保障管道安全运行技术方
案与案例
目录
石油天然气工业安全形势日益严峻
输气管线完整性管理及腐蚀泄漏检测
1管线的完整性管理
2 油气管道的腐蚀和缺陷检测
案例：天然气海管破损修复
参考文献
石油天然气工业安全形势日益严峻
（1）石油天然气开发的速度加快，安全生产压力增大。
随着经济快速发展，我国对于石油的需求量也不断增加，石油后备资源接替紧张的矛盾依然比较突出，油气生产供应能力与旺盛的市场需求不相适应，保障国家石油安全的压力不断增大。根据国家发改委统计，2005年我国石油表观消费量3.17亿吨，对外依存度为43%。根据国际能源机构预测，在2020年我国石油需求将达到4.61亿吨，国家发展和改革委员会能源研究所预测的数据为4.76亿吨。届时，我国石油消费的对外依存度将高达60％，超过美国目前50％的水平。因此，经济发展形势和国家能源安全都要求加大石油天然气开发的力度，安全生产压力增大。
（2）科技自主创新能力较弱，安全科技支撑体系不完善。
在一些关键领域缺乏具有自主知识产权的核心技术，高层次技术人才不足，安全科技开发和新技术推广还没有形成产业化。同时，科研机构和人才较为短缺、应用基础研究较为薄弱，高等院校、科研、设计、设备制造等与石油天然气相关的专业或领域也相对萎缩，导致我国石油天然气行业安全生产科技基础研究力量满足不了安全科技的实际发展需要，如我国在防硫化氢腐蚀材料研究和生产方面，与国外存在比较大的差距，大量管材需要进口。
（3）隐患仍大量存在，伤亡事故时有发生
据2005年全国伤亡事故统计月报统计，2005年石油天然气开采业共发生事故24起，死亡25人，与2004年同比事故起数减少了22起，下降了47.8％，但死亡人数增加了10人，上升了66.7％，安全生产形势不容乐观。
在2005年总局组织的对中石油、中石化所属的在四川、重庆地区油气田防井喷、防硫化氢的安全专项检查中，共发现比较重要的安全问题41项，涉及12个井、2个厂和2个研究及检验单位。这反映了在石油天然气安全生产管理方面仍存在薄弱环节，如安全意识有待增强，安全技能有待提高，职工培训不够扎实，规章制度、安全管理措施还没有完全落到实处。
（4）长输管线沿线地理情况复杂，地质灾害频繁，安全问题受到严峻考验 （5）偷盗气事故频发
输气管线完整性管理及腐蚀泄漏检测
管道的浴盆效应
根据美国OPS(Office of Pipeline Safety) 的统计结果,1970—1984年,美国共发生天然气管线失效事故5872 起,平均每年404起,而1985—1992年,平均每年238起。
四川输气管网南干线1971—1990年的20年内,发生失效事故108起,每次事故停输处理时间超过24小时。 1、管线的完整性管理 管道的完整性：
管道完整性(pipeline integrity)是指管道始终处于安全可靠的受控状态。它包含以下内涵：
(1)管道在物理状态和功能上是完整的； (2)管道处于受控状态；
(3)管道管理者已经并仍将不断采取措施防止管道事故的发生。
管道的完整性管理：是指管道运营商持续地对管道潜在的风险因素进行识别和评价，并采取相应的风险控制对策，将管道运行的风险水平始终控制在合理的和可接受的范围之内。换言之，管道完整性管理，是对影响管道完整性的各种潜在因素进行综合的、一体化的管理。 管道完整性管理的任务
(1)检测并及时发现管道的损伤情况；
(2)对管道的损坏及可能引起的后果进行评价； (3)修复损坏或减轻管道损坏带来的影响； (4)防止或延缓管道损坏的产生
时间事故率
2 油气管道的腐蚀和缺陷检测
各种智能管道检测器（Smart Pig）实施管道在线检测。基于无损检测理论发展起来的管道检测技术主要分为超声检测、漏磁检测、射线检测、涡流检测及热像显示。
1)漏磁检测技术
漏磁检测的原理是当对铁磁性的被测管道施加磁场时，在管道缺陷附近会有部分磁力线漏出被测管道表面，通过分析磁敏传感器的测量结果，可得到缺陷的有关信息。
2）超声波检测技术
超声波检测技术是利用超声波匀速传播且可在金属表面发生部分反射的特性，
来进行管道探伤和检测的。它通过电子装置，发送出超声波的高频（大于20kHz）脉冲，射到管壁上。反射回的超声波，再通过传感器探头接收回来，经过信号放大，显示出来波形。由于不同部位反射到探头的距离不同，因此超声波返回的时间也不同。监测器的处理单元便可以通过计算探头接收到的两组反射波的时间差乘以超声波的传播速度，得到管道的实际壁厚。从而显示出缺陷及腐蚀尺寸。
测量长度
壁厚
T
mm
测量长度
3、泄漏定位技术
泄
漏直接方法
人工巡线
检漏电缆
示踪剂检测
人工巡线方法
最初，油气长输管道的泄漏监视采用人工巡线的方法。该方法不能及时发现油气泄漏，只有在管道泄漏初表面出现油迹，气味散发才能发现。
检漏电缆法
检漏电缆多用于烃类燃料的泄漏检测。电缆与管线平行铺设，当泄漏的烃类物质渗入电缆后，电缆特性发生变化，并被转变为电信号或光信号输出，通过特定的仪器即可知泄漏的发生。
示踪剂检测法
