做油气管道的保健医生

    编者按 设备是石油化工行业健康运行、持续发展和开展科技创新的基础保障之一。1月8日,2018年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行。在41项石油、化学和化工类获奖项目中,有3项为装备类。这3个获奖项目在填补技术空白、解决工业“卡脖子”问题、创造经济效益方面均取得了突出成绩。本刊编辑部特组织系列报道,介绍这3个获奖项目的技术成果,以飨读者。

  1月8日,从2018年度国家科学技术奖励大会现场传出消息,中国石油大学(北京)牵头的油气管道系统完整性关键技术与工业化应用荣获国家技术发明二等奖。这让该项目的主要完成人——国家安全生产专家组成员、中国石油大学(北京)管道技术与安全研究中心主任董绍华深感兴奋与鼓舞。

  “油气管道的安全关乎我国能源供应安全和社会公共安全,不可小觑。开发具有自主知识产权的可靠的管道系统完整性关键技术,为我国油气管道找到一个医术高超的保健医,我们义不容辞。”董绍华介绍说,这项技术集合了多学科的多项科研成果,为我国乃至世界的油气输送管道的安全提供一个从管道的检测、设备的诊断、完整性评价到不停输修复等全方位的“保健”解决方案,整体技术达到国际先进水平。

  油气管道安全不容小觑

  作为我国石油能源的大动脉,我国油气输送管道长达十几万千米,分布在几十万平方千米的土地上,许多是在人迹罕见的荒野上。要保障这些管道的平稳运行不出故障并非易事。管道系统完整性关键技术就是要解决这个难题。

  董绍华告诉记者,我国油气管道干线已达到12.5万千米, 近年来油气管道泄漏事故多发。在技术方面,我国管道行业面临着三大难题,一是老旧管道事故多发,管道缺陷数量多而复杂,管道内检测精度亟待提高;二是管道输送动力设施故障诊断难度大,大型机组的微弱故障诊断及预测预警不能满足生产需求;三是管道缺陷评价和修复可靠性低,缺乏可行的管道不停输非焊接永久性修复技术。

  针对这些问题,项目研发团队从本世纪初开始进行系统地攻关工作,从全面保障油气管道安全出发,主要瞄准4个方向:一是内检测精度低、焊缝无法检测量化的问题;二是解决动力设备,早期、全面、精确诊断的难题;三是如何评价判断动力设施缺陷的可靠性;四是解决管道的不停车修复难题。

  “要实现这些目标,就必须开展系统研究,涉及电磁学、物理、机械、电子、安全、储运、信息化等多个学科门类。”董绍华表示,从2005年开始,研发团队历经十余年的艰苦攻关,终于在油气管道系统完整性关键技术上取得了多项突破,形成系统的完整性关键技术,取得了良好效果,可以为我国乃至世界的油气输送管道提供一个从管道的检测、评价、风险预警到故障修复等全方位的健康解决方案。

  创新提供全方位保障

  维持油气管道的运行状态良好,需要多项技术的组合。董绍华向记者介绍了获奖项目中包含的4项具有国际先进或领先水平的主要创新性成果,这些成果是中国石油大学(北京)、中石油、中石化团队共同合作和努力的结晶。

  一是发明了管道三轴高清漏磁内检测以及多通道高精度变形检测装置,大幅提升了管道缺陷监测的精准度,缺陷识别的精度和对复杂缺陷的识别能力均提高了10%以上。漏磁霍尔传感器采用新型集成固化耦合传感器和全数字化三维漏磁信号采集系统,使检测缺陷深度门槛值由10%~20%壁厚提高到5%~10%壁厚,检出率提高10%;多通道变形检测采用高精度角位移传感器、抗抖探头摆动装置和拓扑算法,提高定位精度10%。

  “这个检测器相当于一个游走在管道内的智能机器人,可以敏锐地检测到管道缺陷,目前检测总里程已经达到15.8万千米,国内12万千米管道已完成基线检测近50%,消除重大隐患近百起。与此同时,还大幅降低了检测费用,给企业带来的重大经济效益。”董绍华表示。

  二是开发成功动设备安全监测与预知性维护系列技术与装备,实现了储运设施压缩机/泵机组监测、检测及评价,技术覆盖了动力生产运行的各个环节,实现了动力机组的安全监测、远程监测和诊断,其中信噪比指标可以控制到0.1水平,达到世界领先水平,在技术模型和方法上实现微弱故障的提前发现,提高故障预警发现率20%以上。

  三是研发成功管道完整性评价技术方法,通过复杂缺陷动态耦合机理的研究,提出了多因素耦合双重判据失效评估及故障因果链可靠性模糊评价方法,实现了系统健康等级准确评价、故障趋势和寿命预测,传统Pairs模型预测精度80%,采用疲劳耦合理论,修正了Pairs模型,预测精度提高了5%~10%。

  四是发明了管道不停输抢维修技术方法与装备。抢修夹具技术工艺可实现在非焊接状态下永久性修复腐蚀缺陷、裂纹、以及局部穿孔情况承压能力达到12MPa;管道碳纤维复合材料修复技术与工艺方法,保障修复点的抗拉强度可达1000MPa以上,整体寿命达到50年上,行业应用普遍。

  “该项目形成30项发明专利,27项软件著作权,出版著作9部,发表论文109篇,SCI 收录49篇,研制技术装备47台套。”董绍华告诉记者,

  为管道接入大数据DNA

  董绍华告诉记者,自动化水平的提高以及传感器技术以及通讯技术的快速发展,使我国油气管网产生的数据与日俱增,巨大的数据产生量与实时的数据传输为大数据技术应用奠定了基础。

  “近些年,我们的研发团队开始在管道系统完整性的研发中更多地引入了大数据的技术,在数据采集、数据存储、建立模型、系统搭建等方面展开攻关,开发了基于大数据的GIS应急决策支持系统、基于物联网的地质灾害监测系统、基于大数据的全生命周期智能管网系统等多套系统化解决方案,这些成果均达到了国际先进水平。无论是运行管理、能耗管理、腐蚀控制还是安全管控,都离不开大数据技术。通过大数据模型和分析方法,可以深度挖掘数据价值,对智能管网的决策发挥支撑作用。”董绍华表示。

  他进一步解释道,通过建立大数据分析模型,不仅可以分析解决管道当前的泄漏、腐蚀、自然与地质灾害影响、第三方破坏等问题,而且通过数据的有效应用,还能获得腐蚀控制、能耗控制、效能管理、灾害管理、市场发展、运营控制等综合性、全局性的分析结论,为管道企业安全高效运营和可持续发展提供指导。

  这些新技术的运用有效地将生产运行实时数据和管理应用的业务数据全面整合,实现了管网的运行优化、管线安全风险的预警预测、应急抢修的联动响应,为提高我国石油企业的运营效率以及推动油气管道完整性管进入世界先进行列提供了重要抓手。

  大型设备故障诊断的现场。(企业供图)

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