CN110822297B - 管道安全状态评估方法与阶梯式升压管道安全复产方法 - Google Patents

管道安全状态评估方法与阶梯式升压管道安全复产方法 Download PDF

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CN110822297B CN201911088096.0A CN201911088096A CN110822297B CN 110822297 B CN110822297 B CN 110822297B CN 201911088096 A CN201911088096 A CN 201911088096A CN 110822297 B CN110822297 B CN 110822297B
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Abstract

本发明公开了一种管道安全状态评估方法与阶梯式升压管道安全复产方法，所述管道安全状态评估方法包括以下步骤：停输管道，踏勘，对滑坡管道进行定位；通过非接触式磁力计对滑坡管道进行磁检测，并利用所述非接触式磁力计配套软件观测记录所述滑坡管道沿线的磁信号数据；计算滑坡管道沿线力‑磁关系综合指数M分布；评估滑坡管道的安全状态；所述阶梯式升压管道安全复产方法包括：根据上述方法评估管道安全状态，根据所述管道安全状态计算管道复产压力，根据所述管道复产压力实现管道安全复产。本发明能够准确检测应力集中位置，准确评估管道安全状态，实现管道安全复产。

Description

管道安全状态评估方法与阶梯式升压管道安全复产方法
技术领域
本发明涉及管道安全技术领域，特别涉及一种管道安全状态评估方法与阶梯式升压管道安全复产方法。
背景技术
在以滑坡等地质灾害为致灾体、以长输油气管道为承灾体的耦合关系中，由滑坡导致的管线事故经常发生，特别是在我国油气资源丰富的西部地区。轻者可使管线架空悬垂，重者可使管线断裂。管线泄漏或破裂不仅会立即导致火灾和爆炸，而且还会对环境产生长期的影响。
伴随着我国输油气管道的大力铺设以及数值模拟方法的高速发展，数值模拟在国内研究管土非线性接触问题中得到了大量的运用。对于滑坡管道问题，目前国内主要采用有限元数值模拟的方法来开展研究，常用的有限元分析软件包括ANSYS、ABQUS、CEASERII、FLAC3D等，通过这些有限元分析软件，建立相应的物理模型和数学模型，再设置模型的边界条件和初始条件，通过模拟计算得到管道应力分布并找到管道应力集中位置，即可分析评价管道的安全状态，从而指导之后的复产运行工作。
然而，现有技术在进行数值模拟时，边界条件的设置进行了一些人为的简化，使得模拟工况和工程实际结果存在很大差异。数值模拟的方法不能准确找到滑坡管道应力集中位置，因此不能计算出管道安全复产压力，从而不能指导管道的复产运行工作，导致复产过程中出现爆管、裂管等事故。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种管道安全状态评估方法与阶梯式升压管道安全复产方法，通过所述管道安全状态评估方法能够准确找到滑坡管道应力集中位置，从而评价管道的安全状态，基于管道安全状态的评价，即可计算出管道安全复产压力，从而指导管道的复产运行工作。
本发明的技术方案如下：
一方面，提供一种管道安全状态评估方法，包括以下步骤：
S1：停输管道，踏勘，对滑坡管道进行定位；
S2：通过非接触式磁力计对所述滑坡管道进行磁检测，并利用所述非接触式磁力计配套软件观测记录所述滑坡管道沿线的磁信号数据；
S3：根据所述磁信号数据计算管道沿线力-磁关系综合指数M分布；
S4：根据所述力-磁关系综合指数M的计算结果，评估管道安全状态；
当M≥0.5时，风险等级为Ⅰ级，高风险级；
当0.36≤M＜0.5时，风险等级为Ⅱ级，中等风险级；
当M＜0.36时，风险等级为Ⅲ级，低风险级。
进一步地，步骤S1中对滑坡管道进行定位包括：确定滑坡管道长度并测量其距离，标记滑坡管道起始点和终点。
进一步地，所述非接触式磁力计与管道之间的距离小于等于管道外径的20倍。
进一步地，所述非接触式磁力计以大于等于0.5m/s，小于等于1.0m/s的速度前进。
进一步地，步骤S2进行磁检测时，沿管道轴向进行检测，且检测长度为滑坡管道起始点与终点之间的距离、该管段前的阈值余量、以及该管段后的阈值余量之和。
