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作为完整性管理计划的一部分,管理选择性缝焊缝腐蚀
2020年02月13日    阅读量:1936     新闻来源:中网信息    |  投稿

西蒙·斯莱特,首席完整性分析,ROSEN诚信服务

业界期望所有运营商采用可靠的方法进行完整性管理,以建立安全可靠的管道。必须明确解决的许多已知的对管道完整性的威胁之一是选择性焊缝焊接腐蚀(SSWC)。本文探讨了可靠地评估SSWC威胁的管道以及在主动威胁时主动管理SSWC的方法中国建材网cnprofit.com。 

多年以来,美国的管道安全法规已经定义了完整性管理的规定性最低要求,同时明确期望运营商在适当情况下应该做的比该最低要求还多。该法规还为运营商提供了采用基于性能的完整性管理方法的灵活性,从而可以优化资源的部署。 

最新发布的气体传输完整性管理规则可以解释为要求必须通过数据集成,风险评估和生产线历史明确消除威胁。在管段上必须明确消除(确认为“不存在”)或进行评估(安全地识别,减轻和管理缺陷)的那些威胁之一是选择性焊缝焊接腐蚀(SSWC)。 

针对潜在威胁或已识别威胁的常规应对措施都集中在现场调查中,通常会导致对在线检查(ILI)报告的功能进行昂贵且计划外的挖掘和维修,这些功能在评估后可以有效地证明剩余寿命到下一次检查间隔。当ILI识别出与纵向缝焊缝共处的金属损失迹象时,当前规定的对液体管线的响应似乎是一揽子补救措施,无论金属损失是SSWC还是跨越焊缝的“一般”腐蚀而没有任何选择性或它的优先组件。 

在正式法规之外,已经认识到对SSWC的响应必须不同于对“一般”腐蚀的响应。因此,运营商正在寻找可以进行区分的方法。这要求部署适当的ILI系统和完整性评估。现在有多个ILI系统可用于检测,识别和确定与纵向缝焊缝相关的关键缺陷。使用代表性材料的数据得到了很好的理解,可以进行充分的知情决策。 

线性腐蚀

SSWC是一种环境辅助机构,其中与周围的管体相比,纵向焊缝中的金属损失程度增加,并且是一种以腐蚀的纵向焊缝为中心的线性腐蚀模式。一个适当的定义是线性腐蚀,它在纵向焊接区域中比周围的管体更深。在某些情况下,周围的管体可能腐蚀有限或不存在腐蚀,在其他情况下,管体腐蚀可能已经发生,但发生的速度比纵向焊接区域中的局部腐蚀慢。 

SSWC往往具有较高的长宽比和最大深度的局部区域,通常被描述为V形(图1)。SSWC最常见于自焊接管的粘结线,例如电阻焊(ERW)或电闪焊(EFW)管1、2、3。 

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图1:SSWC5,6。

文献表明,许多因素可能是促进SSWC1的原因4: 

  • 母材和缝焊缝之间的电反应

  • 不同钢相的腐蚀速率差异

  • 焊件中的夹杂物和化学偏析

  • 夹杂物和钢之间形成缝隙

  • 硫富集

  • 缺少适当的焊后正火热处理

上面详述的许多因素与老式管道制造和老式钢相当,因此,与现代管道相比,SSWC更容易受到SSWC的影响。

腐蚀敏感性

在管理SSWC时,重要的是要考虑敏感性。确定对SSWC的敏感性的第一步就是确定管道的类型。可以从原始购买记录,工厂测试记录(MTR)或施工记录中获得此信息。在许多情况下,可能需要使用ILI,沟内评估或现有切口来验证管道类型。通常,使用高频电阻焊(HF-ERW)工艺制造的管道比使用低频或闪光焊接工艺制造的管道更不易受到影响。 

但是,在某些情况下,可以在高频ERW中观察到SSWC。进行磁化率分析时,除管道类型外还必须考虑其他因素。这些包括但不限于涂层类型和条件,阴极保护,环境和土壤条件,管道路线以及“一般”腐蚀的分布(由ILI检测)。 

同样重要的是要检查先前挖掘的现有信息,相关生产线的经验以及具有类似特征的其他生产线的行业经验。所有这些因素都可以沿着管道中心线对齐,以详细显示SSWC可能发生或发生的位置。在询问ILI数据评估和优先进行挖掘活动时,此敏感性分析至关重要。 

