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1、2023年9月27日,1,管道檢測與安全評價技術培訓,一、管道檢測與安全評價的意義二、管道缺陷檢測與安全評價的技術領域 三、管道檢測技術 四、管道適用性評價技術五、管道補強修復技術,2023年9月27日,2,一、管道檢測與安全評價的意義,油氣輸送管線:造價很高穿越地域廣闊涉及的地域類型復雜一旦發生爆破，就會造成人員傷亡環境污染 油氣輸送中斷 等嚴重事故 參見圖1.1 至圖1.4,2023年9月27日,3,圖1.1 茂名石化輸油管爆破搶險現場,2023年9月27日,4,圖1.2 美國某一天然氣管線爆破事故現場,2023年9月27日,5,圖1.3 地下輸油管線腐蝕破裂，大量原油泄漏情況,2023年2、9月27日,6,圖1.4 原油泄漏造成農田毀壞和環境污染情況,2023年9月27日,7,我國目前有油氣長輸管線3萬多公里，許多管線運行二三十年，接近使用壽命，進入事故多發期。如四川輸氣管網投產后，H2S含量偏高，加上材質和制造質量不佳，SSCC 破裂事故頻頻發生。如圖1.5和圖1.6所示。如早期管道的石油瀝青層，已達到壽命年限，涂層嚴重老化，圖1.7示出港滄線涂層破壞的情況,2023年9月27日,8,SSCC裂紋,SSCC裂紋,圖1.5 四川佛兩線管道解剖所得應力腐蝕裂紋示意圖,2023年9月27日,9,SSCC裂紋,圖1.6 佛兩線管道由于噘嘴在內焊趾造成的SSCC裂紋裂紋在內焊趾根部起裂,3、2023年9月27日,10,圖1.7 港滄輸氣管線典型現場測試結果,2023年9月27日,11,開展管道檢測與安全評價“盲目維護”“視情維護”減少事故發生率避免不必要和無計劃的維修和更換避免管線打壓試驗帶來的巨大花費,一、管道檢測與安全評價的意義,2023年9月27日,12,爆炸,斷裂,泄漏,過量變形,表面損傷、金屬損失,材料性能退化,物理爆炸：物理原因（溫度、內壓）使應力超過強度,化學爆炸：異?；瘜W反應使壓力急劇增加超過強度,脆性斷裂：應力腐蝕、氫致開裂、持久（蠕變）斷裂、低溫脆斷,韌性斷裂,疲勞斷裂：應力疲勞、應變疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、腐蝕疲勞、蠕變疲勞,密封泄漏：充裝過量（冒頂）,腐蝕4、穿孔、穿透的裂紋或冶金、焊接缺陷（滿足LBB條件）,過熱、過載引起的鼓脹、屈曲、伸長、凹坑（dent）,蠕變、亞穩定相的相變,電化學腐蝕：均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、沉積物下腐蝕、溶解氧腐蝕、堿腐蝕、硫化物腐蝕、氯化物腐蝕、硝酸鹽腐蝕,沖蝕、氣蝕,高溫氧化腐蝕、金屬塵化或災難性滲碳腐蝕、環烷酸腐蝕,外來機械損傷：油氣長輸管線的主要失效模式之一,輻照損傷脆化,金相組織變化：珠光體球化、石墨化、S相析出長大、滲碳、滲氮、脫碳、回火脆化與敏化、應變時效,氫致損傷：氫腐蝕、氫脆（微裂紋）、堆焊層的氫致剝離,管道主要失效模式,2023年9月27日,13,管道主要失效原因,責任事故,設備事故,違5、反操作規程、介質超標,缺少現代安全管理體系、職工素質教育差,嚴重損傷未能被檢測發現或缺少科學評價、不合理的維修工藝（尤其是停工狀態的維修）,設計缺陷、選材不當、用材錯誤、存在超標焊接或冶金缺陷、焊接或組裝殘余應力過大,外來機械損傷、地震、洪水、雷擊、大風等,運行操作：,檢測維修：,設計制造：,外來損傷：,管理：,2023年9月27日,14,管道檢測與安全評價的技術范疇,缺陷檢測,安全評價,缺陷內檢測技術,缺陷外檢測技術,剩余強度評價,剩余壽命預測,智能內檢測技術,防腐層檢測+挖坑,基于風險的檢測,回答現有設備是否安全、是否需要更換、安全裕度如何,回答設備能用多久、確定檢測周期與檢修周期,圖2.6、1 