《管道完整性管理》PPT课件演示教学.ppt

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1、管道完整性管理管道完整性管理PPTPPT课件课件 一、一、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五、油气管

2、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、管道补强修复技术六、管道补强修复技术六、管道补强修复技术 七、七、七、七、GISGISGISGIS技术和数据库技术和数据库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提纲纲一、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 1、油气管道失效事故、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。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

3、，管道的安全运行非由于石油、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。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。亡和环境污染。1 1、油气管道失效事故、油气管道失效事故2020世纪世纪5050年代以来，随着油气管道的大量铺设，管道事故屡有发年代以来，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。生，并造成灾难性后果。迄今为止，破裂

4、裂缝最长的管道失效事故是迄今为止，破裂裂缝最长的管道失效事故是19601960年美国的年美国的Trans-Trans-WesternWestern公司的一起输气管道脆性破裂事故，这条管道管径公司的一起输气管道脆性破裂事故，这条管道管径30in30in，钢级钢级X56X56，裂缝长度达裂缝长度达13km13km。损失最惨重的是损失最惨重的是19891989年前苏联乌拉尔山隧道附近的输气管道爆炸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，伤亡事故，烧毁两列列车，伤亡10241024人（其中约人（其中约800800人死亡）。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

5、故，400500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3mm。2004年陕京

6、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 2、油气管道失效模式、油气管道失效模式 失效模式是失效的表现形式。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

7、伤三大类。油气管道的失效模式主要包括：断裂、变形、表面损伤三大类。油气油气管道管道主要主要失效失效模式模式断裂断裂过量变形过量变形表面损伤表面损伤脆性断裂：低温脆断、应力腐蚀、氢致开裂脆性断裂：低温脆断、应力腐蚀、氢致开裂韧性断裂韧性断裂疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、腐蚀疲劳等疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、腐蚀疲劳等腐蚀：内腐蚀、外腐蚀腐蚀：内腐蚀、外腐蚀机械损伤：表面划伤、凹坑等机械损伤：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

8、曲和振动疲劳破坏劳破坏2 2、油气管道失效原因、油气管道失效原因油气管道失效原因油气管道失效原因外外部部干干扰扰腐腐蚀蚀设设备备和和操操作作焊接焊接和材和材料缺料缺陷陷其其他他原原因因第三方第三方造成的造成的人为机人为机械损伤械损伤地面交地面交通因素通因素引起的引起的疲劳失疲劳失效效自然灾害自然灾害（如地震、（如地震、地质灾害）地质灾害）引起的管道引起的管道损坏损坏外外腐腐蚀蚀内内腐腐蚀蚀焊焊接接缺缺陷陷材材料料缺缺陷陷设设备备故故障障违违章章操操作作混混合合型型原原因因未未知知原原因因埋弧焊：未熔埋弧焊：未熔合、未焊透、合、未焊透、气孔和夹渣、气孔和夹渣、焊接裂纹焊接裂纹电阻焊：沟状电阻焊：

9、沟状裂纹、焊缝夹裂纹、焊缝夹杂、冷焊、接杂、冷焊、接触烧伤、过大触烧伤、过大毛刺毛刺现场环焊缝：现场环焊缝：未焊透、未熔未焊透、未熔合、气孔和夹合、气孔和夹渣、焊接裂纹渣、焊接裂纹第一是外部因素第一是外部因素52%52%施工、材料缺陷是第二位原施工、材料缺陷是第二位原因（因（19.13%)19.13%)第三是腐蚀第三是腐蚀 13.91%13.91%地基移动、误操作和其它地基移动、误操作和其它原因分居第原因分居第4 46 6位位欧洲天然气管道不同事故比例图欧洲天然气管道不同事故比例图美国运输部美国运输部美国运输部美国运输部1996-1999 1996-1999 1996-1999 1996-19

