
表2 9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的腐蝕損傷類別Tab. 2 Category of corrosion damage for 9 most serious metal loss anomalies
2.2.2 管道點(diǎn)蝕速度和穿孔年限估算
根據(jù)SYT 0087-1995《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法標(biāo)準(zhǔn)》,對9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)的點(diǎn)蝕速度和穿孔年限進(jìn)行評價(jià),結(jié)果見表3。
由表3可見:9個(gè)最嚴(yán)重的金屬損失異常點(diǎn)中,壁厚損失為25%~42%的5個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的點(diǎn)蝕速率為0.611~2.438 mm/a,屬于“重”度點(diǎn)蝕,其點(diǎn)蝕穿孔年限為3~5 a;壁厚損失為23%~21%的4個(gè)嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的點(diǎn)蝕速率為0.305~0.611 mm/a,屬于“中”度點(diǎn)蝕,其點(diǎn)蝕穿孔年限為5~10 a。

表3 9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的點(diǎn)蝕速度和穿孔年限估算結(jié)果Tab. 3 Estimation results of corrosion velocity and perforation period for 9 most serious metal loss anomalies
3 最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的壓力分析計(jì)算
3.1 最小失效壓力
實(shí)際工作時(shí)的管道處于復(fù)雜受力狀態(tài),其破裂機(jī)理也十分復(fù)雜。管道失效壓力是描述在極限受力狀態(tài)或極限應(yīng)變狀態(tài)下,管道因?yàn)閴毫^大而喪失正常工作能力,發(fā)生強(qiáng)度失效(如破裂)、剛度失效(如彈性變形)、穩(wěn)定失效(如穿孔或泄漏)等現(xiàn)象的強(qiáng)度理論或失效判據(jù)。在這些判據(jù)里,規(guī)定的表征達(dá)到管道失效時(shí)的壓力,就稱為管道失效壓力。
按照SYT 0087.2-2012《埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評價(jià)》,σs取448 MPa,t取7.90 mm,D取508 mm,按照腐蝕深度d對該原油管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)中9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的最小失效壓力Pd進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表4。

表4 9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的最小失效壓力Tab. 4 Minimum failure pressure for 9 most serious metal loss anomalies
3.2 最大安全工作壓力
按照SYT 6151-2009《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價(jià)方法》第A.3條中的計(jì)算方法,MAOP(最大允許工作壓力)取值9.80 MPa,t取值7.90 mm,按照腐蝕深度d對該原油管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)中9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)所能承受的最大安全工作壓力(Psw)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表5。

表5 9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的最大安全工作壓力計(jì)算表Tab. 5 Maximum safety work pressure calculating table for 9 most serious metal loss anomalies
3.3 最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)的模擬運(yùn)行壓力推算
根據(jù)達(dá)西公式和管道全線沿程的摩阻計(jì)算管道水力摩阻系數(shù)λ,見式(1)和(2)。

(1)

(2)
式中:Z1-Z2為管道沿線起點(diǎn)和終點(diǎn)高程差(本工作中取196 480 m),ΔP為管道起終點(diǎn)間壓降(本工作中取3.35 MPa),ρ為原油密度(本工作中取 875.5 kg/m3),g為重力加速度,L為起點(diǎn)和終點(diǎn)距離(本工作中取-63 m),v為管道流速(本工作中取 493 m3/h),d為管道內(nèi)徑(本工作中取 0.492 2 m),λ為水力摩阻系數(shù)。結(jié)合目前管道密閉輸油工況,忽略站場之間的摩阻,計(jì)算得到水力摩阻系數(shù)為0.030 999 349。
根據(jù)雷諾數(shù)Re,目前管道水力工況為水力光滑區(qū),通過迭代,當(dāng)管道流量為662 m3/h(500萬 t/a,10萬桶/d)時(shí),管道水力工況仍為水力光滑區(qū)。
通過水力摩阻系數(shù)λ,首先設(shè)定末站進(jìn)站壓力為0.5 MPa,然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出異常點(diǎn)至末站壓降,最后反推計(jì)算出500萬t/a工況下9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常的模擬運(yùn)行壓力,見表6。

