管道完整性管理.ppt

油气管道完整性管理及其关键技术一、一、油气管道失效事故、失效模式和失效原因油气管道失效事故、失效模式和失效原因二、油气管道完整性管理的概念、内涵和意义二、油气管道完整性管理的概念、内涵和意义三、油气管道风险评价三、油气管道风险评价四、基于风险的管道检测四、基于风险的管道检测五、油气管道适用性评价五、油气管道适用性评价六、管道补强修复技术六、管道补强修复技术七、七、GISGIS技术和数据库技术和数据库八、管道地震和地质灾害评估技术八、管道地震和地质灾害评估技术提纲提纲一、油气管道失效事故、失效原因和失效模式一、油气管道失效事故、失效原因和失效模式1、油气管道失效事故l 管道运输是石油、天然气最经济、合理的运输方式l 由于石油、天然气的易燃、易爆性和具有毒性等特点，管道的安全运行非常重要l 油气输送管道长时间服役后，会因外部干扰、腐蚀、管材和施工质量等原因发生失效事故，导致火灾、爆炸、中毒，造成重大经济损失、人员伤亡和环境污染1、油气管道失效事故• 20世纪50年代以来，随着油气管道的大量铺设，管道事故屡有发生，并造成灾难性后果• 迄今为止，破裂裂缝最长的管道失效事故是1960年美国的Trans-Western公司的一起输气管道脆性破裂事故，这条管道管径30in，钢级X56，裂缝长度达13km。

• 损失最惨重的是1989年前苏联乌拉尔山隧道附近的输气管道爆炸事故，烧毁两列列车，伤亡1024人（其中约800人死亡）1994年美国新泽西州发生 了天然气管道破裂泄漏着火 事故，400－500英尺高的 火焰毁坏了8 幢建筑破裂 处曾发生过机械损伤，壁厚 减薄1999年美国华盛顿发生一起汽油管道破裂事故，25万加仑汽油流 入河中并着火燃烧，导致3人死亡破裂是从有机械损伤处开始的 内检测曾检测出此缺陷，但未及时处理2000年8月美国新墨西哥州发生天然气管道爆炸着火事故，造成12 人死亡这段管线于1950年建造，在破裂处可以发现明显的内腐蚀 缺陷2004年7月30日，比利时布鲁塞尔以南40公 里处发生一起天然气管道爆炸着火事故，造 成21人伤亡管道钢级为X70，管径36”, 壁厚10mm系第三方损伤引起损伤尺寸 为长280mm、深7mm，损伤处剩余壁厚 3mm2004年陕京线榆林 神木附近发生天然气 泄漏，系第三方损坏 ,幸无人员伤亡.茂名石化输油管爆破抢险现场茂名石化输油管爆破抢险现场国内某输油管线腐蚀破裂，大量原油泄漏情况国内某输油管线腐蚀破裂，大量原油泄漏情况原油泄漏造成农田毁坏和环境污染情况原油泄漏造成农田毁坏和环境污染情况2、油气管道失效模式• 失效模式是失效的表现形式。

• 油气管道的失效模式主要包括：断裂、变形、表面损伤三大类 油气 管道 主要 失效 模式断裂过量变形表面损伤脆性断裂：低温脆断、应力腐蚀、氢致开裂韧性断裂疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、腐蚀疲劳等腐蚀：内腐蚀、外腐蚀机械损伤：表面划伤、凹坑等过载引起的鼓胀、屈曲、伸长，外力引起的压扁、弯曲等陕京管线某陕京管线某 处山洪爆发处山洪爆发 导致管道悬导致管道悬 空，造成屈空，造成屈 曲和振动疲曲和振动疲 劳破坏劳破坏2、油气管道失效原因 油气管道失效原因外 部 干 扰腐 蚀设 备 和 操 作焊接 和材 料缺 陷其 他 原 因第三方 造成的 人为机 械损伤地面交 通因素 引起的 疲劳失 效自然灾害（ 如地震、地 质灾害）引 起的管道损 坏外 腐 蚀内 腐 蚀焊 接 缺 陷材 料 缺 陷设 备 故 障违 章 操 作混 合 型 原 因未 知 原 因埋弧焊：未熔 合、未焊透、 气孔和夹渣、 焊接裂纹电阻焊：沟状 裂纹、焊缝夹 杂、冷焊、接 触烧伤、过大 毛刺现场环焊缝： 未焊透、未熔 合、气孔和夹 渣、焊接裂纹第一是外部因素52%施工、材料缺陷是第二位原 因（19.13%)第三是腐蚀 13.91%地基移动、误操作和其它 原因分居第4～6位欧洲天然气管道不同事故比例图美国运输部美国运输部1996-1999 1996-1999 事故原因统计事故原因统计 (%)(%)施工和材缺陷39%腐蚀43%不良环境影响14% 人为破坏及其它 4%国内90年代前天然气管道事故分类图国内国内9090年代以前输气管道不同事故比例图年代以前输气管道不同事故比例图国内外不同国家 事故原因统计外力损伤腐蚀材料及施工缺陷尽管事故原因在不同国家所占比例不同，即引起事故的原因排 序不同，但主要原因基本相同，主要为以下三大原因：l 国外在上世纪60年代末期就开始注意在役管道的检测和剩余强度评价，并逐步把它纳入压力管道标准。