10、99 事故原因统计事故原因统计事故原因统计事故原因统计(%)(%)(%)(%)施工和材缺陷施工和材缺陷39%39%腐蚀腐蚀43%43%不良环境影响不良环境影响14%14%人为破坏及其它人为破坏及其它 4%4%国内国内90年代前年代前天然气管道事故分类图天然气管道事故分类图国内国内国内国内90909090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国内外不同国家事故原因统计事故原因统计外力损伤外力损伤腐蚀腐蚀材料及施工缺陷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尽管事故原因在不同

11、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：序不同，但主要原因基本相同，主要为以下三大原因：国外在上世纪国外在上世纪6060年代末期就开始注意在役管年代末期就开始注意在役管道道的检测和剩余强度评的检测和剩余强度评价，并逐步把它纳入压力管道标准。价，并逐步把它纳入压力管道标准。上世纪上世纪9090年代，随着国际上对管道运行经济性和安全性兼顾的要求年代，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。概念。经过经过1010余年的发展，已形成许

12、多的评价标准和规范。之后，余年的发展，已形成许多的评价标准和规范。之后，20012001年，年，APIAPI和和ASMEASME提出管道完整性管理的概念，并颁布了有关的标准和规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。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、内涵及意义为了增进管道的安全性，美国国会为了增进管道的安全性，美国国会于于20022002年年1111月通过了专门的月

13、通过了专门的H.R.3609H.R.3609号号关于增进管道安全性的法规关于增进管道安全性的法规，20022002年年1212月月2727日布日布什总统签署生效。什总统签署生效。H.R.3609H.R.3609号法规第号法规第1414章中要求管道公司在高风险章中要求管道公司在高风险区（区（HCAHCA）实施管实施管道完整性管理。道完整性管理。美国运输部制定了美国运输部制定了在管道高风险区实施完整性管理在管道高风险区实施完整性管理CFR42 CFR42 PART195PART195ASME B31.8 S2001ASME B31.8 S2001：是对是对ASME B31.8ASME B31.8的

14、补充，也是输气管道完整的补充，也是输气管道完整性管理的标准。性管理的标准。API RP1160API RP1160：管理危险液体输送管道完整性管理推荐做法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：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；在物理上和功能上是完整的；处于受控状态；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。综合的、

15、一体化的管理。1 1、管道完整性的定义、管道完整性的定义2 2、管道完整管理的技术内涵、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。进行综合的、一体化的管理。图图2.1 2.1 给出了油气管道完整性管理的流程和技术内涵。给出了油气管道完整性管理的流程和技术内涵。图图2.1 2.1 油气管道完整性管理流程油气管道完整性管理流程管线数据库管线数据库Step 1:风险因素识别风险因素识别Step 2:数据整理和分析数据整理和分析所有风险因素都评价了吗？所有风险因素都评价了吗？Step 3:风险评

16、价风险评价Step 4:基于风险的检测基于风险的检测Step 5:适用性评价适用性评价Step 6:管道维护决策及应急响应措施制定管道维护决策及应急响应措施制定NONOYESYES3 3、管道完整性的几个关键技术、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油气管道完整性涉及的关键技术 管道风险评估技术管道风险评估技术 基于风险的管道检测技术基于风险的管道检测技术 管道适用性评价技术管道适用性评价技术 管道补强修复技术管道补强修复技术 数据库和地理信息系统数据库和地理信息系统 地震和地质灾害评估和预警技术地震和地质灾害评估和预警技术三、管道风险评价技术三、管道风险评价技术风险定义为失效

17、（或危险）后果（用风险定义为失效（或危险）后果（用C C表示）和失效可能表示）和失效可能性（用性（用F F表示）的乘积。对一种情况的风险：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风险值的单位是死亡人数/年或损失资金年或损失资金/年年风险评价也称风险排序，包括识别风险（潜在隐患）的来源，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。评价各种失效的可能性和失效后果的严重度。风险评

