天然氣長輸管道內檢測技術及在靖西線中的應用

摘 要：管道內智能檢測器，目前應用較為廣泛的是超聲波檢測器和漏磁檢測器。智能檢測由于其檢測的連續性和全面性，可完整的檢驗管道內、外腐蝕及焊縫缺陷，使管道的腐蝕狀況更詳細，全面，準確，因此該技術是目前國際上公認的管道最佳檢測方法。陜西省天然氣股份有限公司生產運行部為保證長輸管線始終處于安全的運行狀態，近年來在加強該管線的完整性管理方面做了大量的工作，首次應用管道內檢測技術對長輸管道進行了風險評價和隱患的處理。在此將第一手的珍貴資料與同行分享，以便各位在今后長輸管道管理中借鑒。

關鍵詞：長輸管道；內檢測技術；應用

1 管道內檢測技術

我們知道如果管材本身不受腐蝕，管壁不發生變化的話，在通常情況下管道的輸送是處于安全狀態的，然而要想掌握管道的腐蝕狀況，目前主要是通過兩種檢測方法（外檢、內檢）來達到。管道外部檢測主要是通過對陰保系統和管道防腐層的間接檢測，來定點開挖檢測管道內、外壁缺陷，對管道的安全運行狀態作出判斷和評價，所以管道外部檢測只能對管道的開挖點進行管道腐蝕評價，不能對管道進行連續性和全面性的安全評價。而進行管道內部檢測時，檢測器隨輸送的介質在檢測管道內運行，檢測具有連續性和全面性，對管道剩余強度評價、管道剩余壽命預測和風險性評價更加準確、連續和全面。

1.1 管道內檢測技術的發展

管道內智能檢測器，目前應用較為廣泛的是超聲波檢測器和漏磁檢測器。智能檢測由于其檢測的連續性和全面性，可完整的檢驗管道內、外腐蝕及焊縫缺陷，使管道的腐蝕狀況更詳細，全面，準確，因此該技術是目前國際上公認的管道最佳檢測方法。

早在1965年美國Tuboscopc公司就已將漏磁通（MFL）無損檢測（NDT）技術成功地應用于油氣長輸管道的內檢測，緊接著其他的無損內檢測技術也相繼產生，并在嘗試中發現其有著廣泛的應用前景。

目前國外較有名的檢測公司有美國的Tuboscopc GE PII、英國的British Gas、德國的Pipetronix、加拿大的Corrpro，且其產品已基本上達到了系列化和多樣化。內檢測器按功能可分為用于檢測管道幾何變形的測徑儀、用于管道泄漏檢測儀、用于對因腐蝕產生的體積型缺陷檢測的漏磁通檢測器、用于裂紋類平面型缺陷檢測的渦流檢測儀、超聲波檢測儀以及以彈性剪切波為基礎的裂紋檢測設備等。目前應用較為廣泛的幾種方法有：

1.1.1 測徑檢測技術

該技術主要用于檢測管道因外力引起的幾何變形，確定變形具體位置，有的采用機械裝置，有的采用磁力感應原理，可檢測出凹坑、橢圓度、內徑的幾何變化以及其他影響管道內有效內徑的幾何異常現象。

1.1.2 泄漏檢測技術

目前較為成熟的技術是壓差法和聲波輻射方法。前者由一個帶測壓裝置儀器組成，被檢測的管道需要注以適當的液體。泄漏處在管道內形成最低壓力區，并在此處設置泄漏檢測儀器；后者以聲波泄漏檢測為基礎，利用管道泄漏時產生的20～40 kHz范圍內的特有聲音，通過帶適宜頻率選擇的電子裝置對其進行采集，在通過里程輪和標記系統檢測并確定泄漏處的位置。

1.1.3 漏磁通檢測技術（MFL）

在所有管道內檢測技術中，漏磁通檢測歷史最長，因其能檢測出管島內、外腐蝕產生的體積型缺陷，對檢測環境要求低，可兼用于輸油和輸氣管道，可間接判斷涂層狀況，其應用范圍最為廣泛。由于漏磁通量是一種相對的噪音過程，即使沒有對數據采取任何形式的放大，異常信號在數據記錄中也很明顯，其應用相對較為簡單。值得注意的是，使用漏磁通檢測儀對管道檢測時，需控制清管器的運行速度，漏磁通對其運載工具運行速度相當敏感，雖然目前使用的傳感器替代傳感器線圈降低了對速度的敏感性，但不能完全消除速度的影響。該技術在對管道進行檢測時，要求管壁達到完全磁性飽和。因此測試精度與管壁厚度有關，厚度越大，精度越低，其適用范圍通常為管壁厚度不超過12 mm。該技術的精度不如超聲波的高，對缺陷準確高度的確定還需依賴操作人員的經驗。

