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管道研究

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山区管道完整性管理技术保障措施

来源:《管道保护》杂志2021年第1期(总第56期) 作者:李开鸿 时间:2021-1-19 阅读:

李开鸿

国家管网集团西南管道公司



摘  要:针对山区管道安全运行面临的挑战,以问题为导向提出了管道完整性管理目标,通过采取地灾监测与治理、数据恢复、应力应变监测等技术保障措施,提升管道风险防控水平,降低管道失效概率及影响后果,确保管体安全受控。

关键词:山地管道;完整性管理;地质灾害;监测


西南管道公司所辖管道70%以上是典型的V字型、大落差管道,途经黄土高原、秦巴山地、云贵高原、横断山脉等区域,地质地貌和水文条件复杂,沿线地震频繁、烈度高、地质灾害(地灾)风险点多,管道运行风险高、安全管理难度大。针对这一实际状况,提出山区管道完整性管理目标,并采取相应的技术保障措施。

1  山区管道完整性管理目标

管住高后果区、高风险段两高区域。通过构建人防、物防、技防、信息防等体系,实施专项管控措施,降低管道失效概率及影响后果。

严控管道本体质量隐患、管道外载荷、人类活动三大风险。通过管道内外检测手段,开展管道合于使用评价,确保管体安全受控。

狠抓设计、施工、运行、应急四大环节。加强规划设计、施工建设期源头把控,提升山区管道设计建设标准,强化应急响应,提升抢维修技术能力。

据此确定完整性管理重点技术领域为地灾监测与治理、管道数据恢复、应力应变监测(图 1)。

2  地灾监测与治理

传统地灾风险排查方法和基于信息化手段的监测方法双管齐下,功能互补,形成天地联合管控态势,效果较为显著。

2.1  传统方法

(1)地灾排查。根据西南山区雨季特点,分别在每年汛前、汛中、汛后组织地灾排查。聘请相关地质专家驻场,现场研判地灾并制定针对性治理方案。

(2)地灾治理。强调“治早治小、因地制宜”,分程度、分地区、分灾种进行治理。如针对沿河沟铺设、大开挖河流穿越、黄土塌陷、全风化花岗岩等引发的不同灾种开展精准治理。以川渝地区管道大开挖穿越治理为例:2013年起,公司先后对石亭江、清江河、涪江等原大开挖敷设的穿河管道共12处进行了定向钻改造。2017年、2018年石亭江和清江河汛期,废弃的兰成渝管道相继被冲出、冲断,充分证明穿河治理及时有效(图 2、图 3)。

                              

2.2  信息化方法

(1)天基系统地灾普查。主要利用卫星遥感监测手段,结合大数据、人工智能等信息技术,采用PS-InSAR、SBAS-InSAR、DinSAR技术进行形变监测,为管道沿线开展大范围的地质灾害隐患点普查、大范围监测、地灾风险识别、重点风险持续跟踪等提供数据支撑,实现管道沿线地质灾害早期识别。

(2)地基系统监测预警。主要利用地面传感监测设备,对重大地灾点时空演变信息进行实时监测,包括形变、地球物理场、化学场、诱发因素等,最大程度获取连续的空间变形数据,利用指数平滑法、回归分析、神经网络等大数据分析方法,分析预测灾害发展变化趋势,用于地质灾害的稳定性评价、预警预报和防治工程。

公司布设10余种监测设备对9大类灾害进行监控,现有监测点位150处,其中地灾监测点59处,应力应变监测点117处,逐步覆盖所辖区域管道并细化监测范围。

(3)监测预警平台。开发具有自主多维度分析技术的地灾监测预警平台及手机APP,能自动分析监测数据,研判严重程度,分级发布预警信息;手机端可随时查看监测数据及上传的处置信息。平台构建了基于指数平滑法和神经网络的监测预警数据综合分析和趋势研判模型,结合各监测点分别构建了针对管道和该点地质条件的阈值修正模型,开发了实时监测、预警分析、监测信息管理、组织管理、系统设置等功能,可以实现数据的实时分析、在线监测和综合预警。

3  数据恢复与对齐

通过在役管道数字化恢复手段,对内外检测、焊口排查、三桩一牌、基础地理信息等进行数字化恢复,结合IMU检测数据进行数据对齐,提高管道完整性管理数据水平。

3.1  底片数字化

利用自主开发的焊口底片档案管理系统实现了1.7万道开挖焊口射线底片数字化扫描、存储,实现老旧管道数据恢复及庞大数据信息化储存;同时根据需求研发无损检测结果自动评价系统。

3.2  数据对齐

以漏磁内检测、建设期竣工资料、地面三桩、高后果区、地质灾害、穿跨越等数据为依据,已开挖验证的焊口数据为参考,通过以IMU数据为基础的数据对齐技术(图 4),实现管道施工、内检测、高后果区、地灾点、缺陷及修复等地上地下、不同时期数据对齐,清晰直观地体现焊口与高后果区、敷设环境等因素间的关系,获得开挖焊口、三桩一牌、地灾点、高后果区、应力应变段的地理空间分布图。

4  应力应变监测检测

管道应力应变情况能够定量表征管道失效的综合风险,不停输内外监测检测是了解管道力学状况的最有效方法,所以应力应变监测检测技术是未来保证管道综合安全的重要发展方向,特别对于受力情况复杂的山地管道是重要的技术手段。西南管道公司开展了相关技术的探索和应用。

(1)在管道重点、难点段,建立了117处电阻、振弦、光纤光栅式应力应变监测点,共418个截面,并成功预警中缅管道K321滑坡等灾害。

(2)在中缅天然气管道全线开展了弯曲应变IMU内检测;能发现最小1/2000D的不合理弯曲;并且正在研究自主技术的多轮次IMU检测数据分析系统。

(3)利用超声波、磁记忆等方法开挖验证应力严重点;正在研发不受表面光洁度限制、检测精度又较好的矫顽力检测装置。

(4)针对不等壁厚环焊缝的结构应力、残余应力等的极限载荷分析评价技术开展研究,系统解答不等壁厚环焊缝受力不佳、失效占比较高等问题。

(5)研发或引进应力应变内检测技术。目前正在中缅天然气管道(曲靖—安顺、都匀—河池)试用逆磁致伸缩轴向应变内检测技术,并探索弱磁、微磁应力内检测技术应用。

5  结语

持续开展山区管道完整性技术研发,“十四五”期间重点瞄准“两高区域、三大风险、四大环节”,建立管道设计与工程防护、“全时域、全空间、全系统”在线流动仿真优化、监测检测等三方面完整性管理技术和标准体系,再结合智能化方法形成“山区管道综合智能管控体系”,从天空地不同空间维度,管道本体、外部环境不同监检测手段,实现智能自主响应和智能决策辅助功能。

 

作者简介:李开鸿,1977年生,高级工程师,西南石油大学毕业,现从事管道完整性管理工作。联系方式:028-62721201。

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