检查具有挑战性的管道外文翻译资料

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检查具有挑战性的管道

M. Beller1, C. Sabido2,T. Steinvoorte3

Rosen-Group

1 RTRC Karlsruhe, Germany,

2 RTRC Lingen, Germany,

3 ROSEN Europe B.V.

摘要

世界上近一半的石油或天然气管道至今仍被认为是“不能清管的”。

这个词语用于当一条管道无法用不需要改变工具或待检测管线的无动力管内检测工具检查时。典型的例子比如失踪的发射和接收设备,直径变化,紧弯曲,低压力和流量条件或高压和高温环境中,在岸和离岸。

本文介绍了一个新概念,所谓的“工具箱方法”。这项概念背后的灵感是基于拥有各种各样的服务所需的技术,包括漏磁(MFL),涡流(EC)或超声检查(UT),使设计者能够利用精确的技术资源为特殊的检查和完整性挑战量身打造一揽子解决方案。

但不限于技术的角度来看。它还使用市场信息来确定中期和长期市场需求以及特殊的操作程序。结合对市场需求的了解，用于服务执行优化方法的必要技术，以及正确的内检测技术和运输方式，可以为面临管理挑战管道完整性的经营者提供最大的灵活性和最优的解决方案。

此外,还必须指出,这种类型的工作在很大程度上依赖于所涉及的人员的专业知识和经验,因为在工作中经常遇到极其复杂的边界条件和操作参数。

我门用几项研究案例阐明这种方法，包括用于非常规管道的解决方案，双向检测方案的需求以及需要机器人的特殊应用。

1介绍

管道是一项宝贵的资产，需要保护。为了保护管道，现代管道完整性管理项目将包含完整性评估之后的定期检测，以及维修方法（如果需要维修的话）。

一项行之有效的管道检测方法，特别是高压输送管道，是使用自动检测工具进行检测。这些工具能够从周向和轴向进行管道检测。这些个工具通常是指无动力在线检测工具（ILI），或者智能清管器利用无损检测技术，例如漏磁(MFL),超声波技术(UT)或涡流(EC)或三者组合，去探测,确定大小，以及定位可能的异常和存在的缺陷。

在线监测工具使用了大约50年了，实践证明它是可靠而准确的。不幸的是，并不是所有的管道都可以用这种直接的方法进行检测。因此一些管道和圆柱形压力容器至今仍被认为是“无法清管的”。

现今世界上大概有两百万公里的高压输送管道，详见世界数据（2015）.但un-piggable管道的里程数却不尽相同，因为引用的源数据在全球半数已安装的管道里程和一个稍大数字之间变动。真正的问题是“un-piggable”这个词并没有准确的定义，实际上这也适用于定义所涉及的资产类别。石油和天然气行业的可分为三个主要部分,即上游、中游和下游。运输管道，例如世界数据编辑的清单被分配于中游部分，并且根据可查的文献，这些管道中约40%是“un-piggable”。考虑到上游也用到大量管道，例如相关的油田(在岸或者离岸)，存储或装载管线，或者与下游部分相关的圆柱形压力管线，例如相关的高压分布。因此需要检测管线的总里程应该比想象中的多。

2. PIGGABLE与UNPIGGABLE

可清管管线指的是能够利用在线检测工具，或者稍微扩展一下，能够使用清洁工具清管的管线。检测设备能够在适合的地点放入管线，并随后能回收，便意味着这种工具应用成功了。

因此这种管线需要有发射器和接受器。在线检测工具和清洁工具能够越过管线确定的几何形状。如果被检查的管线有特殊的几何特征，例如：直径的改变，复杂的拐角或者其他几何障碍，那么这种类型的管线就是不可清管管线。在线检测工具通常是在管线运行时工作的，反过来这便意味着检测时的操作条件必须在线。