进一步地，所述力-磁关系综合指数M的计算方法为：
Figure BDA0002266033930000021
式中：
M为力-磁关系综合指数，无量纲；
ΔB为磁感应强度变化模量，nT；
BS为磁感应强度初始值，nT。
另一方面，提供一种阶梯式升压管道安全复产方法，包括以下步骤：
S10：根据上述任意一项所述的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M指数分布结果为Ⅲ级，则根据下式计算管道复产压力后，进入步骤S50：
PS＝1.06PW+(0.95PD-1.06PW)·(1-Mmax) (2)
式中：
PS为管道安全复产压力，MPa；
PW为管道操作压力，MPa；
PD为管道设计压力，MPa；
Mmax为力-磁关系综合指数最大值，无量纲；
若M指数分布结果为Ⅰ级或Ⅱ级，则进入步骤S20；
S20：开挖M指数≥0.36的测点，释放应力；
S30：采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态，将此次评估计算的M指数与步骤S10中的M指数进行比较：
若开挖点的M指数未减小，则采取环氧套筒修复技术，对管道进行补强，恢复管道正常承压能力；
若开挖点的M指数减小，则根据下式计算管道复产压力：
当Mmax≥0.7时：
PS＝0.9PW+0.1PW·(1-Mmax) (3)
当0.5≤Mmax＜0.7时：
PS＝0.9PW+0.05PW·(1-Mmax) (4)
当0.36≤Mmax＜0.5时：
PS＝1.01PW+0.05PW·(1-Mmax) (5)
当Mmax＜0.36时：
PS＝1.06PW+(0.95PD-1.06PW)·(1-Mmax) (2)
S40：土方回填；
S50：根据所述管道复产压力，采用阶梯式升压方式进行管道复产。
进一步地，所述阶梯式升压具体包括以下子步骤：
S51：对管道进行分次升压，每次升压1/xPS，其中x为大于等于2的自然数，且每次升压后，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M≥0.5，则进入步骤S52；
若M＜0.5，则继续升压1/xPS，重复上述步骤，当升压至PS时，
若M≥0.5，则进入步骤S52；
若M＜0.5，则PS即为管道实际安全复产压力PTS；
S52：对管道进行分次降压，每次降压1/yPS，其中y为大于等于2的自然数，且y＞x，且每次降压后，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态，直至M＜0.5，此时压力即为管道实际安全复产压力PTS。
进一步地，所述y＝x2。
进一步地，所述x为3、4、5、6、7、8、9、10中的任意值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明操作简单、用时短，通过非接触式磁力计，能够在不对管道进行开挖的情况下，准确地检测到滑坡管道的应力集中位置；通过力-磁关系综合指数M，能够准确地评估管道安全状态；通过所述管道安全状态的评价结果，能够计算出管道安全复产压力，通过所述管道安全复产压力，采用阶梯式升压方式使管道能够实现安全复产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明管道安全状态评估方法进行磁检测的技术原理示意图；
图2为本发明阶梯式升压管道安全复产方法一个具体实施例的操作流程示意图；
图3为一个具体实施例滑坡管道沿线M指数分布示意图；
图4为图3实施例管道开挖释放应力后，管道沿线M指数分布示意图；
图5为图3实施例管道升压至1/3PS时，管道沿线M指数分布示意图；
图6为图3实施例管道升压至2/3PS时，管道沿线M指数分布示意图；
图7为图3实施例管道升压至PS时，管道沿线M指数分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。
一方面，本发明提供一种管道安全状态评估方法，包括以下步骤：
S1：停输管道，踏勘，对滑坡管道进行定位。
在一个具体的实施例中，对滑坡管道进行定位包括：确定滑坡管道长度并测量其距离，标记滑坡管道起始点和终点。
S2：通过非接触式磁力计对所述滑坡管道进行磁检测，并利用所述非接触式磁力计配套软件观测记录所述滑坡管道沿线的磁信号数据。