选择ILI系统

如前所述,SSWC大多表现出以纵向焊缝为中心的紧密的纵向金属损失,通常在较大的轻表面区域或一般腐蚀范围内。SSWC往往具有高的长宽比和V形形态。 

当考虑用于ILI的特征形态时,根据管道运营商论坛(POF)腐蚀类别(图2)7,SSWC最好被描述为轴向开槽考虑到这一点,重要的是要针对该功能类别针对POD,POI和大小优化任何ILI系统。 

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图2:POF图

测量原理

在API 1163 [6]中,ILI系统定义为“执行和解释ILI结果所需的检查工具以及相关的硬件,软件,过程和人员。”选择适当的关键字ILI系统将意识到如何优化系统的不同元素,以为目标异常和特征提供最佳诊断数据。 

这不仅涉及了解与管道的特定属性,构造和操作相关的预期工具动力学,而且还涉及不同的测量原理和传感器技术以及评估技术如何为检测,识别和确定特征尺寸提供最佳机会。 

如所讨论的,SSWC通常沿着焊接结合线形成狭窄的V形槽。它们可能很短,金属损耗的总体积很小,即使它们很长,体积变化也很小。对于ILI业务的主力来说,这种情况极具挑战性-一种基于磁通量泄漏测量的系统,其中磁通量轴向地定向到管道(MFL-A)。MFL-A工具通常非常适合点蚀和小范围的全面腐蚀。该配置对于狭窄的轴向定向特征不是理想的。

MFL技术依靠车载霍尔效应传感器检测磁通量的能力,该磁通量由于管壁厚度的减小(通常是由腐蚀引起的金属损失)而泄漏或漏出管道材料。因为SSWC是纵向定向的,所以理想的是使磁路沿圆周定向(MFL-C)(图3)。 

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图3:MFL-C ILI工具和测量原理。

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这是因为当磁通量磁场与目标特征的主要方向成90°(垂直)时,MFL技术效果最佳,从而最大程度地提高了磁通泄漏和传感器的响应。MFL-C技术专门设计用于检查主要沿纵向定向的腐蚀特征,即轴向开槽和开槽。 

在进行在线检查之前,了解ILI系统将如何响应管道材料,目标缺陷和检查条件,将有助于审核评估策略和程序。这可以通过对从服务中删除的功能部件进行拉力测试来建立。虽然确定可接受的检测概率(POD)是拉力测试的主要目标之一,但我们也着重于为ILI系统建立缺陷信号响应的“指纹”。 

通过审查这些指纹,我们就有机会验证传感器检测目标特征的能力,并确保分辨率具有足够的质量以建立合理的识别概率(POI)(图4)。 

材料特性

除了选择最合适的检查系统外,还要对制造过程有充分的了解,材料的微观结构和机械性能(YS,UTS和断裂韧性)是评估SSWC,执行特征评估和定义适当响应的主要要求。  

当材料特性的信息有限时,需要保守的假设。在老式ERW和EFW管道上,SSWC更有可能遇到问题,它们也可能具有相对较差的性能-当然,与更现代的ERW管道相比。这影响适当响应的选择。如果发现SSWC与较差的性能(即焊接区的韧性和拉伸性能)相关,那么除补救措施外,很难做出反应。 

如果可以确定材料性能相对较好(即韧性中等到很高,并且焊接区域过度匹配),则有可能基于特征评估和剩余寿命得出响应。应该注意的是,这很大程度上取决于为SSWC的特征尺寸和增长率定义强大的ILI能力,这可能很困难。

适当的SSWC增长率的行业指导原则是模棱两可的,通常被描述为管体中一般腐蚀速率的2至4倍。此外,如果腐蚀区域与纵向焊缝重合,但不是SSWC,则重要的是要建立适当的材料性能,如果要使用ASME B31.G将其视为金属损失特征。 

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图4:SSWC和信号“指纹”的示例。

SSWC分类 

对于遭受主动外部腐蚀且SSWC可信的任何管道,都会出现实际SSWC的情况,以及一般腐蚀与长缝同时发生的情况。区分这两种情况对于选择适当的响应很重要。 

对于与纵向缝焊有关的任何腐蚀异常,当前的完整性管理响应和补救要求将需要某种形式的立即或定时调查。为了从可用的ILI和材料属性数据中获取更多价值,可以为SSWC分配“可能”,“可能”或“不太可能”的分类。 

