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1、确定性的管道完整性评价方法可优化腐蚀控制和降低成本M.J.J. Simon Thomas, L.H. Prager and C.V.M. Voermans壳牌全球解决方案国际组织B.V.Badhuisweg 31031 CM 阿姆斯特 丹荷兰B.P. Miglin and B.F.M. Pots壳牌全球解决方案 （美国）3333 公 路 6 南休斯顿, 德克萨斯 州 77082l. J. Rippon,壳牌全球解决方案国际组织B.V.Volmerlaan 82288 GD Rijswijk荷兰摘要一个提高管道完整性管理的方法，考虑内部腐蚀，外部腐蚀以及第 三方破坏。这个系统可以用来定义腐蚀控制
2、和监测新的和存在的线路需 求。它也可以用来测定完整性，最优化检查和处理存在线路的维修和修 复。这个方法考虑了所有相关因素，如二氧化碳腐蚀，硫化氢，氧，有 机酸和细菌的内部腐蚀，土壤腐蚀性，涂层情况和阴极保护的外部腐蚀 以及和操作环境有关的第三方破坏。检查计划遵循基于风险的方法。系 统应用于全世界大量的管道并且向商家展示其附加价值。绪论管道完整性管理从历史观点上说是主要基于生产的流体（内部保护） 和土壤条件（外部保护）因素。这种方法可引导以管道设计工程师的观 点为出发点的很好的设计。例如，二氧化碳腐蚀常常占腐蚀的大部分原 因，可供选择的材料的使用或者腐蚀禁止是基于正确的模型下选择的， 用来解决内
3、部腐蚀。相似的，设计适当的涂层和阴极保护系统是为了防 止外部腐蚀。一旦管道投入使用常出现其他因素导致腐蚀，通常是操作性质对完 整性造成严重的威胁。在许多情况下氧气的侵入以及细菌的存在，或者 抑制剂泵的可靠性将决定内部腐蚀速率并且相关操作费用。在许多情况 下氧气进入和细菌出现或者抗化剂泵浦的可靠性确定内部腐蚀速率并且 相关操作费用。另一种主要的威胁是第三方破坏，其原因很不相同，由于挖掘或者 拖捞船木板造成的意外损伤，蓄意破坏以及偷窃油品所造成的破坏。人 们利用有关管道失效的历史资料来决定管道完整性的主要方向，因此能 够采取措施预防管道失效。应该意识到失效的频率与当地环境密切相关， 如表 1 所示
4、，欧洲和美国管道失效的主要原因是外部损伤，机械损伤（制 造和建筑缺陷）以 及腐蚀 1。很显然有效的完整性管理方案必须考虑所有潜在威胁。应该设计监 控和检测计划，这样能够及时地查出和更好地消除这些威胁。这个方案 应该在基于监控和检测结果上进行再次指引管道的维护。它也应该提供 相关的信息以指引管道的修理和复原。形成命名为 PIPE RBA （ 专利计算机程序 PIPE-RBA = 管道风险评估 利用专利计算机程序计算二氧化碳腐蚀、估计由细菌，氧气和有机酸 引起腐蚀）软件包的主要要素的程序开发成功。它被 大多数壳牌主要操作员以及部分第三方所采纳。整个软件包在其他地方 被描述 2，本文集中于描述这个计
5、划的 完整性评估部分。确定性的完整性评估基 本 的 完整 性 管 理 过 程 在图 1 中 描 述。 最 重 要的 输 入 和 支 持工 具 也 同样表示在图中。完整性管理过程的主要步骤将被讨论，其主要的威胁考虑计划的最 新方案，内部腐蚀，外部腐蚀和第三方破坏。内部腐蚀管道运输采出液的最共同的内部腐蚀机理是二氧化碳腐蚀，硫化氢 腐蚀，有机酸腐蚀，氧腐蚀和细菌腐蚀。内部模型为计算没有实施保护 措施的管道期望腐蚀速率而存在。早期二氧化碳模型在别处被详细地讨 论 3，4 。最新的计 算机程序 HYDROCOR （2）结果也估计腐蚀是由于存在 的有机酸，氧气，细 菌和硫化氢造成 5 。一 个开发的特别