18、价的方法分为定性、定量两种，二者之间的称为半定量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。方法。定性风险评价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4444的风险矩阵中的风险矩阵中(下图下图)，按高风险、中等风险和低风险来分级。，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失效后果严重性划分为、级。级。级级 灾难的：灾难的：有人员死亡，大面积环境公害，设备损坏导致停工有人员死亡，大面积环境公害，设备损坏导致停工9090天以上。天以上。级级 严重的：严重的：致伤人员丧失工作能力，

19、给公众造成伤害，设备损坏导致致伤人员丧失工作能力，给公众造成伤害，设备损坏导致10109090天停天停工，区域性损失。工，区域性损失。级级 轻度的：轻度的：人员受到不丧失工作能力的伤害，环境污染小，停工人员受到不丧失工作能力的伤害，环境污染小，停工1 11010天。天。级级 轻微的：轻微的：无人员伤害，设备损坏轻微无人员伤害，设备损坏轻微失效可能性划分为失效可能性划分为A A、B B、C C、D D级级 A A 频繁发生：频繁发生：概率概率P10P10-1-1次次/a/a B B 很可能发生：很可能发生：210210-2-2/a/a概率概率P10P10-1-1次次/a/a C C 有时可能发生

20、：有时可能发生：210210-3-3/a/a概率概率P210P210-2-2次次/a/a D D 不大可能发生：不大可能发生：概率概率P210P210-3-3次次/a/a 风险矩阵中，风险指数为风险矩阵中，风险指数为9 9或或8 8的为高风险，是不可接受的，的为高风险，是不可接受的，必须采取措施降低风险指数；必须采取措施降低风险指数；7 7、6 6、5 5为中等风险，需要在风险为中等风险，需要在风险和费用中平衡；和费用中平衡；4.3.2.14.3.2.1是低风险，一般是可以接受的。是低风险，一般是可以接受的。定性风险指数矩阵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

21、能发生不太可能发生灾难的9864严重的8753轻度的6542轻微的4321 定量风险评价定量风险评价定量风险评价也称概率风险评价定量风险评价也称概率风险评价(PRA)(PRA)，是将失效概率是将失效概率F FS S和和失效后果值失效后果值C CS S代入下式，求出整个系统的总风险值。代入下式，求出整个系统的总风险值。这种计算往往是一个相当复杂的、耗资巨大的过程，同时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。需要有价值的数据库作为支撑。Risksystem=Risks=(CsFs)管材研究所在引进和借鉴加拿大管材研究所在引进和借鉴加拿大PIRAMIDPIRAM

22、ID风险评估技术基础上，结风险评估技术基础上，结合我国管线的特点，进行二次开发，形成了合我国管线的特点，进行二次开发，形成了TGRC-RISKTGRC-RISK管道风险评管道风险评估软件。估软件。软件采用以下两种方法计算管道失效概率软件采用以下两种方法计算管道失效概率统计分析方法统计分析方法可靠性理论可靠性理论考虑以下三种失效后果考虑以下三种失效后果直接财产损失直接财产损失人员伤亡人员伤亡环境污染环境污染失效概率估计失效概率估计统计方法统计方法分析方法分析方法方法方法：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优点：简单、运算速度快缺点：缺点：收集数据困难精度不高存在主观判断

23、方法方法：利用结构可靠性模型和管线特征数据优点：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：缺点：模型复杂，需要详细分析，计算量大管线特征管线特征概率输入概率输入管线失效管线失效结构模型结构模型管线失管线失效概率效概率历史历史失效率失效率调整因子调整因子管线失管线失效概率效概率三种失效模式三种失效模式失效事件失效事件灾害模型灾害模型人员阈值人员阈值财产阈值财产阈值泄漏清泄漏清理模型理模型泄漏影泄漏影响因子响因子当量剩余当量剩余泄漏体积泄漏体积死亡人数死亡人数财产损失财产损失费用费用资金资金费用费用管线维修费用管线维修费用损失介质费用损失介质费用输送中断费用