在管线输送的流体中掺入液体示踪剂，当管道泄漏时从管道流出的流体中示踪剂挥发，并通过分子扩散弥漫到周围土壤中，通过收集这些气体并分析可以检测管线的泄漏。
光纤泄漏检测法
准分布式光纤进行泄漏检测的技术已经比较成熟。传感器的核心部件由棱镜、发光和光接收装置构成。当棱镜底面接触不同类的液体时，光线在棱镜中的传输损耗不同。根据光探测器接收的光强来确定管道是否泄漏。这种传感器的特点是当油接触不到棱镜时，就会发生漏检。
（1）负压波法
当泄漏发生时，泄漏处因流体物质损失而引起压力下降，这个瞬时的压力下降向泄漏点的上下游传播。当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏产生的减压波成为负压波。其传播速度与声波在流体中的传播速度相同，传输距离可达几十公里。通过安装在管道上、下游的传感器检测到负压波的时差以及传播速度，可确定泄漏的具体位置。
（2）压力梯度法
压力梯度法是一种技术上不太复杂，常被使用的一种泄漏定位方法。管道发生泄漏时会在漏失点产生额外的压力损失，使其上游的压力梯度较陡，而下游的压力梯度较为平缓，根据上游站和下游站的流量等参数，计算出相应的水力坡降，然后分别对上游站出站压力和下游站进站压力作图，其交点就是理想的泄漏点。 （3）流量平衡法
该方法基于管道流体流动的质量守恒关系，在管道无泄漏的情况下进入管道的流体质量流量应等于流出管道的质量流量。当泄漏程度到一定量时，入口和出口就形成明显的流量差。检测管道多点位的输入和输出流量，就可判断泄漏的程度及大体位置。
（4）实时模型法
是今年来国际上着力研究的检测管路泄漏的方法。它的基本思想是根据瞬变流的水力学模型和热力学模型考虑管道内流体的速度、压力、比重以及粘度等参数变化，建立起管道的实时模型，在一定的边界条件下求解管内流场，然后将计算值与管端的实测值进行比较。当实测与计算值偏差大于一定范围时，即认为发生了泄漏。
（5）统计决策方法
在众多的泄漏检测方法中，由壳牌公司开发的统计决策法是一种比较新的检测方法。它使用统计学方法，对管道的入、出口实测的压力、流量值进行分析，连续计算发生泄漏的概率。在泄漏确定以后，可以通过实测的压力、流量值计算泄漏量的大小，并使用最小二乘法进行泄漏定位。 6）应力波法
管道由于腐蚀，人为打孔等原因破裂时，会产生一个高频的震动噪声，并以应力波的形势沿管壁传播，噪声强度随距离按指数规律衰减。在管道上安装对泄漏噪声敏感的传感器，通过分析管道应力波信号功率谱的变化，管道中的流体泄漏可以检测出来。
P1P2P3P4泄漏点
H
H 0
（7）声波法
当管道内流体泄漏时，由于管道内外的压力差，使得泄漏的流体在通过泄漏点到达管道外部时形成涡流，这个涡流产生振荡变化的声波。声波法是将泄漏产生的噪声作为信号源。声波沿管道向两端传播，通过设置好的传感器拾取该声波，经处理后确定泄漏是否发生并进行定位。
天然气海管破损修复
损坏类型
（1）穿孔泄漏
（2）断裂大漏
（3）管道变形
渤西天然气管道穿孔小漏
W Z 12-1—11-4A 海管断裂大漏
不停输开孔封堵技术作业流程：
（1）在准备修复的海管处进行冲泥作业，要求冲泥范围能满足维修作业需要。一般在维修更换段左右增加2米，宽度和深度为海管外壁净宽1.5米以上。如下图所示：
（2）在海底冲泥的基础上清除海底管道混凝土配重层及管线表面的防腐层并对
1.5 米
J Z 9-3海底管道变形情况
管线表面进行处理，达到表面平滑。如图所示：
（3）然后在已清理的海管表面进行海管直度和椭圆度测量，满足要求后，在海管的一端安装水下机械三通和开孔机，在开孔作业前为了防止管线的震动，将管线底部用沙袋等支撑好，然后在不停产的情况下开孔。
（4）在管线表面已清理好的情况下按照时钟进行壁厚检测，然后在另一端安装另一个机械三通，开孔机安装好以后，在不停产的情况下开孔。
（5）水下安装封堵机和旁路三通
（6）在旁路管线预制后，按照压力试验的要求进行试压，然后安装旁通管线。
ANSI 600#
（7）打开三文治阀，用封堵机堵住需更换的管线，使原油从旁路通过。
（8）将需更换的管线泻压，并检查封堵的密封度
（9）用氮气将需更换管段处的原油进行置换
（10）在安全的情况下用冷切割锯把需更换的管段切除
（11）在管线的两个切割端分别安装法兰连接器
（12）测量两个法兰之间的长度，按此长度准备带球形法管段
（13）在不停产的情况下安装球形法兰
（14）调整平衡管线压力
（15）将封堵头打开，并关闭三明治阀
（16）将旁通管线减压并去除旁通管线
（17）清除封堵机
（18）放入内锁塞柄
（19）封好盲板
（20）后续工作
通过以上工序（海底管道的封堵作业和损坏管段的更换），基本上完成了海底管道的修复工作。最后对海底管道冲泥区域进行海床表面的复原，包括必要的砂袋覆盖等。
参考文献
中华人民共和国石油天然气管道保护法
李国兴,柳岩. 长输天然气管道的安全问题及其对策
柳庆新. 石油天然气管道安全管理存在问题及对策分析
李文波,苏国胜. 国外长输管道安全管理与技术综述
方东晓. 影响天然气管道安全的危害因素分析及对策探讨