檢測與評價技術領域及其關系圖,管道風險評估,為檢測方案制定提供決策依據,二、管道檢測與安全評價的技術領域,2023年9月27日,15,三、管道檢測技術,管道外檢測技術PCM技術CIPS技術DCVG技術開挖+超聲、磁粉、射線等無損檢測手段,2023年9月27日,16,防腐層檢測與評價,采用多頻管中電流法（PCM）、皮爾遜法等測量方法和防腐層檢漏儀（RD-PCM）等儀器對埋地管道外防腐層進行在線不開挖地面檢測。對開挖坑點管道外防腐層進行外觀狀況、測厚、剝離強度、電火花檢漏等項目檢測，復核其性能是否達到標準。通過專用評價軟件對防腐層性能進行評價，確定防腐層的絕緣電阻Rg，再通過Rg的大小來判斷防7、腐層的老化程度(或性能狀態)及破損點位置,2023年9月27日,17,圖3.1 PCM 在線檢測技術,2023年9月27日,18,圖3.2 CIPS/DCVG在線檢測儀器,2023年9月27日,19,焊縫檢測與評價（抽查）,環焊縫質量抽查，確定焊縫缺陷尺寸采用X射線探傷儀未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷；超聲波探傷儀檢測裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等。環焊縫部位溝腐蝕檢測 采用X射線探傷儀或超聲波C掃描方法進行檢測焊縫腐蝕后體積性缺陷,2023年9月27日,20,管道內檢測技術（Smart Pig 技術）檢測器類型 通徑檢測器（主要檢測變形）金屬損失檢測器 類裂紋缺陷檢測器 HIC及分層檢8、測器 基本原理 漏磁原理 超聲原理 射線原理 電磁聲納原理 渦流原理,2023年9月27日,21,2023年9月27日,22,MFL通徑檢測,超聲裂紋檢測器,超聲壁厚檢測器,金屬損失和變形檢測,Tuboscope Varco 的內檢測技術,2023年9月27日,23,檢測技術發展趨勢高分辨率最小缺陷深度10t軸向定位精度1240800個霍爾傳感器速度為0.57m/s尺寸規格系列化(456 inch)針對不同類型的缺陷開發系列化檢測器缺陷三維尺寸,2023年9月27日,24,四、管道適用性評價技術,國際上現有標準和規范 自上世紀70年代開始管道適用性（Fitness-for-service)評價9、技術的研究以來，經過30多年的發展，已形成許多標準和規范:ASME B31G（1991）、CAN/CSA-Z184-M86（1986）、CEGB R6（1988、2002）、BSI PD6493（1991)、DNV F101（1999）、BSI 7910（1999）、API 579（2000）。國內規范：SY/T6477(2000)Q/CNPC34（2000）,2023年9月27日,25,盡管國際上對管道安全評估已經開展了大量研究，但目前仍然是管道工程研究的熱點問題1998年、2000年、2002年三次ASME國際管線會議都設有管道安全評價的分會場對1995年到2000年美國石油文摘的檢索結果10、表明，管道安全評價在國際上研究仍然呈方興未艾之勢，見圖4.1,2023年9月27日,26,圖4.1 管道安全評價論文美國石油文摘檢索結果,2023年9月27日,27,國際上的研究趨勢主要集中在兩個方面繼續對國際上已經建立管道安全評估方法的過分保守性和欠可靠性進行改進對目前尚無評定規范和標準，而工程上又急需解決的問題進行研究，如：第三方損傷的評價方法管道地質災害的評價方法管道防腐層的有效保護壽命預測方法管道剩余壽命預測方法，如損傷壽命和腐蝕壽命,2023年9月27日,28,TGRC在管道安全評估領域的研究成果 九.