表6 9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的模擬運(yùn)行壓力Tab. 6 Simulated operating pressure calculating table for 9 most serious metal loss anomalies
3.4 最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的壓力
管道失效壓力描述的是管道發(fā)生失效現(xiàn)象的極限值,故管道失效壓力大于管道設(shè)計(jì)壓力屬于正常情況。選取9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)所能承受的最小失效壓力,作為管道失效壓力參考數(shù)據(jù)。
現(xiàn)階段實(shí)際運(yùn)行工況下的管道流量為350萬t/a,參考該原油管道實(shí)際運(yùn)行壓力,計(jì)算出的9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)所能承受的最大安全工作壓力,可以作為該原油管道日常運(yùn)行過程中各金屬損失點(diǎn)的壓力監(jiān)測和控制上限值。
按照首站至末站方向進(jìn)行距離排序,將該原油管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)中9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)的高程、模擬運(yùn)行壓力、最大安全工作壓力及兩個(gè)壓力差值列于表7。

表7 9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的壓力差值Tab. 7 Pressure difference for 9 most serious metal loss anomalies
計(jì)算得出,500萬t/a輸油工況下,該原油管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)中9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)的最大模擬運(yùn)行壓力為6.06 MPa。由于142.608 km金屬異常點(diǎn)處于管段翻越段,因此壓力會出現(xiàn)升高,屬于正常情況。5個(gè)重度金屬損失點(diǎn)中,檢測里程為142.608 km和174.319 km的2個(gè)異常點(diǎn)處于整個(gè)管道的后半段;檢測里程為10.561,24.715,63.207 km的3個(gè)異常點(diǎn)處于整個(gè)管道的前半段。在500萬t/a輸油工況下,管道后半段2個(gè)異常點(diǎn)的模擬運(yùn)行壓力遠(yuǎn)低于估算的最大安全工作壓力;管道前半段3個(gè)異常點(diǎn)的模擬運(yùn)行壓力接近估算的最大安全工作壓力,其壓力差值小于2 MPa。
4 漏磁內(nèi)檢測準(zhǔn)確度的驗(yàn)證
4.1 開挖驗(yàn)證點(diǎn)的選取
為驗(yàn)證該原油管道本次內(nèi)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確程度和檢測的置信水平,并對比開挖驗(yàn)證實(shí)際結(jié)果與漏磁內(nèi)檢測實(shí)際結(jié)果的符合度。綜合考慮檢測公司提供的內(nèi)檢測最終報(bào)告數(shù)據(jù)、9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失異常點(diǎn)的腐蝕評價(jià)和壓力分析等相關(guān)內(nèi)容,最終確定6個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)、1個(gè)最嚴(yán)重凹型形變和1個(gè)腐蝕團(tuán)簇共計(jì)8個(gè)內(nèi)檢測異常點(diǎn)作為缺陷點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證,選取的8個(gè)缺陷異常點(diǎn)的詳細(xì)信息見表8。