24、输送中断费用失效后果估计模型失效后果估计模型TGRC-RISK TGRC-RISK 风险评估软件界面风险评估软件界面u西气东输管道风险评价结果西气东输管道风险评价结果图图图图3.1 3.1 3.1 3.1 外腐蚀风险外腐蚀风险外腐蚀风险外腐蚀风险 图图图图3.2 3.2 3.2 3.2 地质灾害风险地质灾害风险地质灾害风险地质灾害风险 图图图图3.3 3.3 3.3 3.3 第三方损伤风险第三方损伤风险第三方损伤风险第三方损伤风险 图图图图3.4 3.4 3.4 3.4 西气东输管线总风险西气东输管线总风险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克轮输气管道风险评估

25、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

26、构图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（基于风险的检测（RBIRBI）是以风险评价为基础，对检测程）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（风险（HRAHRA）和高后果（）和高后果（HCAHCA）的管段上，而把适当的力量）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，放在较低风险部分。在给定的检测活动水平下，RBIRBI有利有利于风险的降低于风险的降低(见下页图见下页图)四、基于风险的管道检测技术四、基于风险的管道检测技术基于风险检测（RBI）的意义管道检测

27、技术包括智能内检测技术和外检测技术。管道检测技术包括智能内检测技术和外检测技术。国际上国际上GE PIIGE PII、TVITVI等管道完整性技术服务公司针对不同类型的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。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。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在国内

28、，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。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（管道内检测技术（Smart Pig Smart Pig 技术）技术）检测器类型检测器类型 通径检测器（主要检测变形）通径检测器（主要检测变形）金属损失检测器金属损失检测器 类裂纹缺陷检测器类裂纹缺陷检测器 HICHIC及分层检测器及分层检测器 基本原理基本原理 漏磁原理漏磁原理 超声原理超声原理 射线原理射线原理 电磁声纳原理电磁声纳原理 涡流

29、原理涡流原理MFLMFL通径检测通径检测超声裂纹检测器超声裂纹检测器超声壁厚检测器超声壁厚检测器金属损失和变形检测金属损失和变形检测Tuboscope Varco Tuboscope Varco Tuboscope Varco Tuboscope Varco 的内检测技术的内检测技术的内检测技术的内检测技术检测技术发展趋势检测技术发展趋势高分辨率高分辨率尺寸规格系列化尺寸规格系列化针对不同类型的缺陷开发系列化检测器针对不同类型的缺陷开发系列化检测器缺陷三维尺寸缺陷三维尺寸四、基于风险的管道检测技术四、基于风险的管道检测技术在管道不具备内检测条件时，可以选用外检测技术。外检测技术在管道不具备内检

30、测条件时，可以选用外检测技术。外检测技术又称直接评估（又称直接评估（DADA）技术，包括用于外防腐层检测的技术，包括用于外防腐层检测的PCMPCM、DCVGDCVG、PersonPerson等技术；在开挖的情况下，对管体缺陷进行检测的超声、等技术；在开挖的情况下，对管体缺陷进行检测的超声、射线等无损检测技术。射线等无损检测技术。目前最先进的外检测技术是超声导波技术。目前最先进的外检测技术是超声导波技术。NACENACE颁布了颁布了NACE RP NACE RP 050502 02 外腐蚀直接评价（外腐蚀直接评价（ECDAECDA）标准和标准和NACE 01-04 NACE 01-04 内腐蚀直

31、接内腐蚀直接评价（评价（ICDAICDA）标准。标准。四、基于风险的管道检测技术四、基于风险的管道检测技术PCM PCM 在线检测技术在线检测技术在线检测技术在线检测技术CIPS/DCVGCIPS/DCVG在线检测仪器在线检测仪器在线检测仪器在线检测仪器 为了使含有缺陷结构的安全可靠性与经济性两者兼顾，从为了使含有缺陷结构的安全可靠性与经济性两者兼顾，从8080年代起年代起在国际上逐步发展形成了以在国际上逐步发展形成了以“适用性适用性”或称或称“合于使用合于使用”(Fitness(Fitness for service,Fitness for purpose)for service,Fitne

