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油气管道系统安全保障技术现状

发布时间:2020-01-30 00:54

全球陆上70%石油和99%天然气依靠管道输送。我国油气管道覆盖全国32个省区市,已形成“三纵四横、连通海外、覆盖全国”的大型油气管网,管道已成为我国国民经济和社会发展的能源安全生命线。
油气管道安全影响因素众多,自然环境、人为因素等时刻威胁管道安全,部分因素发生的偶然性较强,极不可控,管网运行风险高,管理难度大。为了提升油气管网事故防控与应急抢险技术水平及其管理水平,保障国家公共安全,基于管道及储运设施对公共安全的致灾及防御理论与技术的现状及发展趋势,从损伤与致灾机理、缺陷检测、状态监测、风险评价、完整性评价、应急抢修及应用示范7个方面开展了研究。
1、损伤及致灾机理
X80管道在世界范围内的应用越来越广泛,近年来,随着我国城市轨道交通、高速铁路以及高压交/直流输电系统建设的迅速发展,其产生的杂散电流对与其交叉、并行的油气管道的干扰日益严重。基于泄漏致灾机理,国内外针对管道和储运设施油气泄漏事故的泄漏、流(扩)散、油池火、喷射火以及爆炸等灾害形式进行了较为深入的研究,但是油品边流散边燃烧形成的不同于油池火的流淌火特性、大型油罐火对相邻油罐的油品蒸发及燃烧的强化规律尚未进行研究。
2、缺陷检测
油气管道及储运设施存在环焊缝缺陷、开口裂纹、阴保失效等各种潜在危害,扩大缺陷检出类型,提高检出率、精度、效率,并改进创新检验检测技术,对保障油气管道及储运设施的安全运行具有重要意义。与国外的管道及储运设施缺陷检测技术相比,我国以“跟跑”和“并跑”为主,且检测技术手段不完善。国外管道内检测手段主要有漏磁、压电超声及电磁超声等,而我国高精度的压电超声及电磁控阵检测设备目前尚未实现国产化。不锈钢弯头管道非开挖外检测技术多是基于检测防腐层完整性和阴极保护系统来评估管体腐蚀状况,并采用瞬变电磁技术检测管道本体缺陷,下一步需要开发具有快速检测能力的外检测平台,以实现埋地管道非接触式缺陷定量检测。油气储罐多采用声发射、超声导波等技术检测罐底腐蚀,尚需进一步实现储罐的在线检测、定位及评估,并克服检测信号干扰大、检测结果评估难等问题。
3、状态监测
国内外管道泄漏监测普遍采用监测压力、流量等参数变化来判断识别,监测精度达到1%。由于信噪比关系限制,小泄漏监测能力很难提高,寻求不同方式增加信噪比和提高监测精度是发展趋势。管道预警是通过分布式光纤传感原理实现管道沿线不同威胁事件的探测预警,然而对复杂的油气管网环境识别率低,误报、漏报率较高,采用不同光纤传感方式相组合来增强对复杂事件的识别能力是未来的发展方向。地质灾害监测采用各种精确位移设备实现土体位移形变监测及小尺度的管体受力、变形监测,其技术发展趋势是通过祸合模型,利用管道地质灾害监测装置、光纤等多种传感器将土壤的大时空尺度变形和管道小尺度变形进行一体化监测。此外,在输油泵监测、储罐监测、高压直流强干扰监测与防护方面,研究热点亦集中在如何提高监测的精度、智能判断水平及防护水平。
4、风险评价
我国的灾害评价目前主要针对地质、地震、洪涝等灾害,其方法对油气管道及储运设施的衍生灾害评价不具备借鉴价值,确定管道与储运设施衍生的直接灾害和次生灾害对社会公共体系的影响形式与影响程度,建立灾害潜在损失评价模型,形成考虑衍生灾害对生命线工程影响的评价方法,具有重要的科学与工程应用价值。
5、完整性评价
国际管道研究协会、美国机械工程师协会研发了X70钢级以下管材的完整性评价技术,并形成评价方法和标准。针对X80管道,目前国内一般采用国外的评价标准和模型,对高钢级管道的适用性尚未确定。微损试样测试技术一直是国外研究热点,但目前国内外仍未形成可行的试验方法和技术标准,缺乏相应的测试装置。针对站场设备的完整性评价,储罐的在用标准主要是针对设备检测与修理,尚未形成系统的完整性评价方法;工艺管道、压力容器等设备设施的完整性评价技术则仍属空白,尚未形成适用标准。
6、应急抢修
大口径、高压力、高钢级是目前国内外油气管道的建设方向,也是管道应急抢修的发展趋势。开孔封堵装备能代表常规的抢修技术水平,国外维修能力为1524mm、8.28MPa,而国内能力为1219mm、10MPa;智能封堵器是目前国际上非常先进的维抢修装备,国外已具备管径小于711mm管道的智能封堵能力,国内还处于智能封堵研究初始阶段,仅研制出带缆且未完全实现智能控制的管径为219mm的端塞堵漏器,尚未具备智能封堵的锚定、无缆通信定位等关键技术;在油气管道泄漏事故处置方面,我国普遍是人工直接补焊抢险,安全隐患大。为了适应油气管道新形势、新发展的需要,我国管道维抢修行业亟需开展对现有不锈钢管件管道应急维抢修装备查缺补漏式的硬件研发,同时,还应该在降低管道事故抢险作业的安全风险、减轻管道事故造成的环境污染、增强快速抢险响应能力等方面取得新的技术突破。
7、大数据应用
大数据技术在管网安全保障中的应用,目前国内外均处于起步阶段,已经逐步由原来的单一评价支持走向基于大数据的综合智能决策。与国外相比,我国管道内检测牵拉试验平台、全尺寸爆破试验平台在管径尺寸、缺陷类型及加载方式上均有很大的提升空间,地质灾害(水毁、滑坡、崩塌)试验平台则尚待建设。

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