五期間，我們在對管道安全評估技術科學分類的基礎上，開展了系統的研究工作，建立了含缺11、陷管道剩余強度評價方法含缺陷管道剩余壽命預測方法管道完整性評價的集成軟件并在近20條管線上得到了成功應用,2023年9月27日,29,實物評價的半經驗公式,有限元分析,基于力學理論的解析分析,剩余強度評價,體積型腐蝕缺陷,平面型缺陷,彌散損傷型缺陷,幾何不完整型缺陷,主要是腐蝕造成的槽、片狀缺陷,應力腐蝕缺陷氫致宏觀裂紋焊縫裂紋缺陷疲勞裂紋,氫鼓泡和氫致誘發微裂紋、點腐蝕缺陷,噘嘴與錯邊不圓度厚度不均勻,評價方法,評價對象,評價對象特征,克烏復線阿塞線,佛兩線采石線鞍大線,威成線,克烏復線佛兩線達臥線,典型管線,機械損傷缺陷,凹坑、溝槽整體變形,格薩線達臥線,概率和可靠性理論,圖4.2 剩余強12、度評價的對象類型及評價方法,2023年9月27日,30,用現場監測積累數據進行預測,用實驗室試驗數據進行預測,剩余壽命預測,體積型缺陷,平面型缺陷,彌散損傷型缺陷,沖刷腐蝕,點蝕及槽狀局部腐蝕,片狀腐蝕,應力腐蝕裂紋,氫致宏觀裂紋,焊縫裂紋缺陷,疲勞裂紋,疲勞萌生微裂紋,氫鼓泡氫致微裂紋,蠕變損傷微裂紋,沖刷速率,局部腐蝕速率,全面腐蝕速率,亞臨界裂紋擴展速率,損傷速率,預測數據,缺陷類型,缺陷名稱,速率類型,腐蝕速率,圖4.3 剩余壽命預測缺陷種類劃分,數據庫,提供基礎數據,剩余強度評價,臨界缺陷尺寸,剩余壽命預測,能否安全運行、可靠度,確定檢測、維修周期,數據測試、收集和錄入,數據檢索、填13、加,圖4.4 適用性評價集成軟件的功能和結構框圖,安全評價案例庫,32,2023年9月27日,2023年9月27日,33,2023年9月27日,34,圖2.5 評價軟件典型界面2,2023年9月27日,35,2023年9月27日,36,2023年9月27日,37,2023年9月27日,38,2023年9月27日,39,2023年9月27日,40,2023年9月27日,41,2023年9月27日,42,2023年9月27日,43,五、腐蝕管道補強修復技術,復合材料補強修復技術由復合材料片材/改性膠粘劑/缺陷填充材料三組分組成的一種新型含缺陷管道補強修復技術及產品與鋼管具有良好匹配性能具有高的抗拉14、強度玻璃纖維增強片材最高拉伸強度可達903MPa碳纖維增強片材最高拉伸強度可達1400MPa以上具有優良的施工工藝性能，可在050溫度范圍內施工操作簡單、方便、快捷，主要補強材料可在室內加工完成，現場施工無需專用機具，手工操作即可，無需焊接補強施工可以帶壓進行，不影響管道的運行,2023年9月27日,44,現場應用2002年11月2日，對靖西天然氣輸送管線在不停輸情況下進行了補強修復，共補強修復三處，11個缺陷，至目前為止，補強修復部位運行正?，F場施工溫度為215，三處缺陷補強施工時間為平均40分鐘/處，補強層表干時間為1小時，完全固化時間約2天就靖西線而言，采用換管修復缺陷，修復一處缺陷總費用超過20萬元，僅管中天然氣放空損失就達到13萬元以上。而采用纖維增強復合片材技術補強修復含缺陷天然氣管道，每修復一處缺陷所支付費用不足換管修復費用的十分之一，經濟效益十分可觀。,2023年9月27日,45,不同規格纏繞帶卷片樣品,2023年9月27日,46,靖西天然氣輸氣管線現場補強施工,