32、ss for purpose)为原则的评价标准或规范。为原则的评价标准或规范。含缺陷管道适用性评价包括含缺陷管道剩余强度评价和剩余寿命预含缺陷管道适用性评价包括含缺陷管道剩余强度评价和剩余寿命预测两个方面。测两个方面。五、含缺陷管道适用性评价技术五、含缺陷管道适用性评价技术1 1、含缺陷管道剩余强度评价、含缺陷管道剩余强度评价 含缺陷管道剩余强度评价是在管道缺陷检测基础上，通含缺陷管道剩余强度评价是在管道缺陷检测基础上，通过严格的理论分析、试验测试和力学计算，确定管道的最过严格的理论分析、试验测试和力学计算，确定管道的最大允许工作压力（大允许工作压力（MAOPMAOP）和当前工作压力下的临界缺

33、陷尺）和当前工作压力下的临界缺陷尺寸，为管道的维修和更换，以及升降压操作提供依据。寸，为管道的维修和更换，以及升降压操作提供依据。图图图图5.1 5.1 5.1 5.1 含缺陷管道剩余强度评价的对象、类型和评价方法含缺陷管道剩余强度评价的对象、类型和评价方法含缺陷管道剩余强度评价的对象、类型和评价方法含缺陷管道剩余强度评价的对象、类型和评价方法实物评价实物评价的半经验的半经验公式公式有限元有限元分析分析基于力学基于力学理论的解理论的解析分析析分析剩余剩余强度强度评价评价体积型体积型腐蚀缺腐蚀缺陷陷平面型平面型缺陷缺陷弥散损弥散损伤型缺伤型缺陷陷几何不几何不完整型完整型缺陷缺陷主要是腐蚀造成主要

34、是腐蚀造成的槽、片状缺陷的槽、片状缺陷应力腐蚀缺陷应力腐蚀缺陷氢致宏观裂纹氢致宏观裂纹焊缝裂纹缺陷焊缝裂纹缺陷疲劳裂纹疲劳裂纹氢鼓泡和氢致氢鼓泡和氢致诱发微裂纹、点诱发微裂纹、点腐蚀缺陷腐蚀缺陷噘嘴与错边噘嘴与错边不圆度不圆度厚度不均匀厚度不均匀评价方法评价方法评价对象评价对象评价对象特征评价对象特征克乌复线克乌复线阿塞线阿塞线佛两线佛两线采石线采石线鞍大线鞍大线威成线威成线克乌复线克乌复线佛两线佛两线达卧线达卧线典型管线典型管线机械损机械损伤缺陷伤缺陷凹坑、沟槽凹坑、沟槽整体变形整体变形格萨线格萨线达卧线达卧线概率和可概率和可靠性理论靠性理论局部腐蚀：局部腐蚀：局部腐蚀：局部腐蚀：缺陷深度，

35、d缺陷长度，L壁厚，t局部腐蚀缺陷轴向剖面局部腐蚀缺陷轴向剖面 Longitudinally oriented section of localized corrosion defect轴向内表面裂纹：轴向内表面裂纹：轴向内表面裂纹：轴向内表面裂纹：体积型缺陷的评定：体积型缺陷的评定：ASME B31GASME B31G、CAN/CSA Z144-M86CAN/CSA Z144-M86、DNV RP DNV RP F101F101、API RP 579API RP 579的第的第5 5章、章、SY/T 6477SY/T 6477等。等。平面型缺陷的评定平面型缺陷的评定:EPRI:EPRI方法、

36、方法、CEGB R6CEGB R6、BS7910BS7910、ASEM XIASEM XI篇篇IWBIWB3640 3640 附录附录C C和和IWBIWB3650 3650 附录附录C C等。等。几何缺陷评定：几何缺陷评定：API RP 579API RP 579的第的第8 8章给出了管体不圆、直焊缝噘嘴章给出了管体不圆、直焊缝噘嘴和错边的评价方法。和错边的评价方法。弥散损伤型缺陷评定：弥散损伤型缺陷评定：API RP 579API RP 579的第的第6 6章给出了点腐蚀损伤的评章给出了点腐蚀损伤的评定方法定方法机械损伤缺陷的评定：尽管国际上从上世纪机械损伤缺陷的评定：尽管国际上从上世纪8

