fā)了一種新的傳感方法來(lái)測(cè)量管道的應(yīng)變和振動(dòng)，采用高度柔性的介電彈性體傳感器（DESs） 和新型聚脲涂層（智能涂層）的組合，當(dāng)DESs沿著軸向安裝于管道外部時(shí)，對(duì)于平行于管道軸向的應(yīng)變變化是敏感的，有助于探測(cè)到可能導(dǎo)致管道失效的位移或變形的發(fā)生。系統(tǒng)的應(yīng)變靈敏度取決于電容測(cè)量精度，實(shí)驗(yàn)階段的應(yīng)變測(cè)量精度最低可達(dá)0.1%。

2 體積型缺陷檢測(cè)與評(píng)價(jià)

2.1 腐蝕

腐蝕依然是管道完整性的主要威脅之一。對(duì)于管道完整性管理決策來(lái)說(shuō)，腐蝕生長(zhǎng)速率是非常重要的指標(biāo)。例如預(yù)測(cè)管道可靠性的時(shí)間函數(shù)、識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖和/或修復(fù)的時(shí)機(jī)、以及決策最優(yōu)的再檢測(cè)周期等，都要根據(jù)腐蝕速率來(lái)計(jì)算。采用錯(cuò)誤的腐蝕生長(zhǎng)率數(shù)據(jù)將導(dǎo)致時(shí)間、人力和資金等浪費(fèi)在不必要的修復(fù)和/或檢測(cè)上，以及計(jì)劃外的管道停輸或天然氣放空。由于局部表現(xiàn)行為的特性差別及影響腐蝕反應(yīng)的參數(shù)眾多，識(shí)別管道上腐蝕活躍位置及腐蝕生長(zhǎng)速率是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。

Dawson等人[18]根據(jù)多次內(nèi)檢測(cè)結(jié)果以及近年來(lái)油氣管道的實(shí)際情況，評(píng)估并改進(jìn)了基于內(nèi)檢測(cè)的腐蝕速率預(yù)測(cè)方法，從而給出更準(zhǔn)確的管道完整性發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果、修復(fù)計(jì)劃表及再次檢測(cè)的周期。Smith等人[19]將10種腐蝕生長(zhǎng)率的計(jì)算方法應(yīng)用于3條進(jìn)行過(guò)3次內(nèi)檢測(cè)的陸上管道，識(shí)別出最優(yōu)腐蝕增長(zhǎng)率的計(jì)算方法，以及適應(yīng)不同需求（制定修復(fù)和再檢測(cè)計(jì)劃以及剩余壽命評(píng)估）的增長(zhǎng)率計(jì)算方法。Al-amin等人[20]通過(guò)對(duì)比非線性和線性生長(zhǎng)模型預(yù)測(cè)的腐蝕生長(zhǎng)率，證明在完整性管理程序中使用非線性腐蝕生長(zhǎng)率模型更準(zhǔn)確、更適合。

某油氣田集輸中心的潮濕酸性高壓天然氣管道，兩年內(nèi)因螺旋焊縫開(kāi)裂發(fā)生了2起泄漏。Alsulaiman等人[21]通過(guò)失效調(diào)查發(fā)現(xiàn)主因是嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕，其他因素還包括局部應(yīng)力、嚴(yán)重的酸性運(yùn)行環(huán)境等，提出了更換無(wú)縫鋼管、升級(jí)腐蝕抑制系統(tǒng)，以及對(duì)集輸管道和下游運(yùn)營(yíng)管道都采用適合的清管器開(kāi)展有效的清管等系列修復(fù)措施。

保溫管道常見(jiàn)的失效模式是外腐蝕，但當(dāng)前可獲得的有關(guān)腐蝕評(píng)價(jià)方法可能并不適用高黏熱油管道。Cunha等人[22]對(duì)API 5L Gr B和X70兩種鋼級(jí)管道進(jìn)行了有限元模擬，發(fā)現(xiàn)盡管熱影響導(dǎo)致了管道在彈性變形內(nèi)產(chǎn)生大的壓縮軸向應(yīng)力，但該應(yīng)力在管道產(chǎn)生屈服變形階段就徹底得到釋放，未發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)爆破壓力有何影響。

