管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在輸氣管道中的研究與應(yīng)用

孫博，聶文

(中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，濟(jì)南 250000)

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管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在輸氣管道中的研究與應(yīng)用

孫博，聶文

(中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，濟(jì)南 250000)

摘要：管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)可完整地檢驗(yàn)管道內(nèi)、外腐蝕及焊縫缺陷,詳細(xì)介紹了該技術(shù)的分類、適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。選擇了變形檢測(cè)器和漏磁腐蝕檢測(cè)器應(yīng)用于榆濟(jì)輸氣管道中，通過對(duì)檢測(cè)器性能指標(biāo)的分析、內(nèi)檢測(cè)作業(yè)的流程介紹以及檢測(cè)結(jié)果的評(píng)估，闡述了管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在輸氣管道的運(yùn)行管理中的重要作用，可全面了解管道現(xiàn)狀，及時(shí)排除安全隱患，保證管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：輸氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)技術(shù)指標(biāo)

中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司主要從事榆林-濟(jì)南天然氣長(zhǎng)輸管道的運(yùn)營(yíng)管理，擔(dān)負(fù)著向陜西、山西、河南、山東、河北等省份的供氣任務(wù)。管道投入運(yùn)行5a來，累計(jì)輸送1.6×1010m3天然氣，在提供清潔能源的同時(shí)，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著管道運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，定期對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，掌握管道內(nèi)、外部情況變化，是保證管道安全、平穩(wěn)運(yùn)行的重要措施。該公司近年來在管道完整性管理方面做了大量工作，首次應(yīng)用管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)榆濟(jì)輸氣管道進(jìn)行了全面檢測(cè)，通過對(duì)管道的檢測(cè)與安全評(píng)價(jià)，不僅可以大幅降低管線事故發(fā)生率，而且可以避免不必要和無計(jì)劃的管道維修和更換，從而獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

對(duì)輸氣管道進(jìn)行檢測(cè)主要有外檢和內(nèi)檢兩種方式，管道外檢測(cè)主要通過對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)及防腐層的間接檢測(cè)來定點(diǎn)開挖檢測(cè)管道缺陷，所以管道外檢測(cè)只能對(duì)管道開挖點(diǎn)進(jìn)行管道腐蝕評(píng)價(jià)，不能對(duì)管道進(jìn)行連續(xù)性、全面性的評(píng)價(jià)。而進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)器隨介質(zhì)在管道內(nèi)運(yùn)行，檢測(cè)具有連續(xù)性、全面性，對(duì)管道的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)、管道剩余壽命預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更加準(zhǔn)確、連續(xù)、全面。管道中可以被檢測(cè)到的缺陷主要有3種類型： 幾何形狀異常、金屬損失(腐蝕、劃傷等)、裂紋。對(duì)應(yīng)于上述缺陷類型，各專業(yè)檢測(cè)公司生產(chǎn)有對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器，按照檢測(cè)器功能，可分為幾何變形檢測(cè)器、金屬檢測(cè)器、裂紋檢測(cè)器等。

1.1測(cè)徑檢測(cè)技術(shù)

管道幾何形狀的異常多因受到外部機(jī)械力或焊接殘余應(yīng)力等原因造成，通過使用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置可以檢測(cè)出各種原因造成的、影響管道有效內(nèi)徑的幾何異常現(xiàn)象并確定其程度和位置。測(cè)徑器是用于檢測(cè)、定位和測(cè)量管壁幾何形狀異常的，常用的測(cè)徑器使用一定排列的機(jī)械抓手或有機(jī)械抓手的輻射架。機(jī)械抓手壓著管道內(nèi)壁并會(huì)因橫斷面的任何變化引起偏移，這些偏移可能是由于一個(gè)凹陷、偏圈、褶皺或附著在管壁上的碎屑引起的。捕捉到的偏移信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)存儲(chǔ)到機(jī)載的存儲(chǔ)器上，將1次運(yùn)行后的數(shù)據(jù)取出并使用合適的軟件加以分析和顯示，從而確定那些可影響到管道完整性的異常點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的測(cè)徑器提供的被測(cè)管徑范圍從100～1500mm不等，其靈敏度通常為管段直徑的0.2%～1.0%，精度大約為0.1%～2.0%。

1.2金屬損失檢測(cè)技術(shù)

1.2.1漏磁通檢測(cè)技術(shù)(MFL)

在所有管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)中，漏磁通檢測(cè)技術(shù)歷史最長(zhǎng)，因其能檢測(cè)出管道內(nèi)、外腐燭產(chǎn)生的體積型缺陷，對(duì)檢測(cè)環(huán)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(yīng)用范圍最為廣泛。檢測(cè)原理： 在油氣管道檢測(cè)中利用永久性磁鐵將管道管壁飽和磁化，與被測(cè)管壁形成磁回路，當(dāng)管壁沒有缺陷時(shí)，磁力線囿于管壁之內(nèi)；當(dāng)管壁存在缺陷時(shí)，磁力線會(huì)穿出管壁產(chǎn)生漏磁。通過此原理制成的檢測(cè)器主探頭拾取金屬損失處的漏磁信號(hào)，探頭能夠區(qū)分管道內(nèi)壁和外壁金屬損失缺陷。里程輪系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄管道里程信息。地面標(biāo)記系統(tǒng)記錄檢測(cè)器通過設(shè)標(biāo)點(diǎn)上方的準(zhǔn)確時(shí)間，結(jié)合所釆集的管道里程信息精確確定管道缺陷所在管道的里程位置，同時(shí)周向傳感器能夠確定缺陷所在管道的周向位置。

1.2.2壓電超聲波檢測(cè)技術(shù)