37、080年代末期以来已开展年代末期以来已开展了不少研究，但尚未形成系统的评价规范和标准。了不少研究，但尚未形成系统的评价规范和标准。2 2、含缺陷管道剩余寿命预测、含缺陷管道剩余寿命预测 含缺陷管道剩余寿命预测是在研究缺陷的动力学发展规律和含缺陷管道剩余寿命预测是在研究缺陷的动力学发展规律和材料性能退化规律的基础上，给出管道的剩余安全服役时间。剩材料性能退化规律的基础上，给出管道的剩余安全服役时间。剩余寿命预测结果可以为管道检测周期的制定提供科学依据。余寿命预测结果可以为管道检测周期的制定提供科学依据。用现用现场监场监测积测积累数累数据进据进行预行预测测用实用实验室验室试验试验数据数据进行进行预

38、测预测剩余寿剩余寿命预测命预测体积型体积型缺陷缺陷平面型平面型缺陷缺陷弥散损弥散损伤型缺伤型缺陷陷冲刷腐蚀冲刷腐蚀点蚀及槽状局部腐蚀点蚀及槽状局部腐蚀片状腐蚀片状腐蚀应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹氢致宏观裂纹氢致宏观裂纹焊缝裂纹缺陷焊缝裂纹缺陷疲劳裂纹疲劳裂纹疲劳萌生微裂纹疲劳萌生微裂纹氢鼓泡氢致微裂纹氢鼓泡氢致微裂纹蠕变损伤微裂纹蠕变损伤微裂纹冲刷速率冲刷速率局部腐蚀速率局部腐蚀速率全面腐蚀速率全面腐蚀速率亚临界亚临界裂纹扩裂纹扩展速率展速率损伤损伤速率速率预测数据预测数据缺陷类型缺陷类型缺陷名称缺陷名称速率类型速率类型腐腐蚀蚀速速率率剩余强度评价主要是评价管道的现有状态，而剩余寿命预测则主要是预

39、剩余强度评价主要是评价管道的现有状态，而剩余寿命预测则主要是预测管道的未来事态，显然后者的难度远大于前者，目前研究也确实没有测管道的未来事态，显然后者的难度远大于前者，目前研究也确实没有前者成熟。前者成熟。剩余寿命主要包括腐蚀寿命、亚临界裂纹扩展寿命和损伤寿命三大类。剩余寿命主要包括腐蚀寿命、亚临界裂纹扩展寿命和损伤寿命三大类。三者之中，除亚临界裂纹扩展寿命，尤其是疲劳裂纹扩展寿命的研究较三者之中，除亚临界裂纹扩展寿命，尤其是疲劳裂纹扩展寿命的研究较为成熟，较易预测之外，腐蚀寿命和损伤寿命研究都远不成熟，预测难为成熟，较易预测之外，腐蚀寿命和损伤寿命研究都远不成熟，预测难度很大。度很大。难点在

40、于：难点在于：1 1）缺陷发展速率难以实现现场准确监测；）缺陷发展速率难以实现现场准确监测；2 2）实验室内加速）实验室内加速试验数据与现场复杂多变的环境难以对应；试验数据与现场复杂多变的环境难以对应；3 3）除疲劳数据外，目前可）除疲劳数据外，目前可利用的数据资料较少，并且与许多常见失效机制预测有关的知识不足。利用的数据资料较少，并且与许多常见失效机制预测有关的知识不足。TGRCTGRC从从“九九.五五”开始，在中国石油天然气集团公司多个项目的开始，在中国石油天然气集团公司多个项目的资助下，在借鉴国外先进技术的基础上，结合我国管线的特点，资助下，在借鉴国外先进技术的基础上，结合我国管线的特点