1.1.4 壓電超聲波檢測技術

壓電超聲波檢測技術原理類似于傳統意義上的超聲波檢測，傳感器通過液體耦合與管壁接觸，從而測出管道缺陷。超聲波檢測對裂紋等平面型缺陷最為敏感，檢測精度很高，是目前發現裂紋最好的檢測方法。但由于傳感器晶體易脆，傳感器元件在運行管道環境中易損壞，且傳感器晶體需通過液體與管壁保持連續的耦合，對耦合劑清潔度要求較高。因此僅限于液體輸送管道。

1.1.5 電磁波傳感檢測技術（EMAT）

超聲波能在一種彈性導電介質中得到激勵，而不需要機械接觸或液體耦合。這種技術是利用電磁物理學原理以新的傳感器替代了超聲波檢測技術中的傳統壓電傳感器。當電磁波傳感器載管壁上激發出超聲波能時，波的傳播采取已關閉內、外表面作為\"波導器\"的方式進行， 當管壁是均勻的，波延管壁傳播只會受到衰減作用；當管壁上有異常出現時，在異常邊界處的聲阻抗的突變產生波的反射、折射和漫反射，接收到的波形就會發生明顯的改變。由于基于電磁聲波傳感器的超生壁檢測最重要的特征是不需要液體耦合劑來確保其工作性能。因此該技術提供了輸氣管道超聲波檢測的可行性，是替代漏磁通檢測的有效方法。

以上檢測技術中，目前應用最為廣泛的當數漏磁檢測技術和超聲波檢測技術。由于超聲波檢測器在進行管道檢測時的局限性較大，因此國際上進行管道內智能檢測時多采用漏磁檢測器進行管道內檢測。漏磁檢測器如圖1所示

1.2 管道內檢測技術的原理

管道內檢測技術是將各種無損檢測（NDT）設備加在管道清管器（PIG）上，將原來用作清掃的非智能改為有信息采集、處理、存儲等功能的智能型管道缺陷檢測器（SMART PIG），通過清管器在管道內的運動，達到檢測管道缺陷的目的。

漏磁檢測器的原理是：根據霍爾效應原理，對管道施加強的磁場，使管道達到磁飽和狀態。當管道材質連續、均勻時，管道中的感應線位于管道內且與管道表面平行；當管道有金屬損耗缺陷時，管道金屬損耗缺陷會引起磁感應線形狀的改變，一部分磁感應線會繞過金屬損耗缺陷在管道表面附近的空間中形成漏磁場，當采用對漏磁場敏感的傳感器加以探測，通過檢測漏磁場的變化來檢測管道中的缺陷。原理如圖2所示。

1.3 內檢測技術在靖西一線的應用

我們于2007年4月使用漏磁檢測器完成對陜西省天然氣股份有限公司靖西一線化子坪-延安70km的管道內檢測，在進行腐蝕檢測前對管道進行了多次清管作業（清管器如圖3所示），在管道條件滿足檢測要求的情況下進行了變形檢測和腐蝕檢測。

由于管道輸送的介質是天然氣，因此檢測器運行速度的快慢和平穩性對管道內檢測的成功有較大的影響。本次？椎426腐蝕檢測器運行速度范圍是：0.5～5米/秒，本次檢測期間檢測器運行速度較平穩，速度波動范圍是：1.59～3.67米/秒，運行期間平均速度是2.41米/秒，滿足腐蝕檢測器的最佳運行速度要求。檢測器全程運行速度如圖4所示。

此次檢測在化子坪站至延安站段發現管道上存在金屬損失265處，其中外腐蝕263處，內腐蝕2處，最嚴重的金屬損失深度達到管道正常壁厚的36%。結合現場開挖的情況來看，這些金屬損失缺陷主要是由于防腐、運輸和敷設過程中產生的機械損傷。缺陷統計見表1、表2，缺陷分布見圖5，管道上的機械損傷缺陷見圖6。

在此次內檢測工作完成后，我們依據ASME B31G標準對靖西一線管道進行了相應的安全評估，從評價的情況來看，該段管道運行情況良好，腐蝕情況相對較輕，最嚴重處缺陷的剩余壽命為2.4年。通過此次內檢測，對管道的腐蝕情況有了較全面的了解，為今后制定管道安全運行的決策提供了很好的依據。

2 管道修復技術

無論何種材質的管道，一旦建成后，都會連續不斷地受到各種機制的侵襲和破壞。因此，管道維修技術已經得到越來越多的管道運營商和石油天然氣公司的重視。目前用于管道補強的幾種常用的方法有堆焊、打補丁、打套筒、碳纖維補強、夾具注環氧等。

對2007年4月內檢測發現的金屬外表面缺陷，我們委托專業公司采用碳纖維補強技術進行了修復，從已實施的5處近一年的運行情況觀察，總體效果良好，保障了管道的安全穩定運行。

總之，我公司在管道完整性管理方面做了一些努力，但離國際和國內先進水平還有很大的差距，特別是在管道智能檢測和金屬缺陷風險評估及地質災害風險評估方面還很薄弱，容易出現風險的誤判，埋下安全隱患或著出現投資浪費，這些方面還需進一步加強。