在一个具体的实施例中，所述非接触式磁力计与管道之间的距离小于等于管道外径的20倍，所述非接触式磁力计以大于等于0.5m/s，小于等于1.0m/s的速度前进。
在一个具体的实施例中，所述非接触式磁力计以大于等于0.5m/s，小于等于0.7m/s的速度前进。
在另一个具体的实施例中，所述非接触式磁力计以大于等于0.6m/s，小于等于0.8m/s的速度前进。
在另一个具体的实施例中，所述非接触式磁力计以1.0m/s的速度匀速前进。
在一个具体的实施例中，进行磁检测时，沿管道轴向进行检测，检测长度为滑坡管道起始点与终点之间的距离、该管段前的阈值余量、以及该管段后的阈值余量之和。
可选地，所述管段前的阈值余量以及管段后的阈值余量范围均为10m至150m。
可选地，所述管段前的阈值余量等于所述管段后的阈值余量。
在一个具体的实施例中，所述管段前的阈值余量与所述管段后的阈值余量均为50m。
在另一个具体的实施例中，所述管段前的阈值余量与所述管段后的阈值余量均为60m。
在另一个具体的实施例中，所述管段前的阈值余量与所述管段后的阈值余量均为30m。
在另一个具体的实施例中，所述管段前的阈值余量为40m，所述管段后的阈值余量为55m。
S3：根据所述磁信号数据计算管道沿线力-磁关系综合指数M分布，所述力-磁关系综合指数M的计算方法为：
Figure BDA0002266033930000051
式中：
M为力-磁关系综合指数，无量纲；
ΔB为磁感应强度变化模量，nT；
BS为磁感应强度初始值，nT。
S4：根据所述力-磁关系综合指数M的计算结果，评估管道安全状态：
当M≥0.5时，风险等级为Ⅰ级，高风险级；此时，建议立即采取维修维护措施。
当0.36≤M＜0.5时，风险等级为Ⅱ级，中等风险级；此时，建议重点监控，定期维修。
当M＜0.36时，风险等级为Ⅲ级，低风险级。此时，管道安全，可正常使用。
在使用本发明时，所述磁检测的技术原理如下：
地球是一个巨大的磁体，钢制管道埋设在地球的土壤中会受到地磁场的磁化作用，从而产生磁场具有磁性。如果埋设在土壤中的管道存在缺陷，同时管道中有周期性变化的负荷压力。那么在压力增大的过程中，管体的缺陷处就会形成较大的内应力。由于铁磁物质的磁弹性效应，在管道内部产生的应力作用下，管道缺陷处的磁场增强，产生外漏的磁场也叫漏磁场。当管道中压力减小时，缺陷处的应力减小，该处的磁场也随之变小，但由于铁磁性材料存在磁滞效应，该处的磁场无法恢复到原来的数值，而是比原磁场强度少量的增大。
如图1所示，操作人员使用非接触式磁力计在管道上方沿着管线轴向进行检测，所述非接触式磁力计会获取磁场的矢量数据。当管道出现应力集中时，管道磁场将出现明显的变化，将检测数据输入磁力层析检测的专用软件后，进行数据处理和分析。根据管道上方的磁场变化情况，并且结合现场的实际情况，最终评估管道应力状态和风险等级。
另一方面，本发明还提供一种阶梯式升压管道安全复产方法，包括以下步骤：
S10：根据上述任意一项所述的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M指数分布结果为Ⅲ级，则根据下式计算管道复产压力后，进入步骤S50：
PS＝1.06PW+(0.95PD-1.06PW)·(1-Mmax) (2)
式中：
PS为管道安全复产压力，MPa；
PW为管道操作压力，MPa；
PD为管道设计压力，MPa；
Mmax为力-磁关系综合指数最大值，无量纲；
若M指数分布结果为Ⅰ级或Ⅱ级，则进入步骤S20；
S20：开挖M指数≥0.36的测点，释放应力；
S30：采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态，将此次评估计算的M指数与步骤S10中的M指数进行比较：
若开挖点的M指数未减小，则采取环氧套筒修复技术，对管道进行补强，恢复管道正常承压能力；
若开挖点的M指数减小，则根据下式计算管道复产压力：
当Mmax≥0.7时：
PS＝0.9PW+0.1PW·(1-Mmax) (3)
当0.5≤Mmax＜0.7时：
PS＝0.9PW+0.05PW·(1-Mmax) (4)
当0.36≤Mmax＜0.5时：
PS＝1.01PW+0.05PW·(1-Mmax) (5)
当Mmax＜0.36时：
PS＝1.06PW+(0.95PD-1.06PW)·(1-Mmax) (2)
S40：土方回填；
S50：根据所述管道复产压力，采用阶梯式升压方式进行管道复产。
在一个具体的实施例中，所述阶梯式升压具体包括以下子步骤：
