劉承磊1 李曉暉1 尤杰1 傅友1 陳彥云2 劉家辰2
1.中油管道檢測技術(shù)有限責(zé)任公司油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室； 2.長慶油田分公司第十一采油廠

摘 要：傳統(tǒng)的管道剩余壽命預(yù)測方法容易造成預(yù)測結(jié)果過于保守。通過分析內(nèi)檢測過程中的誤差來源和分布特性，基于正態(tài)分布的統(tǒng)計學(xué)原理，建立了改進(jìn)腐蝕生長速率計算模型，并在工程實(shí)例統(tǒng)計和對比分析中得到改善，有助于制定更加可靠的管道檢測維修計劃，具有良好的應(yīng)用價值。

 

傳統(tǒng)基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的腐蝕生長速率計算，一般通過一次或多次管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比結(jié)果，通過檢測時間間隔內(nèi)的生長尺寸變化計算其生長速率，進(jìn)一步預(yù)測管道的剩余壽命[1-3]，生長速率計算通常基于保守的原則。由于管道內(nèi)檢測技術(shù)存在一定的局限性，這種生長速率計算方式可能會造成評價結(jié)果過于保守。

改進(jìn)腐蝕生長速率計算模型考慮了管道內(nèi)檢測的測量偏差和檢測數(shù)據(jù)存在的離散誤差。兩次內(nèi)檢測缺陷深度服從一定均值μ和方差σ 的正態(tài)分布，最終計算出的缺陷各自的生長速率也服從正態(tài)分布。通過建立腐蝕缺陷生長速率的正態(tài)分布模型，結(jié)合DNVRP-F 101標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，選取腐蝕缺陷95%分位數(shù)對應(yīng)的生長速率進(jìn)行剩余壽命預(yù)測。

1 腐蝕生長速率計算

根據(jù)內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比結(jié)果，應(yīng)從保守性和合理性的角度出發(fā)，結(jié)合管段自身特點(diǎn)、缺陷生長特性以及內(nèi)檢測精度指標(biāo)等因素，合理計算并選取缺陷生長速率值。

1.1 傳統(tǒng)工程使用的計算方法

基于管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比的腐蝕缺陷生長速率計算普遍采用線性生長模型，即認(rèn)為兩次內(nèi)檢測的時間間隔內(nèi)，腐蝕缺陷呈勻速或線性增長，并且僅考慮缺陷深度的增長[4]。生長速率計算公式（1）如下。

其中：CR為缺陷的生長速率；

Depth2為本次檢測的缺陷深度， mm；

Depth1為上次檢測的缺陷深度， mm；

T2為本次檢測的日期；

T1為上次檢測的日期。

由于管道運(yùn)營過程中存在的各類不確定因素以及內(nèi)檢測的測量誤差等原因，通常腐蝕生長速率計算基于保守的考慮。充分保證結(jié)果的保守性就容易造成維護(hù)維修成本的增加，給管道運(yùn)營，尤其是管道服役中后期的運(yùn)營帶來巨大的壓力。

1.2 改進(jìn)的腐蝕生長速率計算模型

內(nèi)檢測技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和缺陷量化過程中都會產(chǎn)生一定的誤差。行業(yè)普遍認(rèn)為，內(nèi)檢測的誤差來源分為兩類：測量偏差和數(shù)據(jù)離散。測量偏差是指重復(fù)性檢測過程中同一缺陷的平均檢測值與真實(shí)值之間的偏差；數(shù)據(jù)離散則反映了重復(fù)性檢測過程中同一缺陷不同次檢測值之間的分散程度[5]。測量偏差一般是由于內(nèi)檢測設(shè)備本身特性和現(xiàn)場運(yùn)行等因素造成；而數(shù)據(jù)離散則取決于內(nèi)檢測精度指標(biāo)。

一般認(rèn)為，如果兩次內(nèi)檢測采用相同的內(nèi)檢測設(shè)備和缺陷量化模型，則測量偏差可以最大程度的予以降低消除，此時內(nèi)檢測誤差來源于數(shù)據(jù)離散，僅與內(nèi)檢測精度指標(biāo)有關(guān)。這種情況下，缺陷的檢測深度服從一定均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ 的正態(tài)分布，其中均值μ等于缺陷的實(shí)際尺寸，標(biāo)準(zhǔn)差σ 可以結(jié)合內(nèi)檢測精度指標(biāo)和正態(tài)分布特點(diǎn)計算得到，如圖 1。

根據(jù)正態(tài)分布規(guī)律，如果兩次檢測的缺陷深度分別服從正態(tài)分布N1（μ1,σ12）和N2（μ2,σ22），則兩次深度差值服從正態(tài)分布N3（μ2-μ1，σ12+σ22）。

根據(jù)公式（1），缺陷的腐蝕速率也可以用正態(tài) 分布模型加以描述，如圖2所示。

基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比和以上計算過程，可以確定每一缺陷的生長速率正態(tài)分布模型。 DNV-RP-F 101- 2015中2.9.2.1章節(jié)對管道剩余壽命預(yù)測進(jìn)行了描述， 推薦選取95%分位數(shù)對應(yīng)的生長速率值計算管道剩余 壽命，如圖 3所示。其計算公式為μ+1.645σ。 該計算模型既能較為合理的反映各個缺陷的生長特性；又充分考慮了內(nèi)檢測的精度誤差。

2 實(shí)例分析

以國外某管段A為實(shí)例，通過兩次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比，分析缺陷生長特性，分別基于傳統(tǒng)和改進(jìn)的生長速率計算模型，預(yù)測管道剩余壽命，分析和比較剩余壽命預(yù)測結(jié)果。