表1:可清管与不可清管

正如表1所示，问题在于给定的管线能否从内部进行检测，还是只能从外部进行检测。考虑到大部分的管道不能轻易的接近，也就是说，无论是埋地管道还是海底管道，最好的办法还是从内部进行检测。这种方法可以做到对管道内壁的全覆盖检测。遵循这个原理，能从内部进入的管道都是能清管的，并且能用在线检测工具进行检查。如果设备不是直线运动，便意味着，使用的设备或者待检测的管线要耗资进行改进，然后，用于内检测的特殊设备或适合的外部检测方法便会得到应用。

现在，三种应用于内部的工具都是可以使用的，首先是“特殊无动力”工具，这涉及到提供一个特殊的或者改进的无动力ILI工具，这种工具能够穿过存在几何障碍的管线，例如:变直径管线;小拐弯半径;某些管道设备，例如:斜三通，或T型管;单通管道，这种管道需要能够在同一地点发射并接收的双向工具。

用电缆拴住工具有一些好处，便是，电缆可以用作供应动力，或者传输数据，或者仅仅用于拉回工具，被拴住的工具本身无动力，并且在至少一个方向需要泵送。

如果泵送与压差输送不可行，那么检测设备便需要有自动力或者推进装置，这是“机器人”工具的范畴。

如何内检测不可行，那么必须应用合适的外检测方法。利用外部无损检测技术，或者各种直接评估规程，例如外部腐蚀直接评价(ECDA),内腐蚀直接评价(ICDA)或应力腐蚀开裂直接评估(SCCDA),以提供金属损失或应力腐蚀特征的评估程序。

现在，常规无动力ILI与不可清管内检测解决方案的区别在于，前者应用常规方法，而大部分情况下，后者独立的或特殊的专门准备的检测程序。

正如已经提到的术语“un-piggable”没有清晰的定义和有时犯的两个错误:这个术语意味着给定的管道不能从内部检查管道或者更糟的是不能检查。

因此,在以后，推荐使用“挑战”这个词,而不是“un-piggable”。

3.工具箱方法

为了解决挑战性管道的可接近性问题，必须考虑几何和操纵参数。其中一些问题可以通过合适的硬件加以解决，也就是制造非常灵活的工具。设计时，让它们拥有应对双/多直径管道的能力，使它们能够双向通行，或者能够在低流/低压或者高压/高温环境下运行。

但是挑战性管道的检查需要的不止这些。对于给定的检查工作，还需要开发和使用量身定制的流程，换句话说，它需要一个优化的工程解决方案。这也包括所需的正确的清洗和管道准备过程。有时，管道无法清洗，开发特制程序时必须把这个因素考虑在内。有句话说。这是使用优化的检查工具，用于记录或跟踪管道信息的专门辅助设备，结合正确和有效的过程的问题，参见林德纳和格拉夫(2013)。服务提供者的技能和经验直接联系到优化过程的定义，同时也需要待检测管道的运行条件信息，这可以从SCADA系统或者智能管道信息记录系统取得。

有一个优化工具意味着机械设计的各个方面,适当的无损检测技术,电子产品、存储设备和推进方式，正如Steinvoorte 和 Vages所描述的那样（2013）.

因为包含的科技覆盖不同的工具类型，工具箱方法包含以上所有层面。例如:可泵送双向系统，依靠牵引的工具或本身拥有机械驱动的工具，它还包括不同的推进设计，对于不同的管道环境提供最大的牵引力。另外，工具箱方法还指运用正确的程序与过程来实施成功的检测。

工具箱方法表明，全方位的有形资产与无形资源对于有效的检测挑战性管道是必要的。

表1：影响工具箱选择的因素

从初始ILI角度来看，下面的定义也可以用于这种工具箱方法的技术或有形价值方面：第一级别的元素是基于现存piggable方案的改进方案。例如:改进ILI工具使其具有双向性。这一级包含大量的无损检测技术的应用，如果有需要的话，为了完成给定检测要求，也可以将它们结合起来应用。正如所有的检测技术一样，因为物理原理有好处也有弊端，仅仅应用一种给定的方法是不够的。

为了对给定检测工作选择最合适的方法，所有应用于ILI的无损检测技术都应该是可得到的。

下一级涉及到free-swimming工具的改进，以适应低摩擦和低压要求，或者离岸环境下耐高温和高压要求。第三级便是自驱动单元的需求。表一提供了一些影响原理选择因素的概述。