油氣管道內(nèi)常包含固體微粒及微小附著水，受到流動(dòng)條件的影響，這些顆?？赡軙?huì)附著在管壁上，并導(dǎo)致細(xì)菌生長(zhǎng)和局部垢下腐蝕的產(chǎn)生。Garcia等人[23]提出了基于多變量評(píng)估垢下腐蝕威脅的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，包括漏磁內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)、油泥分析、流動(dòng)條件及管道運(yùn)營(yíng)條件；也提供了與這些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)相關(guān)的緩解措施和再檢測(cè)周期的建議。

2.2 凹坑

當(dāng)前管道凹坑的完整性管理，主要是通過(guò)對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的解釋分析進(jìn)行的；包括測(cè)徑、漏磁檢測(cè)（MFL）和超聲檢測(cè) （UT）等檢測(cè)數(shù)據(jù)。如果凹坑的特征被認(rèn)為是或類似于機(jī)械損傷造成的威脅，就需要開(kāi)挖進(jìn)行修復(fù)。識(shí)別由機(jī)械損傷造成的凹坑存在諸多挑戰(zhàn)，有必要將基于應(yīng)變的評(píng)價(jià)和復(fù)雜形貌測(cè)繪技術(shù)等方法結(jié)合起來(lái)，加入機(jī)械損傷的管理策略中。

Torres等人[24]通過(guò)對(duì)機(jī)械損傷現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的無(wú)損檢測(cè)和評(píng)價(jià)，研究和評(píng)判了漏磁與超聲測(cè)厚內(nèi)檢測(cè)器在描述凹坑金屬損失的形貌和嚴(yán)重程度方面的效力。此外，評(píng)價(jià)了使用形狀復(fù)雜度指標(biāo)來(lái)識(shí)別機(jī)械損傷方法的效力，引進(jìn)了諸如距離相近的凹坑群和多銳角凹坑的概念。Fernandez等人[25]開(kāi)展了管道受車輛或重物墜落沖擊影響的有限元仿真模型的試驗(yàn)驗(yàn)證研究，結(jié)果表明，挪威船級(jí)社（DNV）的凹坑評(píng)價(jià)模型在預(yù)測(cè)破裂能量時(shí)并非總是保守，而歐洲管道研究小組（EPRG）的機(jī)械損傷評(píng)價(jià)模型中關(guān)于齒型工具第三方損傷的破裂能量預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確，卻未必適用于更長(zhǎng)形的工具。朱先奎等人[26]采用彈塑性有限元模型來(lái)分析管道上由機(jī)械造成凹坑的嚴(yán)重性，通過(guò)廣泛的參數(shù)研究量化其損傷的影響，該模型成功應(yīng)用于預(yù)測(cè)現(xiàn)代管線鋼在全尺寸疲勞試驗(yàn)中的凹坑失效行為。Arumugam等人[27]采用有限元及全尺寸凹陷試驗(yàn)的方法研究了管道機(jī)械損傷中的塑性應(yīng)變極限損傷準(zhǔn)則，建立了延性破壞損傷指標(biāo)（DFDI）模型，量化累積的塑性應(yīng)變損傷及其開(kāi)裂敏感性，并輔以6個(gè)全尺寸凹陷試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，提出了平滑凹坑的簡(jiǎn)化應(yīng)變極限公式并進(jìn)行了驗(yàn)證。