該管道為32英寸原油管道，于2006年建成投產(chǎn)，分別于2009年和2015年采用同一高清漏磁檢測設(shè)備進(jìn)行了漏磁檢測。

2.1 兩次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計分析

該管段在2009年首次檢測中共發(fā)現(xiàn)2 523處外部金屬損失缺陷， 2015年次輪檢測中發(fā)現(xiàn)了3 074處外部金屬損失缺陷。通過內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比，得到兩次檢測深度對比和缺陷生長速率統(tǒng)計，如圖 4所示。

通過兩次檢測深度對比發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)金屬損失在檢測時間間隔內(nèi)出現(xiàn)了生長，并存在部分新增的金屬損失。但大部分缺陷的生長速率較低，腐蝕速率在0～0.2 mm/y之間的缺陷2 370處，約占總數(shù)的78 %。僅部分缺陷速率較高，最高速率值達(dá)0.7 mm/y。

2.2 缺陷生長速率計算

兩次內(nèi)檢測采用相同的檢測設(shè)備和量化模型，誤差取決于內(nèi)檢測精度指標(biāo)，符合正態(tài)分布。內(nèi)檢測精度指標(biāo)和對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差如表 1所示。

分別選取傳統(tǒng)的最大生長速率（通過2.1確定為 0.7 mm/y，記為速率1）和改進(jìn)計算模型確定的生長速率（記為速率2），預(yù)測管道缺陷剩余壽命，兩種生長速率對比如圖 5。

2.3 剩余壽命預(yù)測結(jié)果對比

基于兩種缺陷生長速率得到管道缺陷處剩余壽命預(yù)測結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計分析和對比，基于速率1的缺陷剩余壽命絕大部分集中在9～15年（84.7%）；而基于壽命2的缺陷剩余壽命大部分大于15年（78.1%），保守程度明顯下降。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，以5年作為維護(hù)維修計劃周期，對5年需要計劃維修的金屬損失進(jìn)行統(tǒng)計分析，如圖 6。結(jié)果顯示，基于速率1計算得到的計劃維修缺陷點(diǎn)數(shù)量（265處）多于速率2（164處）；兩種速率得到的計劃維修點(diǎn)大部分集中在檢測里程的前18 km，有明顯的聚集趨勢，分別占總數(shù)的70.9 % （188處）和76.8 %（126處）。

從缺陷深度的角度分析，計劃維修缺陷中深度30% wt以上的缺陷數(shù)量基本相同，但基于速率1得到的深度0～30% wt范圍內(nèi)的計劃維修缺陷點(diǎn)數(shù)量較多；從計劃維修年份角度分析， 2015年（立即維修點(diǎn)）和2016年計劃維修的缺陷點(diǎn)數(shù)量基本持平，但2017至2020年，計劃維修的缺陷數(shù)量差別逐年增加；基于速率1得到的計劃維修缺陷點(diǎn)中，深度范圍為0～30% wt的缺陷點(diǎn)數(shù)量較多且剩余壽命集中在3～5年，分析結(jié)論具有一致性。

通過剩余壽命預(yù)測結(jié)果統(tǒng)計分析，基于速率2的缺陷剩余壽命兩種方法得到的計劃維修缺陷點(diǎn)沿檢測里程分布規(guī)律基本相同；深度30% wt以上和計劃維修年在1年以內(nèi)的缺陷點(diǎn)數(shù)量幾乎沒有差別；但由于速率1計算的保守性，有相當(dāng)數(shù)量深度范圍0～30% wt的缺陷點(diǎn)需要在3～5年內(nèi)計劃維修。因此，基于速率2的剩余壽命預(yù)測方法，在制定5年甚至更長的維護(hù)維修計劃時，會得到較為合理的結(jié)果；而基于速率1的剩余壽命預(yù)測方法則可能會出現(xiàn)較多不必要的維修點(diǎn)，造成運(yùn)營成本的增加。

3 結(jié)論

（1）基于兩輪或多輪內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比分析流程主要包括環(huán)焊縫對齊、缺陷對齊、缺陷匹配和缺陷生長特性分析，將內(nèi)檢測數(shù)據(jù)集對比和信號對比相結(jié)合，保證數(shù)據(jù)對比的準(zhǔn)確性，為腐蝕缺陷剩余壽命預(yù)測提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）采用相同的檢測設(shè)備和缺陷量化模型，則可以認(rèn)為內(nèi)檢測誤差僅來自數(shù)據(jù)離散，缺陷檢測深度服從正態(tài)分布，以此為基礎(chǔ)建立了腐蝕缺陷生長速率的正態(tài)分布模型。

（3）改進(jìn)的管道腐蝕速率計算方法更加符合腐蝕缺陷實(shí)際的生長特性，有助于管道運(yùn)營商全面深入的了解和監(jiān)測管道的腐蝕生長狀態(tài)，制定更加可靠的檢測周期和維護(hù)維修策略，具有良好的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜曉紅，洪險峰，劉爭，張新榮，陳敏娟. 管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對比對完整性評價的影響[J]. 油氣儲運(yùn)，2016， 31(1):28-31.

[2]王良軍，李強(qiáng)，梁菁嬿 .長輸管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)比對國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [ J ] . 油氣儲運(yùn)， 2015,34(3):233-235.

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[5]Kevin Spencer, ShahaniKariyawasam, Cathy Tetreault,Jon Wharf .A Practical Application to Calculating  Corrosion Growth Ratesby

Comparing SuccessiveILI Runs From Different ILI Vendors.[C].Calgary,Alberta, Canada: IPC Press, 2010.

作者：劉承磊， 1990年生， 2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油天然氣安全工程專業(yè)， 2015年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）安全技術(shù)及工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事管道完整性評價相關(guān)工作。