表8 8個(gè)實(shí)施開挖驗(yàn)證的異常點(diǎn)的詳細(xì)信息Tab. 8 Statistical table of 8 anomalies performed excavation verification
4.2 開挖驗(yàn)證點(diǎn)的定位
本次原油管道漏磁內(nèi)檢測作業(yè)中,對管道腐蝕缺陷定位所使用的是里程輪法和地面標(biāo)記系統(tǒng)。漏磁內(nèi)檢測使用反滲透高分辨率機(jī)械檢測球,檢測球的電子系統(tǒng)將發(fā)球筒后第一個(gè)閥門的中心距離作為主要參考,并設(shè)置為0.000 m。當(dāng)檢測球在原油管道中行進(jìn)時(shí),由檢測球自帶的里程輪對管道檢測里程、上下游焊縫間距和缺陷異常點(diǎn)位置等信息進(jìn)行標(biāo)定和記錄。
地面標(biāo)記系統(tǒng)是管道檢測球的配套設(shè)備之一,也是檢測器提高定位精度的重要輔助設(shè)備,它能夠檢測并記錄檢測球通過設(shè)標(biāo)參考點(diǎn)的時(shí)間。檢測前,采用基準(zhǔn)時(shí)鐘設(shè)備對檢測球的電子系統(tǒng)和地面標(biāo)記器進(jìn)行時(shí)間和GPS同步。檢測球在管道內(nèi)運(yùn)行時(shí),電子系統(tǒng)記錄下管道上所有的特征信息(閥門、三通、彎頭、缺陷等)及其里程位置,結(jié)合放置在陰極保護(hù)測試樁處的地面標(biāo)記器所記錄的時(shí)間和GPS數(shù)據(jù),檢測結(jié)果可以得出缺陷異常點(diǎn)到最近陰極保護(hù)測試樁的相對距離,對缺陷異常點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位[3]。
里程輪法定位的管道距離信息可能會受管道內(nèi)污垢或滑動因素的影響,使測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差,因此,在開始漏磁內(nèi)檢測作業(yè)前,對該管道多次發(fā)射了機(jī)械清管球清理管壁結(jié)蠟和污垢。地面標(biāo)記系統(tǒng)測量需遵循地形,區(qū)段地形不一定與管道平行可能存在起伏,不能反映管道彎曲幾何形狀。采用地面標(biāo)記系統(tǒng)可以將檢測管道分段為1 km左右進(jìn)行位置標(biāo)記,以減少里程輪定位的累積誤差[4]。
4.3 開挖驗(yàn)證過程
根據(jù)最終選取的8個(gè)缺陷異常點(diǎn)的詳細(xì)數(shù)據(jù),在管道沿線找到參考的陰極保護(hù)測試樁,以陰極保護(hù)測試樁為參考依據(jù),首先利用GPS定位儀測量缺陷異常數(shù)據(jù)表中給出的管道上下游環(huán)形焊縫位置,得到目標(biāo)缺陷異常點(diǎn)上下游環(huán)形焊縫的地表位置。然后根據(jù)缺陷異常點(diǎn)的環(huán)形焊縫與上下游螺旋焊縫交點(diǎn)的時(shí)鐘位置,判斷開挖的環(huán)形焊縫位置是否正確。
開挖過程中,由于管道上方涂層堅(jiān)硬,先在土層表面開挖淺坑進(jìn)行注水,然后待土層濕潤后進(jìn)行人工開挖。開挖確定了環(huán)形焊縫位置,根據(jù)環(huán)形焊縫位置測量出缺陷點(diǎn)所在的環(huán)形軸距離,即可確定缺陷點(diǎn)的大體位置。開挖找到缺陷點(diǎn)大體位置,對缺陷點(diǎn)處的防腐蝕層進(jìn)行剝離,然后由檢測人員檢測驗(yàn)證缺陷點(diǎn)位置,并測量缺陷點(diǎn)處的管壁剩余厚度。
4.4 開挖驗(yàn)證結(jié)果
對內(nèi)檢測選取的8個(gè)缺陷異常點(diǎn)定位開挖,找到缺陷點(diǎn)明顯位置后,檢測人員綜合使用測厚儀、電火花檢漏儀和磁粉探傷儀等檢測設(shè)備,對開挖處的管道缺陷異常點(diǎn)進(jìn)行檢測和驗(yàn)證。其中剩余厚度為漏磁內(nèi)檢測值,實(shí)測厚度為超聲波測厚儀實(shí)測值,相對誤差為漏磁內(nèi)檢測值與超聲波測厚儀實(shí)測值的相對誤差,具體的開挖驗(yàn)證檢測數(shù)據(jù)和漏磁內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比信息見表9。
由表9可見:選取的8個(gè)漏磁內(nèi)檢測缺陷異常點(diǎn)中,除142.608 km處的缺陷點(diǎn)外,其他7個(gè)點(diǎn)的開挖驗(yàn)證測量管壁剩余厚度與漏磁內(nèi)檢測設(shè)備檢測的相對誤差較小,為-5.31%~13.16%。