識(shí)別與凹坑有關(guān)的金屬損失和溝槽，以及識(shí)別直焊縫附近腐蝕類型，是目前金屬損失缺陷的內(nèi)檢測(cè)完整性評(píng)價(jià)中尚未逾越的兩道難關(guān)。Nestleroth等人[28]研究了區(qū)分含有金屬損失的凹坑及制管焊縫附近腐蝕的兩種新分類方法，前者采用一種強(qiáng)弱磁場(chǎng)強(qiáng)度相結(jié)合的手段連同一種信號(hào)分析的新方法，優(yōu)先識(shí)別出威脅最大的溝槽信號(hào)；后者使用軸向磁場(chǎng)信號(hào)以及螺旋磁場(chǎng)信號(hào)，優(yōu)先探測(cè)任何狹長(zhǎng)的金屬損失。

同時(shí)包含凹坑和裂紋的缺陷（通常被稱作凹坑-裂紋缺陷），可能會(huì)導(dǎo)致管壁的撕裂或泄漏。Ghaednia等人[29]對(duì)直徑為30 in（1in=25.4 mm）、直徑厚度比為90的X70級(jí)鋼管，開(kāi)展了全尺寸試驗(yàn)和有限元分析，研究發(fā)現(xiàn)裂紋深度達(dá)到75%壁厚的凹坑-裂紋缺陷能降低管道的承壓能力達(dá)54%。

3 裂紋缺陷檢測(cè)與評(píng)價(jià)

3.1 裂紋擴(kuò)展分析

一般來(lái)說(shuō)，近中性pH值環(huán)境下95%以上的管道裂紋為無(wú)害，只有大約1%的裂紋會(huì)威脅到管線鋼的完整性。阿爾伯塔大學(xué)聯(lián)合多家加拿大管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)開(kāi)發(fā)出一個(gè)名為Pipe-Online的軟件[30]，用于預(yù)測(cè)在接近中性pH值環(huán)境下，承受應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和腐蝕疲勞管道的裂紋擴(kuò)展及剩余服役壽命，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際服役壽命相差無(wú)幾，而現(xiàn)有的其他方法則較為保守；對(duì)近中性pH值環(huán)境下應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的裂紋擴(kuò)展機(jī)理的研究結(jié)果表明，只有當(dāng)所有最惡劣的條件對(duì)裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展產(chǎn)生影響時(shí)，在20～30年的管道使用壽命中，才可能發(fā)生因應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂而導(dǎo)致的過(guò)早破裂。Zhao等人[31]將SCADA記錄的壓力波動(dòng)數(shù)據(jù)輸入Pipe-Online，對(duì)各種壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，記錄對(duì)裂紋擴(kuò)展有貢獻(xiàn)的壓力波動(dòng)事件捕獲的場(chǎng)景；提供壓力記錄數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，以預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展和剩余服役壽命預(yù)測(cè)。

Semiga等人[32]開(kāi)展了天然氣管道疲勞評(píng)估，通過(guò)使用壓力的頻譜嚴(yán)重程度指標(biāo)（SSI） 和疲勞易感性表格，來(lái)預(yù)測(cè)可能存在疲勞損傷累積風(fēng)險(xiǎn)的管段以及哪些條件下疲勞對(duì)于管段來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。

環(huán)向開(kāi)裂常發(fā)生在環(huán)向焊縫和/或局部應(yīng)力應(yīng)變集中的位置，一般是由于管道運(yùn)動(dòng)造成，絕大部分發(fā)生在山區(qū)。Brimacombe等[33]研究了環(huán)向裂紋探測(cè)存在的挑戰(zhàn)，通過(guò)內(nèi)檢測(cè)查找環(huán)向開(kāi)裂威脅，詳細(xì)分析了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果和內(nèi)檢測(cè)結(jié)果，給出解決方案。

當(dāng)交變載荷作用于存在類裂紋缺陷的管道上時(shí)，遠(yuǎn)高于最大運(yùn)行壓力（MOP）的試驗(yàn)壓力會(huì)引起缺陷尖端的塑性變形，疲勞裂紋擴(kuò)展率大為延緩，管道壽命得以延長(zhǎng)，此即疲勞遲滯效應(yīng)。Anderson等人[34]用有限元方法模擬了水壓試驗(yàn)對(duì)后續(xù)疲勞裂紋擴(kuò)展的影響，量化疲勞遲滯在水壓試驗(yàn)后的有益效果。