S51：对管道进行分次升压，每次升压1/xPS，其中x为大于等于2的自然数，且每次升压后，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M≥0.5，则进入步骤S52；
若M＜0.5，则继续升压1/xPS，重复上述步骤，当升压至PS时，
若M≥0.5，则进入步骤S52；
若M＜0.5，则PS即为管道实际安全复产压力PTS；
S52：对管道进行分次降压，每次降压1/yPS，其中y为大于等于2的自然数，且y＞x，且每次降压后，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态，直至M＜0.5，此时压力即为管道实际安全复产压力PTS。
可选的，所述y＝x2。
可选的，所述x为3、4、5、6、7、8、9、10中的任意值。
在一个具体的实施例中，x＝3，y＝9，则所述阶梯式升压具体包括以下子步骤：
S51'：将管道升压至1/3PS，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M≥0.5，则进入步骤S52'；
若M＜0.5，则进入步骤S53'；
S52'：对管道进行分次降压，每次降压1/9PS，且每次降压后，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态，直至M＜0.5，此时压力即为管道实际安全复产压力PTS；
S53'：将管道升压至2/3PS，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M≥0.5，则进入步骤S52'；
若M＜0.5，则进入步骤S54'；
S54'：将管道升压至PS，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M≥0.5，则进入步骤S52'；
若M＜0.5，则PS即为管道实际安全复产压力PTS。
本实施例阶梯式升压管道安全复产方法的操作流程如图2所示。
在一个具体的实施例中，对某大管径长输管线滑坡管段进行管道安全状态评估以及阶梯式升压实现管道安全复产。
根据本发明的管道安全状态评估方法，采用非接触式磁力计Grad-03-500对该大管径长输管线滑坡管段进行磁检测，并利用所述非接触式磁力计配套的综合数据采集处理机，观测记录所述滑坡管道沿线的磁信号数据，根据所述磁信号数据计算所述滑坡管道沿线力-磁关系综合指数M分布，结果如如图3所示。根据图3可知，所述滑坡管段有三个测点的M指数大于0.36且小于0.5，风险等级为Ⅱ级，中等风险级；所有M指数均低于0.5，未出现风险等级为Ⅰ级的测点。
根据上述检测结果，对风险等级处于Ⅱ级的测点位置进行开挖释放应力，再次采用非接触式磁力计检测得到管段沿线M指数如图4所示。由图4可知，开挖后各点M指数均下降，滑坡管段风险等级均处于Ⅲ级，说明开挖能够有效的降低管道应力且释放应力的效果显著。
根据开挖后滑坡管道沿线的M值，计算出管道安全复产压力PS＝6.80MPa。复产运行时，采用阶梯式升压方法，管道第一阶段升压至1/3PS＝2.27MPa，采用非接触式磁力计检测得到管段沿线M指数如图5所示。由图5可知，在复产运行过程中，随着管道压力的升高，管道应力变大，管道沿线M指数也随之增加，但管道风险等级均处于Ⅲ级，并未出现应力突变的情况。
管道继续升压至2/3PS＝4.53MPa，采用非接触式磁力计检测得到管段沿线M指数如图6所示。由图6可知，随着管道压力升高，管道沿线M指数继续变大，管道风险等级均处于Ⅲ级，未出现应力突变的情况。
管道继续升压至复产运行安全工作压力PS＝6.80MPa，采用非接触式磁力计检测得到管段沿线M指数如图7所示。由图7可知，随着管道压力升高，管道沿线M指数继续变大，管道风险等级均处于Ⅲ级，未出现应力突变的情况，说明本文计算出的滑坡管道安全复产压力PS数值真实可靠，即为管道实际安全复产压力PTS。
综上所述，在该大管径长输管线滑坡管段进行阶梯式升压，实现管道安全复产时，在分次升压过程中，滑坡管段未出现管道应力突变，使得力-磁关系综合指数M≥0.5的情况，说明本发明能够有效的找到滑坡管道应力集中位置并准确地评估管道的安全状态，以及实现管道的安全复产。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种管道安全状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：停输管道，踏勘，对滑坡管道进行定位；