6、版本用来支持 管道完整性管理计 划在本文中描述。图 2 所示为输入和输出屏。为了方 便，输入栏基于操作线服务类型提前选择。利用这种方法，操作者只需 集合和输入相关数据。图 2 所示，程序也 考虑关键操作经验以调整估计的有效腐蚀速率。 这包括的因素有减轻沉积腐蚀的机会和提供细菌生长可能性的清管历 史。最后，考虑化学有效率，也就是压注化学溶液程序和议定对策的配 合性。这种腐蚀控制的有效性是非常重要的并且可以如下表达，在这种 情况下为禁止：CR = Finh X+ (1-Ftnh) X CT?蚀nhfl表示抑制剂有效性,f d表示抑制腐蚀率,hg儿表示未抑制腐 蚀率。如果系统依靠生物杀灭剂来控制细菌
7、腐蚀, 下标“抑制”和“未抑 制”应该相应地替换。一个相似的方法适用于计算其他操作系统的有效 性的结果。例如露点控制。最后一步是联合计算的腐蚀率和腐蚀监控数据, 检查数据和操作经验。 这个方面将在以下详细讨论。因此, 以通用格式表示在图 1 的的步骤可 以表示出内部腐蚀如图 3。应该注意到这个术语“腐蚀监控”包括腐蚀率 测量, 残留物, 操 作参数跟踪如压注化学溶液系统和议定目标的配合性 等等。外部腐蚀陆上管线（埋地或裸露）予以考虑的外部腐蚀威胁是大气腐蚀，埋地钢的腐蚀是由于阴极保护系 统的干涉和绝缘接头的失效。防止外部腐蚀的保护方式通常是基于外部 涂层和阴极保护以防止损坏的涂层发生腐蚀。管道
8、通过分析确定这些威 胁所导致腐蚀的几率。第一步是确定未保护的腐蚀率，基于从测得的电 阻系数数据和土壤类型得到的管道沿线的土壤腐蚀性。这确定了主要的 外部腐蚀威胁和形成设计适当腐蚀控制系统的基础。典型的埋地管道腐 蚀 率在 表 2 中给 出 。其次，阴极保护质量的估定基于加电自检测试以及闭合内电压测量调查 数据。后者也用于估计保护反对干涉风险和绝缘接头失效的发生。卍儿?（也mlI,cf = F 兀 prolccKd 十仔刃 x utipritKlcd（?）表示腐蚀率，为阴极保护系统的有效性。其要素表示在表3中。 这将导致估计的裸露钢的腐蚀率需考虑某一时期的阴极保护系统的性 能。 考虑的干涉类型有
9、其他管线的阴极保护， 或者交叉或者平行于考虑 的管线， 绝缘接头和法兰， 直流和交流区域以及输电线。涂层的有效性通过以下讨论的电流密度测控数据和全线电压测量估 定。 外部腐蚀估计过程在图 4中表示。外部腐蚀近海海底管线对于海底管线， 外部腐蚀的威胁考虑海水腐蚀， 由于阴极保护系统 的干涉和绝缘接头的失效造成的腐蚀。（后两者对陆上管线的影响更大， 因为几乎所有的海上阴极保护系统采用牺牲阳极的方法）。防止外部腐蚀 通常基于外部涂层和阴极保护来实现对涂层破坏区域的保护。 通过分析 管道确定这些威胁导致腐蚀的几率。对于外加电流阴极保护系统， 一个相似的方法可应用于海上情况确 定外部腐蚀率。 对于牺牲阴
10、极保护系统， 只要牺牲系统被设计， 外部腐 蚀率将为零。 那么评估将着眼于阴极保护系统由于使用寿命或扩大化的 涂层破坏而引起的失效风险。 阴极保护质量的估定， 基于执行远程操作 载体的测定， 一体化数据从管道隔水管阴极保护系统获得。 如果管道或 者建筑连接使用外加电流系统， 那么干涉风险和绝缘接头失效的发生可 以被估定。 涂层有效性通过电流密度测控数据估定。第三方风险陆上管线考虑两种类型的第三方破坏：意外破坏和蓄意破坏。各种可利用的 统计信息源被用来 建立分析模型，特别是 CONCAWE （3） 报道的数据 6。 基于这点，分数制度被通过用来估定各种威胁。起作用的因素概述如下潜在的意外损伤主要
11、是管线是否埋地的作用，管线埋地是否达到最 小覆盖层深度，管线周围的活动级别，管线的可辨认性以及管线通过权 （ROW ）。损坏控制和防止可以通过标记管线，巡逻，公共教育和通过提 供一叫系统报告破坏情况并且立即采取行动来实现。潜在的蓄意破坏由当地情况确定，主要是社会和政治的性质，但是 可以通过机械抵抗和物理保护管线得以缓和。在某些实例中，通过建混 凝土板和带刺铁丝网实现保护管线的作用。蓄意破坏的缓解可以通过治 安部队有效实现，或者通过员工的帮助防止。但是，潜在的蓄意破坏能 降低的最有效的最后手段是通过与当地团体的合作实现。图 5 中描述了最终 过程。第三方风险海上管线考虑三种类型的第三方破坏：管道