當(dāng)兩條裂紋距離較近時(shí)可能會(huì)相互影響，即使壓力遠(yuǎn)小于單個(gè)裂紋的失效壓力，管道也可能發(fā)生泄漏或撕裂?，F(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供了可能相互影響的裂紋缺陷的指導(dǎo)準(zhǔn)則，但在某些情況下過(guò)于保守。Scott[35]研究了裂紋的相互影響，對(duì)存在真實(shí)缺陷和模擬缺陷的管段開(kāi)展水壓試驗(yàn)。Li等人[36]對(duì)公開(kāi)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于線性缺陷相互影響的規(guī)則和模型進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)對(duì)識(shí)別未來(lái)潛在缺陷發(fā)展區(qū)域的研究進(jìn)行了綜述。?

3.2 裂紋探測(cè)內(nèi)檢測(cè)器的性能和驗(yàn)證

目前管道裂紋檢測(cè)技術(shù)主要是超聲波(UT)和電磁超聲技術(shù)(EMAT)。因無(wú)需在管道內(nèi)引入液體耦合劑，EMAT成為天然氣管道裂紋檢測(cè)的首選。Tomar等[37]介紹了EMAT內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)SCC進(jìn)行檢測(cè)的性能評(píng)估分級(jí)的過(guò)程，建立分級(jí)規(guī)范中檢出率(POD)和識(shí)別率（POI）的目標(biāo)值，評(píng)價(jià)了長(zhǎng)度和深度的分級(jí)效果。Hryciuk等[38]應(yīng)用水壓試驗(yàn)和EMAT內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)天然氣管道SCC進(jìn)行完整性管理，探討了EMAT內(nèi)檢測(cè)器對(duì)SCC缺陷檢測(cè)和分級(jí)的能力，最后，利用API 579方法對(duì)SCC的嚴(yán)重程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并分析了利用該評(píng)價(jià)結(jié)果確定內(nèi)檢測(cè)器能檢測(cè)到的SCC缺陷臨界尺寸的可行性。Torres等人[39]研究EMAT在檢測(cè)和表征液體管道裂紋相關(guān)特征能力方面的性能，并與現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，以評(píng)價(jià)EMAT的技術(shù)性能。Palmer等人[40]研究了基于重復(fù)EMAT內(nèi)檢測(cè)來(lái)識(shí)別裂紋擴(kuò)展萌生的方法，討論了對(duì)識(shí)別出的SCC的完整性管理的做法，并列舉了未來(lái)可能的改進(jìn)措施。

內(nèi)檢測(cè)結(jié)果所提供的信息可用于減少所需的開(kāi)挖和/或延長(zhǎng)再檢測(cè)的周期。如果缺陷長(zhǎng)度低于內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)的長(zhǎng)度閾值，會(huì)被內(nèi)檢測(cè)器忽略。Adianto等人[41]研究了內(nèi)檢測(cè)性能精度的提升在檢測(cè)管道軸向裂紋和金屬損失腐蝕方面發(fā)揮的作用，更精確的測(cè)量結(jié)果能使管道可靠性評(píng)估更準(zhǔn)確，Korol等人[42]研究一種獨(dú)特的超聲內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)屬性的識(shí)別分析方法，以管理電阻焊管道上短的類裂紋缺陷的泄漏威脅，比傳統(tǒng)的內(nèi)檢測(cè)分級(jí)方法識(shí)別出更嚴(yán)重的特征。Atto等人[43]研究了超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)對(duì)缺陷進(jìn)行連續(xù)深度分級(jí)的方法，并與傳統(tǒng)的深度分級(jí)方法進(jìn)行了比較；也討論了從檢測(cè)數(shù)據(jù)中提取裂紋深度剖面的方法，并給出了與現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行直接比較的例子。Mendoza等人[44]研究了剪切波超聲裂紋檢測(cè)器在檢測(cè)金屬損失相關(guān)裂紋時(shí)的性能，總結(jié)了利用剪切波超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)腐蝕缺陷上裂紋進(jìn)行管控的研究結(jié)果和啟示。