41、，通过科研攻关，建立了系统的含缺陷油气输送管道适用性评价通过科研攻关，建立了系统的含缺陷油气输送管道适用性评价方法，并在螺旋焊缝几何缺陷评定方法、弥散损伤缺陷的剩余方法，并在螺旋焊缝几何缺陷评定方法、弥散损伤缺陷的剩余强度和剩余寿命预测方法、腐蚀管道抗压溃评估准则、管道三强度和剩余寿命预测方法、腐蚀管道抗压溃评估准则、管道三维断裂准则、基于维断裂准则、基于FADFAD图的双参数疲劳寿命预测方法、基于可靠图的双参数疲劳寿命预测方法、基于可靠性的腐蚀寿命预测方法等方面取得了创新性的成果。开发了工性的腐蚀寿命预测方法等方面取得了创新性的成果。开发了工程适用的管道适用性评价软件。程适用的管道适用性评价

42、软件。目前目前TGRCTGRC采用适用性评价软件已在国内采用适用性评价软件已在国内2020余条油气输送管道上余条油气输送管道上推广应用，经济效益和社会效益显著。推广应用，经济效益和社会效益显著。研究成果获陕西省研究成果获陕西省20022002年科技进步一等奖和全国首届安全生产年科技进步一等奖和全国首届安全生产科技成果一等奖科技成果一等奖数据库数据库提供基提供基础数据础数据剩余强剩余强度评价度评价临界缺陷临界缺陷尺寸尺寸剩余寿命剩余寿命预测预测能否安全运行、能否安全运行、MAOPMAOP、可靠度、可靠度确定检测、确定检测、维修周期维修周期数据测试、收集数据测试、收集和录入和录入数据检索、数据检索

43、、填加填加安全评价安全评价案例库案例库适用性评价软件结构框图适用性评价软件结构框图适用性评价软件结构框图适用性评价软件结构框图复合材料补强修复技术复合材料补强修复技术由复合材料片材由复合材料片材/改性胶粘剂改性胶粘剂/缺陷填充材料三组分组成的一种新型含缺缺陷填充材料三组分组成的一种新型含缺陷管道补强修复技术及产品陷管道补强修复技术及产品与钢管具有良好匹配性能与钢管具有良好匹配性能具有高的抗拉强度具有高的抗拉强度玻璃纤维增强片材最高拉伸强度可达玻璃纤维增强片材最高拉伸强度可达903MPa903MPa碳纤维增强片材最高拉伸强度可达碳纤维增强片材最高拉伸强度可达1400MPa1400MPa以上以上具

44、有优良的施工工艺性能，可在具有优良的施工工艺性能，可在005050温度范围内施工。温度范围内施工。操作简单、方便、快捷，主要补强材料可在室内加工完成，现场施工无操作简单、方便、快捷，主要补强材料可在室内加工完成，现场施工无需专用机具，手工操作即可，无需焊接，补强施工可以带压进行，不影需专用机具，手工操作即可，无需焊接，补强施工可以带压进行，不影响管道的运行。响管道的运行。六、管道补强修复技术六、管道补强修复技术现场应用现场应用v20022002年年1111月月2 2日，对靖西天然气输送管线在不停输情况下进行了补强日，对靖西天然气输送管线在不停输情况下进行了补强修复，共补强修复三处，修复，共补强

45、修复三处，1111个缺陷，至目前为止，补强修复部位运个缺陷，至目前为止，补强修复部位运行正常行正常现场施工温度为现场施工温度为221515，三处缺陷补强施工时间为平均，三处缺陷补强施工时间为平均4040分分钟钟/处，补强层表干时间为处，补强层表干时间为1 1小时，完全固化时间约小时，完全固化时间约2 2天天v就就靖靖西西线线而而言言，采采用用换换管管修修复复缺缺陷陷，修修复复一一处处缺缺陷陷总总费费用用超超过过2020万万元元，仅仅管管中中天天然然气气放放空空损损失失就就达达到到1313万万元元以以上上。而而采采用用纤纤维维增增强强复复合合片片材材技技术术补补强强修修复复含含缺缺陷陷天天然然气