S2：通过非接触式磁力计对所述滑坡管道进行磁检测，并利用所述非接触式磁力计配套软件观测记录所述滑坡管道沿线的磁信号数据；
S3：根据所述磁信号数据计算所述滑坡管道沿线力-磁关系综合指数M分布，所述力-磁关系综合指数M的计算方法为：
Figure FDA0002827676330000011
式中：M为力-磁关系综合指数，无量纲；ΔB为磁感应强度变化模量，nT；BS为磁感应强度初始值，nT；
S4：根据所述力-磁关系综合指数M的计算结果，评估管道安全状态：
当M≥0.5时，风险等级为Ⅰ级，高风险级；
当0.36≤M＜0.5时，风险等级为Ⅱ级，中等风险级；
当M＜0.36时，风险等级为Ⅲ级，低风险级。
2.根据权利要求1所述的管道安全状态评估方法，其特征在于，步骤S1中对滑坡管道进行定位包括：确定滑坡管道长度并测量其距离，标记滑坡管道起始点和终点。
3.根据权利要求1所述的管道安全状态评估方法，其特征在于，所述非接触式磁力计与管道之间的距离小于等于管道外径的20倍。
4.根据权利要求1所述的管道安全状态评估方法，其特征在于，所述非接触式磁力计以大于等于0.5m/s，小于等于1.0m/s的速度前进。
5.根据权利要求1所述的管道安全状态评估方法，其特征在于，步骤S2进行磁检测时，沿管道轴向进行检测，检测长度为滑坡管道起始点与终点之间的距离、该管段前的阈值余量、以及该管段后的阈值余量之和。
6.一种阶梯式升压管道安全复产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：根据权利要求1-5中任意一项所述的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M指数分布结果为Ⅲ级，则根据下式计算管道复产压力后，进入步骤S50：
PS＝1.06PW+(0.95PD-1.06PW)·(1-Mmax) (2)
式中：
PS为管道安全复产压力，MPa；
PW为管道操作压力，MPa；
PD为管道设计压力，MPa；
Mmax为力-磁关系综合指数最大值，无量纲；
若M指数分布结果为Ⅰ级或Ⅱ级，则进入步骤S20；
S20：开挖M指数≥0.36的测点，释放应力；
S30：采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态，将此次评估计算的M指数与步骤S10中的M指数进行比较：
若开挖点的M指数未减小，则采取环氧套筒修复技术，对管道进行补强，恢复管道正常承压能力；
若开挖点的M指数减小，则根据下式计算管道复产压力：
当Mmax≥0.7时：
PS＝0.9PW+0.1PW·(1-Mmax) (3)
当0.5≤Mmax＜0.7时：
PS＝0.9PW+0.05PW·(1-Mmax) (4)
当0.36≤Mmax＜0.5时：
PS＝1.01PW+0.05PW·(1-Mmax) (5)
当Mmax＜0.36时：
PS＝1.06PW+(0.95PD-1.06PW)·(1-Mmax) (2)
S40：土方回填；
S50：根据所述管道复产压力，采用阶梯式升压方式进行管道复产。
7.根据权利要求6所述的阶梯式升压管道安全复产方法，其特征在于，所述阶梯式升压具体包括以下子步骤：
S51：对管道进行分次升压，每次升压1/xPS，其中x为大于等于2的自然数，且每次升压后，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态：
若M≥0.5，则进入步骤S52；
若M＜0.5，则继续升压1/xPS，重复上述步骤，当升压至PS时，
若M≥0.5，则进入步骤S52；
若M＜0.5，则PS即为管道实际安全复产压力PTS；
S52：对管道进行分次降压，每次降压1/yPS，其中y为大于等于2的自然数，且y＞x，且每次降压后，采用步骤S10中相同的管道安全状态评估方法，评估管道安全状态，直至M＜0.5，此时压力即为管道实际安全复产压力PTS。
8.根据权利要求7所述的阶梯式升压管道安全复产方法，其特征在于，所述y＝x2。
9.根据权利要求7或8所述的阶梯式升压管道安全复产方法，其特征在于，所述x为3、4、5、6、7、8、9、10中的任意值。
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