这与API RP 1176“管道破裂的评估和管理” [9]中的指南保持一致,以定义对ILI调用的适当响应。通过这种方式对SSWC进行管理,使操作员可以为挖掘活动定义结构化响应,以验证过程并根据需要对特征进行补救。 

通过使用可能性分类,可以通过优先考虑最可能的SSWC功能,同时收集所需的数据来做出明智的决定,从而集中精力集中资源和处理非常复杂和困难的工作,从而降低管道完整性的风险。应对威胁。 

实践管理

以上方法已被用来成功地区分穿过纵向缝焊缝的SSWC一般腐蚀。图5中的图像显示了一个肯定被确认为SSWC的“可能” SSWC特征和一个被确定为不包含任何选择性或优先成分的“不太可能” SSWC特征的示例。 

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图5:a)被确认为SSWC的“可能” SSWC异常。b)一个“不太可能”的SSWC异常在与纵向缝焊缝相同的位置被确认为一般腐蚀。

SSWC功能需要补救,并且可以针对一般腐蚀做出适当的响应。巴特尔产生用于评估与所述纵向焊接相关联的腐蚀准则10,1,提议流动应力为基础的模型,用于评估在所述管体的腐蚀,可以适用于与所述纵向焊接相关联的腐蚀,其前提是,除了别的以外,表征焊缝中的材料特性并等同于管体。 

结论

对潜在或已识别威胁的常规应对措施都集中在现场调查上,通常会导致对在线检查(ILI)报告的功能进行昂贵且计划外的维修,这些功能经评估可正确显示下一个检查间隔的剩余寿命。当ILI识别出与纵向缝焊缝共处的金属损失迹象时,当前规定的应对措施是一揽子补救措施。如果部署了ILI系统来区分特征类型,并且通过充分理解管道的材料特性来进行完整性评估,则这种响应可能不合适。 

现在有多个ILI系统可用于检测,识别和确定与纵向缝焊缝有关的异常,例如SSWC。通过使用优化的方法来区分SSWC,可以做出适当的响应决策以促进降低风险和有效利用资源。 


参考文献:

  1. 《选择性接缝焊接腐蚀文献评论》,美国运输部管道与危险材料安全管理局,报告编号:ANEUS 811CSEAN120106,修订版2,2012年11月11日。

  2. Brossia,S.,《选择性接缝焊缝腐蚀研究》,向PHMSA提交的DNV报告,2012年4月。

  3. 《选择性接缝焊接腐蚀文献评论》,美国运输部管道与危险材料安全管理局,报告编号:ANEUS 811CSEAN120106,修订版2,2012年11月11日。

  4. Lukezich,S.,《现代ERW管道在潮湿环境中对选择性焊缝腐蚀的敏感性》,项目PR-15-9306,目录号L51775,1998年2月。

  5. Groeneveld,TP,GO Davis和DN Williams,《电阻焊,溢料焊和感应焊管对选择性焊缝腐蚀的敏感性》,NG-18报告第199号,国际管道研究理事会,1991年。

  6. ERW和Flash缝焊失败,Battelle最终报告,JF Kiefner和K. M Kolovich,2012年9月。

  7. 管道在线检查的规范和要求,管道运营商论坛,2016版。

  8. API1160危险液体管道的系统完整性管理,2019年。

  9. API1176建议评估和管道破裂管理规范,2016年。

  10. Leis B.,Clark E.,Zhu X.,Galliher R.,《与围缝和长缝焊接相关的腐蚀评估指南》,Battelle最终报告GRI-04 / 0119。

  11. 评估老式管道中环缝或长缝焊缝的腐蚀,EPRG项目177/2014,老化管道会议,2015年。

作者:Simon Slater是位于俄亥俄州哥伦布的ROSEN Integrity Services的首席完整性工程师。Slater是一位材料和焊接工程师,提供与结构完整性评估,管道材料特性和焊接工程相关的技术咨询。他已经在ROSEN诚信服务部门工作了八年。他的大部分时间都集中在支持ROSEN UTCD和EMAT裂缝检测框架以及RoMat PGS管道材料验证框架上。


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