Chan等人[45]研究了如何使用多種內(nèi)檢測(cè)技術(shù)改進(jìn)管道完整性管理，發(fā)現(xiàn)使用具有硬點(diǎn)檢測(cè)能力的螺旋漏磁檢測(cè)，能檢測(cè)出不容易被超聲裂紋探測(cè)（USCD）及EMAT內(nèi)檢測(cè)器探測(cè)到的變形的線性特征。?

3.3 應(yīng)力腐蝕裂紋■

在高應(yīng)力嚴(yán)重腐蝕環(huán)境的運(yùn)行條件下，應(yīng)力腐蝕裂紋（SCC）一般發(fā)生于鋼級(jí)易受影響的管道上。評(píng)價(jià)方法主要有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂直接評(píng)價(jià)（SCCDA） 和ASME 31.8S標(biāo)準(zhǔn)。在評(píng)價(jià)過(guò)程中，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證結(jié)果來(lái)確認(rèn)管道是否存在SCC，然后現(xiàn)行推薦做法及標(biāo)準(zhǔn)中都沒(méi)有涉及到開(kāi)挖數(shù)量。Harper等人[46]研究了如何改進(jìn)ASME B31.8S中關(guān)于SCC缺陷先后處理順序，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，用邏輯回歸法識(shí)別了導(dǎo)致裂紋增加或減少的可能性的因素，繪制了存在SCC管道的易感位置。Alotaibi等人[47]研究了水壓試驗(yàn)對(duì)于緩解含有SCC管道的好處，為每個(gè)管道建立一組生存概率矩陣，預(yù)測(cè)出水壓試驗(yàn)中預(yù)期的失效數(shù)量和水壓試驗(yàn)后剩余的缺陷群；比較內(nèi)檢測(cè)和水壓試驗(yàn)這兩種評(píng)價(jià)方法，制定長(zhǎng)期減緩計(jì)劃。Desjardins等人[48]研究建立統(tǒng)計(jì)學(xué)上合理的、決定開(kāi)挖數(shù)量的流程，用于驗(yàn)證SCCDA方法的有效性以及確認(rèn)管道是否存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。?

4 緩解與修復(fù)

在管道側(cè)彎處的回填土，受溫度循環(huán)變化的影響可能會(huì)積累位移，從而導(dǎo)致管道棘輪效應(yīng)和可能的屈曲產(chǎn)生。Phillips等人[49]開(kāi)展了因管道循環(huán)側(cè)向變形而導(dǎo)致回填土遷移的緩化研究，得到循環(huán)側(cè)向載荷作用下管道周圍的泥沙回填土的遷移過(guò)程；利用土工合成材料和可壓縮材料進(jìn)行了幾種緩解技術(shù)的評(píng)估，以延緩和減少因管道位移循環(huán)而導(dǎo)致的土壤下降運(yùn)動(dòng)。

河流的沖刷可能導(dǎo)致河床和河岸遭受侵蝕，從而使得穿越管道或其他基礎(chǔ)設(shè)施承受諸如水壓、浮力、碎片撞擊或管道振動(dòng)和疲勞等威脅。Salas等[50]研究應(yīng)用河流修復(fù)和加強(qiáng)棲息地保護(hù)技術(shù)，替代傳統(tǒng)的混凝土或石材硬化技術(shù)保護(hù)暴露的管道，更具成本效益，當(dāng)然也要取決于具體的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，其中一個(gè)最關(guān)鍵的因素是暴露的管道相對(duì)于河流平灘高程的高度和走向。