12、上的元件脱落，船锚损伤和与捕 鱼活动有关的破坏。蓄意破坏并不是海上管线的主要风险。管道上的元 件脱落在开阔水域发生，但是这个风险低。这种破坏常常限制在平台周 围 500 米（ 1640 ）区域内（ 元件从平台落下或者从平台上油船装卸工作 中脱落）以及钻油台附近。可以通过限制油船在管线上方活动和定位钻 油台到平台一个安全距离实现风险最小化。船锚损伤常常与建筑活动有 关，或者从油船和驳船安装新的平台和管线。这些活动将引起附加的检 查。有两种捕鱼活动可以导致管道损坏，世界区域执行水底拖网，拖网 板会阻碍管道，破坏管道涂层，管道交叉口结构和附属物（如海底阀和 管道接头）。当捕鱼船受到阻碍，最坏情况下如
13、果管道破裂也主要威胁到 捕鱼船安全。在航海图中精确显示管道路线以及让当地捕鱼团体知道管 线位置以及所包括的潜在危险也很重要。在 世界区域使用“ 鱼轰炸”（利 用炸药杀鱼）也同样可能造成对管道的破坏。对于第三方风险，集中一组问题对特殊的设备估计风险级，考虑地 点，提出的控制，检查方法以及检查次数。3）石油公 司 的 HSE 欧洲 组织模型腐蚀率腐蚀模型是帮助估计内部腐蚀和外部腐蚀率的重要工具。实际上它 们是联系可知腐蚀风险和操作系统方法的唯一工具。例如，可能提高的 腐蚀控制将立刻转化为低腐蚀率。因此，有效的知识是获得好的模型腐 蚀速率的关键。然而腐蚀预测的精确度并不完美，大多数情况下，整体 精确
14、度将通过有效的精确度决定。因此最大化获益应从全部有效的监控 信息中获得，以得出其转化为提高的系统降级的知识的可能性。议定未来腐蚀速率如以上所指出，可能有关于速率退化的各种信息源。除去理论模型 以及操作者对议定手续的配合，还有监控和检查数据，操作者对出现问 题的管线的现场经验以及其他相似条件下的管线操作。这个信息是非常 有价值的，因为它可以用来估计未来腐蚀速率，从而可以用来计划腐蚀 控制的提高。它也可以用来优化未来检查频率和复原规划。应该注意到 涂层退化是寿命和涂层类型所决定，因此，表 4 中的摘要是议定的规定。各种输入的贡献的重要性依赖于分配给它的有效性，在相似情况下 管线操作现场经验必须予以
15、考虑。有效的腐蚀监控数据典型地依靠监控 工具支持，并且依赖于这个工具是否能在该实例中估计腐蚀速率的判断。 图 6 中描述的是开发出的程序，它可 以组织这些不同类 型信息的计算。 第一模型的腐蚀速率和检查数据结合成称为“预测”腐蚀速率：当-/ -】时，重量因数J依赖于可预测的模型（m ）和检查（i）腐 蚀率。系统取重量因数为 0， 0.25， 0.75 或者 1。随后的其他数据， 包括 从腐蚀测控， 关键点检查， 泄露及失效， 现场腐蚀性测量以及其他由操 作者报告的现场经验都用来调整腐蚀率以得出“议定”腐蚀率。显然， 质量和输入数据的有效性对模拟腐蚀率预测有很大的影响。质量的价值 应该通过大多数
16、人的同意， 典型地包括管道工程师， 腐蚀工程师， 操作 员工， 以及使用中的化学制品补足和化工承包商。指派的完整性评价工 程师， 通常由腐蚀工程师领导小组作出最后决定。检查计划一旦腐蚀率和其他老化的机械装置通过， 管道剩余使用寿命由可利 用的腐蚀许用量决定， 为目的性的规则利用适应性。接下来的检查必须 在管道剩余使用寿命结束前执行。它完成的快慢基于管线的危险程度和 存在信息的可靠程 度。这个过程在图 7 中定型地描述。危险程度估计基 于由公司的健康，安全，环境委员会（HSE ）的风险评估矩阵（RAM ） 文献。风险评估矩阵发展为与 HSE 管理系统的事故和效应管理过程（HEMP）相联合，作为一种工具为显著地表达公司的政策以及证明依照 风险可忍受度和 ALARP 原则（可行度低）。在 HSE-R