l 上世纪90年代，随着国际上对管道运行经济性和安全性兼顾的要求越来越强烈，欧美等发达国家提出了管道适用性评价和风险评价的概念l 经过10余年的发展，已形成许多的评价标准和规范之后，2001年，API和ASME提出管道完整性管理的概念，并颁布了有关的标准和规范目前，油气管道完整性管理已成为管道工程领域的热点二、油气管道完整性评价的概念、内涵及意义二、油气管道完整性评价的概念、内涵及意义l 为了增进管道的安全性，美国国会于2002年11月通过了专门的 H.R.3609号《关于增进管道安全性的法规》，2002年12月27日布什 总统签署生效 l H.R.3609号法规第14章中要求管道公司在高风险区（HCA）实施管 道完整性管理l 美国运输部制定了《在管道高风险区实施完整性管理》CFR42 PART195l ASME B31.8 S2001：是对ASME B31.8的补充，也是输气管道完整性管理的标准l API RP1160：管理危险液体输送管道完整性管理推荐做法油气管道完整性是指油气管道始终处于完全可靠的服役状态： § 在物理上和功能上是完整的；§ 处于受控状态；§ 运行商已经并仍将不断采取措施防止事故发生。

油气管道的完整性管理是指对所有影响管道完整性的因素进行综合的、一体化的管理1、管道完整性的定义2、管道完整管理的技术内涵油气管道的完整性管理是指对所有影响管道完整性的因素进行综合的、一体化的管理图2.1 给出了油气管道完整性管理的流程和技术内涵图2.1 油气管道完整性管理流程管线数据库Step 1: 风险因素识别Step 2: 数据整理和分析所有风险因素都评价了吗？Step 3: 风险评价Step 4: 基于风险的检测Step 5: 适用性评价Step 6: 管道维护决策及应急响应措施制定NOYES3、管道完整性的几个关键技术油气管道完整性涉及的关键技术 § 管道风险评估技术§ 基于风险的管道检测技术§ 管道适用性评价技术§ 管道补强修复技术§ 数据库和地理信息系统§ 地震和地质灾害评估和预警技术三、管道风险评价技术风险定义为失效（或危险）后果（用C表示）和失效可能 性（用F表示）的乘积对一种情况的风险： Risks=Cs · Fs失效可能性指失效的概率； § 失效后果主要有：经济损失、人员伤亡、环境破坏风险值的单位是死亡人数/年或损失资金/年风险评价也称风险排序，包括识别风险（潜在隐患）的来源， 评价各种失效的可能性和失效后果的严重度。

风险评价的方法分为定性、定量两种，二者之间的称为半定量 方法定性风险评价方法各国比较通用的作法是将失效可能性和失效后果的严重性列入4×4的风险矩阵中( 下图) ，按高风险、中等风险和低风险来分级•失效后果严重性划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级Ⅰ级 灾难的：有人员死亡，大面积环境公害，设备损坏导致停工90天以上Ⅱ级 严重的：致伤人员丧失工作能力，给公众造成伤害，设备损坏导致10～90天停 工，区域性损失Ⅲ级 轻度的：人员受到不丧失工作能力的伤害，环境污染小，停工1～10天Ⅳ级 轻微的：无人员伤害，设备损坏轻微•失效可能性划分为A、B、C、D级A 频繁发生：概率P≥10-1次/aB 很可能发生：2×10-2/a＜概率P≤10-1次/aC 有时可能发生：2×10-3/a＜概率P≤2×10-2次/aD 不大可能发生：概率P≤2×10-3次/a风险矩阵中，风险指数为9或8的为高风险，是不可接受的， 必须采取措施降低风险指数；7 、6、5为中等风险，需要在风险 和费用中平衡；4.3.2.1是低风险，一般是可以接受的定性风险指数矩阵失效可能性失效后果严重ABCD频繁发生很可能发生有时可能发生不太可能发生Ⅰ灾难的9864Ⅱ严重的8753Ⅲ轻度的6542Ⅳ轻微的4321定量风险评价q 定量风险评价也称概率风险评价(PRA)，是将失效概率FS和 失效后果值CS代入下式，求出整个系统的总风险值。