機(jī)械損傷分為直接失效和延遲失效兩類。雖然預(yù)防措施有助于減少延遲失效的發(fā)生和直接失效的出現(xiàn)，但延遲失效主要通過(guò)內(nèi)檢測(cè)和及時(shí)的補(bǔ)救措施來(lái)減輕。Ma等[51]提出了基于風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)械損傷減輕措施，內(nèi)檢測(cè)完成后，采用失效概率、基于凹坑深度和疲勞壽命超越概率（POE）函數(shù)的決策、以及連續(xù)挖掘決策等三種方法來(lái)決定哪些凹坑需要開(kāi)挖。

壓力波動(dòng)是鋼管發(fā)生裂紋擴(kuò)展的一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，隨著相距泵站或壓氣站距離的不同，摩阻損失不同，從而在管道當(dāng)中產(chǎn)生的壓力波動(dòng)類型也不同。Tehinse等[52]研究采用一種新穎的序列載荷方法，控制接近中性pH值應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂環(huán)境下的鋼管道裂紋在低荷載與過(guò)載時(shí)的擴(kuò)展，應(yīng)用壓力波動(dòng)機(jī)理來(lái)管理鋼管道的完整性。

與傳統(tǒng)的金屬維修相比，利用專門(mén)的復(fù)合修復(fù)材料能夠?qū)κ褂脛傂越饘偬坠茈y以或不可能修復(fù)的受損傷管道和壓力容器進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，提高了對(duì)復(fù)雜形貌修復(fù)的能力同時(shí)減少了安裝時(shí)間；但應(yīng)用在高溫、浸入式環(huán)境時(shí)，其設(shè)計(jì)和性能也受到更嚴(yán)格的審查。Sheets等[53-54]對(duì)復(fù)合修復(fù)材料開(kāi)展了有限元分析及彎曲和壓縮的全尺寸高溫試驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)了一個(gè)修復(fù)系統(tǒng)排名競(jìng)爭(zhēng)程序，提高了全尺寸試驗(yàn)的效率，通過(guò)合理設(shè)計(jì)和安裝修復(fù)系統(tǒng)，能夠滿足高溫、惡劣服役條件的高強(qiáng)度要求。Alexander等[55]應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料對(duì)低頻電阻焊管直焊縫的平面缺陷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)過(guò)的試樣在壓力循環(huán)壽命方面有所改善，并顯著增加了爆裂承壓能力，在高壓循環(huán)和爆破試驗(yàn)過(guò)程中，裂紋既不成形也不擴(kuò)散。Mally等[56]對(duì)非透壁外部缺陷復(fù)合材料修復(fù)長(zhǎng)度進(jìn)行了有限元分析和試驗(yàn)驗(yàn)證研究，對(duì)ASME PCC標(biāo)準(zhǔn)中要求的最小修復(fù)長(zhǎng)度及較之短2 in的搭接長(zhǎng)度進(jìn)行了修復(fù)強(qiáng)度的比較。

5 結(jié)束語(yǔ)

管道完整性管理作為最先進(jìn)的管道安全管理模式被世界各國(guó)的管道管理者所認(rèn)可，并已逐漸成為世界各大管道公司普遍采取的管道安全管理模式。以完整性管理為核心的管道全過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理新模式，摒棄了落后的事故追究型傳統(tǒng)型管理思想，建立基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的事故超前預(yù)防型管理思想。展望未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)與管道行業(yè)的高度融合，將把管道完整性管理提升到一個(gè)智慧化管理的新階段，通過(guò)信息化手段大幅提升質(zhì)量、進(jìn)度、安全管控能力，實(shí)現(xiàn)管道的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理，為最終形成具有全面感知、自動(dòng)預(yù)判、智能優(yōu)化、自我調(diào)節(jié)，且安全高效運(yùn)行的智慧管網(wǎng)提供全方位技術(shù)支持。