表9 8個(gè)實(shí)施開挖驗(yàn)證異常點(diǎn)的管壁剩余厚度Tab. 9 Pipeline residual thickness measuring table of 8 anomalies performed excavation verification
對于壁厚損失為40%缺陷異常點(diǎn),檢測公司在進(jìn)行漏磁內(nèi)檢測時(shí),測量方向由管壁內(nèi)向管壁外,測量剩余壁厚為4.74 mm。而開挖驗(yàn)證后使用測厚儀測量,測量方向由管壁外向管壁內(nèi),測量結(jié)果為2.56 mm,兩者偏差較大。此處管壁應(yīng)該存在出廠質(zhì)量問題,在管材鑄造的時(shí)候可能有氣泡混入,管壁存在中空區(qū)域。漏磁內(nèi)檢測設(shè)備的測量信號在遇到管壁中空區(qū)域即停止測量,所以管壁內(nèi)外測量顯示壁厚不同,且內(nèi)外單獨(dú)測量的管道壁厚均沒有反映此處的真實(shí)壁厚。
5 缺陷修復(fù)
對于開挖驗(yàn)證后的8處內(nèi)檢測缺陷點(diǎn),全部焊接B型套袖進(jìn)行修復(fù)。焊接采用合格堿性焊條,焊條加熱烘干320 ℃保溫0.5 h,母材預(yù)熱至100~120 ℃,焊接區(qū)域壁厚測量,焊接方法、焊接極性、焊接工藝都按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。焊接作業(yè)中先焊接B型套袖兩條橫向焊縫,然后焊接下游側(cè)環(huán)形焊縫,最后焊接上游側(cè)環(huán)形焊縫。焊接完成后進(jìn)行焊縫外觀檢查,如果無明顯的咬邊,無夾渣,無氣孔,無熱裂紋,焊道寬度和高度均勻,外觀檢查合格。同時(shí),對B型套袖兩條環(huán)形焊縫和兩條橫向焊縫做磁粉探傷檢測,檢測合格后方可視為B型套袖焊接合格。
B型套袖焊接完成后,對剝離防腐蝕層后裸露的金屬管道、B型套袖和焊縫周圍破損的防腐蝕層纏裹輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮纏繞帶。防腐蝕層修復(fù)完成后,再對開挖區(qū)域的管段防腐蝕層進(jìn)行電火花檢測,如果發(fā)現(xiàn)有防腐蝕層破損點(diǎn),再用輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮纏繞帶進(jìn)行修復(fù),并重新進(jìn)行電火花檢測確認(rèn)無問題后,即可開展管道回填作業(yè)。在回填的過程中澆水,便于回填土下沉。
6 結(jié)論
針對原油管道漏磁內(nèi)檢測作業(yè)中檢測出的眾多異常點(diǎn)信息,主要依據(jù)國內(nèi)管道內(nèi)腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對內(nèi)檢測結(jié)果中的9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)進(jìn)行了腐蝕評價(jià)和壓力分析,為需要維修的異常點(diǎn)選取提供了理論篩選依據(jù);同時(shí)介紹了8個(gè)漏磁內(nèi)檢測缺陷異常點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證和缺陷修復(fù)的過程。通過分析漏磁內(nèi)檢測結(jié)果和開挖驗(yàn)證結(jié)果,可以得到如下結(jié)論:
(1) 參考該原油管道異常點(diǎn)350萬t/a工況下的實(shí)際運(yùn)行壓力和500萬t/a工況下的模擬運(yùn)行壓力,應(yīng)該選9個(gè)最嚴(yán)重金屬損失點(diǎn)的最大安全工作壓力,作為該原油管道日常運(yùn)行過程中各金屬損失點(diǎn)的壓力監(jiān)測值和控制上限值。
(2) 該原油管道漏磁內(nèi)檢測結(jié)果中篩選出的8個(gè)缺陷修復(fù)點(diǎn),經(jīng)過開挖驗(yàn)證工作后,除142.608 km處的缺陷點(diǎn)外,其他7個(gè)缺陷異常點(diǎn)的開挖驗(yàn)證結(jié)果與漏磁內(nèi)檢測結(jié)果的剩余壁厚相對誤差較小,為-5.31%~10.04%。
(3) 對于存在中空區(qū)域的管壁,本次漏磁內(nèi)檢測過程中反滲透高分辨率機(jī)械檢測球測量的管壁剩余厚度和開挖驗(yàn)證過程中測厚儀測量的管壁剩余厚度差值較大。漏磁內(nèi)檢測設(shè)備測量方向由管壁內(nèi)向管壁外,測厚儀測量方向由管壁外向管壁內(nèi),兩種測量設(shè)備發(fā)射的測量信號在遇到管壁中空區(qū)域都停止測量。所以兩種設(shè)備測量顯示的管壁厚度不同,且均沒有測量出此缺陷異常點(diǎn)處的真實(shí)管壁厚度。
(4) 在本次原油管道漏磁內(nèi)檢測作業(yè)中,除存在中空區(qū)域的管壁缺陷異常點(diǎn)外,該反滲透高分辨率機(jī)械檢測球?qū)υ凸艿拦鼙趦?nèi)側(cè)和外側(cè)缺陷異常點(diǎn)的測量置信水平和準(zhǔn)確程度都較高。