46、气管管道道，每每修修复复一一处处缺缺陷陷所所支支付付费费用不足换管修复费用的十分之一，经济效益十分可观用不足换管修复费用的十分之一，经济效益十分可观 。不同规格缠绕带卷片样品靖西天然气输气管线现场补强施工管道完整性管理涉及管道沿线自然环境、地理状况、设施配置管道完整性管理涉及管道沿线自然环境、地理状况、设施配置等因素，还涉及政治、经济、文化和人的行为方式等各个方面等因素，还涉及政治、经济、文化和人的行为方式等各个方面信息，安全管理时必须考虑事故发生地点、周围环境等有空间信息，安全管理时必须考虑事故发生地点、周围环境等有空间特征的信息。特征的信息。GIS(Geographic Informati

47、on System)GIS(Geographic Information System)技术在处理有空间特征技术在处理有空间特征的信息上有着无与伦比的优势，是实现管道数字化管理的关键的信息上有着无与伦比的优势，是实现管道数字化管理的关键技术。技术。利用利用GISGIS可以便捷、可靠、安全地对管道沿线情况进行动态数据可以便捷、可靠、安全地对管道沿线情况进行动态数据管理。管理。七、管道七、管道GISGIS技术和数据库技术和数据库公司提出了数字化管道的标准，正在推进数字化管公司提出了数字化管道的标准，正在推进数字化管道的建设。道的建设。也正在开展数字化管道的建设工作。也正在开展数字化管道的建设工作。

48、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地震和地质灾害是威胁油气长输管道安全的重要因素地震和地质灾害是威胁油气长输管道安全的重要因素地震和地质灾害会使管道发生大的位移和变形，过量的塑性变形会导地震和地质灾害会使管道发生大的位移和变形，过量的塑性变形会导致管道发生失效致管道发生失效传统的基于应力的管道设计和评估方法不能保证地震和地质灾害多发传统的基于应力的管道设计和评估方法不能保证地震和地质灾害多发区的管道安全区的管道安全国际上（美国、加拿大等）正在积极开展基于应变的管道设计方法和国际上（美国、加拿大等）正在积极开展基于应变的管道设计方法和安全性评估方法研究安全性评估方法研究

49、正在建设的西气东输二线对正在建设的西气东输二线对300300公里的地震区管道采用基于应变的设计公里的地震区管道采用基于应变的设计方法方法基于应变的管道设计和安全评估主要解决两个问题：基于应变的管道设计和安全评估主要解决两个问题：r地震和地质灾害条件下管道的位移和应变计算方法地震和地质灾害条件下管道的位移和应变计算方法r管道临界应变的确定方法管道临界应变的确定方法管材研究所对管道在压缩和弯曲条件下的临界屈曲应变开展了部分研究管材研究所对管道在压缩和弯曲条件下的临界屈曲应变开展了部分研究工作工作压力压力MPaMPa壁厚壁厚mmmm压缩条件下的屈曲应变压缩条件下的屈曲应变弯曲条件下的屈曲应变弯曲条件

50、下的屈曲应变X80HD1X80HD2X80HD1X80HD212MPa22.00.600.811.001.3512MPa26.40.720.971.201.62西气东输二线大变形钢管允许的最大屈曲应变西气东输二线大变形钢管允许的最大屈曲应变西气东输二线大变形钢管允许的最大屈曲应变西气东输二线大变形钢管允许的最大屈曲应变地质灾害监测和预警技术地质灾害监测和预警技术地质灾害监测和预警技术地质灾害监测和预警技术结结 语语管道完整性管理是是保障管道安全运行的重要手段，也管道安全管理发展的方管道完整性管理是是保障管道安全运行的重要手段，也管道安全管理发展的方向和重点。向和重点。完整性管理的关键技术包括管