q 这种计算往往是一个相当复杂的、耗资巨大的过程，同时 需要有价值的数据库作为支撑Risksystem=∑Risks= ∑(Cs·Fs)l 管材研究所在引进和借鉴加拿大PIRAMID风险评估技术基础上，结合我国管线的特点，进行二次开发，形成了TGRC-RISK管道风险评估软件l 软件采用以下两种方法计算管道失效概率ü统计分析方法ü可靠性理论l 考虑以下三种失效后果ü直接财产损失ü人员伤亡ü环境污染失效概率估计统计方法分析方法•方法：利用统计数据；管线特征和维护 操作 的影响反映在调整因子中 •优点： –简单、运算速度快 •缺点： –收集数据困难 –精度不高 –存在主观判断•方法：利用结构可靠性模型和管线特征数 据 •优点： –能提供与管线特征相关的失效概率 –精确反映维护操作的影响 –需要的数据更易获得 •缺点： –模型复杂，需要详细分析，计算量 大管线特征 概率输入管线失效 结构模型管线失 效概率历史 失效率调整因子管线失 效概率三种失效模式失效事件灾害模型人员阈值财产阈值泄漏清 理模型泄漏影 响因子当量剩余 泄漏体积死亡人数财产损失 费用资金 费用管线维修费用损失介质费用输送中断费用失效后果估计模型TGRC-RISK 风险评估软件界面u西气东输管道风险评价结果图图3.1 3.1 外腐蚀风险外腐蚀风险 图图3.2 3.2 地质灾害风险地质灾害风险 图图3.3 3.3 第三方损伤风险第三方损伤风险图图3.4 3.4 西气东输管线总风险西气东输管线总风险 u克轮输气管道风险评估部分结果外腐蚀风险水平计算结果外腐蚀风险水平计算结果内腐蚀风险水平计算结果内腐蚀风险水平计算结果第三方破坏风险水平计算结果第三方破坏风险水平计算结果地质灾害风险水平计算结果地质灾害风险水平计算结果地震灾害风险水平计算结果地震灾害风险水平计算结果综合风险水平计算结果综合风险水平计算结果管道风险评估软件结构图管道风险评估软件结构图基于风险的检测（RBI）是以风险评价为基础，对检测程序进行优化安排和管理的一种方法。

是将检测重点放在高风险（HRA）和高后果（HCA）的管段上，而把适当的力量放在较低风险部分在给定的检测活动水平下，RBI有利于风险的降低(见下页图)四、基于风险的管道检测技术基于风险检测（RBI）的意义l 管道检测技术包括智能内检测技术和外检测技术l 国际上GE PII、TVI等管道完整性技术服务公司针对不同类型的管道缺陷，已开发出多种智能内检测设备和技术，包括用于管道变形检测的通径检测器，用于腐蚀缺陷检测的漏磁检测器，用于裂纹检测的超声检测器、弹性波检测器和电磁声能检测器等 l 在国内，管道技术公司、新疆三叶公司等单位在借鉴国外技术的基础上开发了通径检测器和漏磁检测器，但在检测精度和系统配套性方面与国际先进技术相比还存在差距 • 管道内检测技术（Smart Pig 技术） Ø 检测器类型 ü 通径检测器（主要检测变形） ü 金属损失检测器 ü 类裂纹缺陷检测器 ü HIC及分层检测器 Ø 基本原理 ü 漏磁原理 ü 超声原理 ü 射线原理 ü 电磁声纳原理 ü 涡流原理MFL＋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TuboscopeTuboscope Varco Varco 的内检测技术的内检测技术• 检测技术发展趋势– 高分辨率– 尺寸规格。