4.案例研究

接下来，我们将用三个短案例研究来展示如何应用工具箱方法为挑战性管道提供量身定制的检测方案。

4.1喷气机燃料补给线的BiDi金属损失检测

阻碍此路线使用传统Free-Swimming ILI 检测方法的是：

没有安装发射或接受装置

只能从一端进入

3.线路中存在紧密倾斜的弯道

6#燃料管线长约1300米，壁厚介于4.5-5.6毫米，对检测过程的要求是:检测期间对机场正常运营的干扰是可忍受的；任何风险都必须最小化；检测过程必须保证油品不被污染；不开挖管道；飞机起降过程中检测人员不得接近滑行道。

检测可用的操作压力低于正常内检测压力条件。选择的解决方案利用了工具箱方法的各种元素。检测使用了一台6”双向超声波金属损失检测仪，这是目前市场上最先进的超声检测（UT）工具。它的机械设计使他能够穿过管道中存在的曲率半径为1.5D或1D的斜接弯头。在无需开挖的情况下安装工具陷阱。固定装置用于跟踪清管器。用消防栓提供推进力。检测还专门开发了一些操作程序。例如，在油罐区设置一个循环系统，这样便能用同一台泵将工具推回来。运用缩径球阀和流量计来控制流量。项目会在十二周完成。

图2:发射（左）和接收（右）工具

检测主要在经济，安全，质量方面收益较大。通过避免了任何开挖节约了成本，安装临时陷阱只需要小幅修改管道，选择的工具非常轻便，并能手持，这样便节约了任何与起重相关的成本，超声波技术使得检测能够在行口燃油运输的情况下进行。

通过使用一个双向高灵活性设备避免了堵塞的风险，在检测的过程中，可以随时反转工具。

使用的工具提供全方位检测，UT工具提供高分辨率数据，二者完美适用于完整性 评估。

4.2难接近多相流石油管道金属损失检测

这个项目的任务是检测直径10”管线，它输送的是由石油，水和天然气组成的多相混合物。此油田区拥有多条这样的特殊管线，长度从1KM到略超过10KM。它们把多相流输送到一条总线。这些管线的清管工作非常困难，介质需要加温输送，含水率高，并易于发生微生物腐蚀。

没有发射器和接受器，并且管道运行于低压和低流状态，这些主要参数，决定了这条管线是不可清管的。因此，需要一个定制的专业的解决办法去确保对管线进行全方位检测。

而且也不能安装特殊的发射器和接收器，无论是永久的还是暂时的，进入管道的唯一入口是一个三端口阀门，它本是用来发射清管器的，如图3所示。

图3：用于发射清管器的三端口阀

对于这个项目必须应用全部的工具箱哲学。其中之一便是选择一项合适的检测技术去测量现存的任何金属损失。接下来便是选择合适的工具外形，使其能穿越管道，并且确保在行进过程中不会引起管道堵塞。前提条件是检测过程中管道处于运行状态。由于这些技术需要，这个项目还需要高度专业化的流程和程序。

选择的无损检测技术是磁漏技术，它是工具箱中可用的方法这一。因为多相流的缘故，超声波技术不适合此次检测。涡流技术存在只检测附近区域或内部特征的局限性。磁漏技术为检测内外部特征提供了最好的选择。下一步便是考虑实际的工具外形，常规内检测工具是无动力的，并只能单行，也就是说它们在上游位置发射，并在下游适当位置回收。工具箱方法提供了工具运行的各种方案，根据不同需求分为：无动力，系绳和自行。在这种情况下，泵送（其意义是提供移动所需的压力差）是可行的。然而只能处于低流，低压的运行状态下。管流来自一个油井，然后输送到集输总线。为了降低风险，使用双向工具，以便在需要时，工具能够返回出发点。

这条管道配备的有特殊的三端口阀门，因为它可以用于发射和回收清管器，所以一开始它便被选定。这件案例的特殊要求是：改进管内金属损失检测工具，以适应空间狭窄的三端阀门，见图4。另外，发射和接收

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