壓電超聲波檢測(cè)技術(shù)原理類似于傳統(tǒng)意義上的超聲波檢測(cè)，傳感器通過液體耦合與管壁接觸，從而測(cè)出管道缺陷。超聲波檢測(cè)對(duì)裂紋等平面型缺陷較敏感，檢測(cè)精度很高，是目前發(fā)現(xiàn)裂紋最好的檢測(cè)方法。但由于傳感器晶體易脆，傳感器元件在運(yùn)行管道環(huán)境中易損壞，且傳感器晶體需通過液體與管壁保持連續(xù)的耦合，對(duì)耦合劑清潔度要求較高，因而僅限于液體輸送管道。

1.2.3電磁波傳感檢測(cè)技術(shù)(EMAT)

超聲波能在一種彈性導(dǎo)電介質(zhì)中得到激勵(lì)，而不需要機(jī)械接觸或液體耦合。EMAT利用電磁物理學(xué)原理以新的傳感器替代了超聲波檢測(cè)技術(shù)中的傳統(tǒng)壓電傳感器。當(dāng)電磁波傳感器載管壁上激發(fā)出超聲波能時(shí)，波的傳播采取已關(guān)閉內(nèi)、外表面作為“波導(dǎo)器”的方式進(jìn)行，當(dāng)管壁是均勻的，波延管壁傳播只會(huì)受到衰減作用；當(dāng)管壁上有異常出現(xiàn)時(shí)，在異常邊界處的聲阻抗的突變產(chǎn)生波的反射、折射和漫反射，接收到的波形就會(huì)發(fā)生明顯的改變。由于基于電磁聲波傳感器的超聲壁檢測(cè)最重要的特征是不需要液體耦合劑來確保其工作性能，因而該技術(shù)提供了輸氣管道超聲波檢測(cè)的可行性，是替代漏磁通檢測(cè)的有效方法。

1.3各檢測(cè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

綜合以上各檢測(cè)器的使用范圍和檢測(cè)方法，總結(jié)各檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，見表1所列。

表1　各檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

2管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在榆濟(jì)輸氣管道中的應(yīng)用

2.1檢測(cè)技術(shù)的選用

榆濟(jì)輸氣管道是一條運(yùn)行近5a的在役輸氣管道，需要選擇技術(shù)成熟、操作相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)管道內(nèi)流體不會(huì)造成其他影響的檢測(cè)方法。根據(jù)目前大多數(shù)管道檢測(cè)方法，本次榆濟(jì)管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)選擇了幾何變形檢測(cè)和漏磁檢測(cè)方法，因?yàn)樯鲜鰞煞N方法僅在國(guó)內(nèi)就在包括西氣東輸一、二線，陜京一、二線，澀寧蘭管道等多個(gè)大口徑輸氣管道和蘭成渝油品管道等近萬多公里的油氣管道中得到大范圍的應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)成熟，檢測(cè)服務(wù)商隊(duì)伍也較多，便于遴選。管道企業(yè)可通過這兩種方法的檢測(cè)結(jié)果綜合來判斷管道本體的情況。

2.2檢測(cè)器的技術(shù)指標(biāo)

2.2.1變形檢測(cè)器

該輸氣管道本次內(nèi)檢測(cè)作業(yè)選取了高精度多通道變形檢測(cè)器，該變形檢測(cè)器可以檢測(cè)到管道凹陷、橢圓度變形、壁厚變化、造成管道內(nèi)徑變化的管道附件、管道長(zhǎng)度、閥門、三通、環(huán)焊縫、彎頭等信息。運(yùn)用變形檢測(cè)器能找到變形點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，確定其尺寸大小，以便及時(shí)改造，消除隱患，確保管線安全、高效、平穩(wěn)地運(yùn)行，其參數(shù)見表2所列。

表2　高精度變形檢測(cè)器技術(shù)指標(biāo)

2.2.2漏磁腐蝕檢測(cè)器

該輸氣管道本次內(nèi)檢測(cè)作業(yè)選取了高清晰度漏磁檢測(cè)器，該檢測(cè)器是一個(gè)智能檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄金屬管體上的一般缺陷、坑狀缺陷、大面積腐蝕、機(jī)械損傷、內(nèi)部缺陷、焊縫異常、劃痕、打孔盜油點(diǎn)等管道異常缺陷信息及套管、補(bǔ)丁、閥門、三通等管道附件。通過后期數(shù)據(jù)分析處理，可以確定管道異常缺陷信息及相關(guān)管道附件的精確位置和尺寸大小，其參數(shù)見表3所列。

表3　高清晰度漏磁腐蝕檢測(cè)器技術(shù)指標(biāo)

續(xù)　表3

2.3內(nèi)檢測(cè)作業(yè)過程

該公司自2015年6月16日至6月19日，使用泡沫清管器、四碟清管器、兩直四碟測(cè)徑清管器、兩直四碟鋼刷清管器、兩直兩碟磁力清管器對(duì)汾陽輸氣站-平遙輸氣站間的管道進(jìn)行了7次清管，在確認(rèn)清管效果滿足檢測(cè)器運(yùn)行要求后，投運(yùn)φ711高精度變形檢測(cè)器1次，φ711高清晰度漏磁腐蝕檢測(cè)器1次。

φ711高精度變形檢測(cè)器運(yùn)行速度范圍： 0.1～4.0m/s，該次檢測(cè)運(yùn)行期間平均速度滿足檢測(cè)器最佳運(yùn)行速度要求，檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線如圖1所示。

圖1　變形檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線示意

φ711高清晰度漏磁腐蝕檢測(cè)器運(yùn)行速度范圍： 0.1～4.0m/s，該次檢測(cè)期間檢測(cè)器運(yùn)行速度平穩(wěn)，運(yùn)行期間平均速度是1.9m/s，滿足檢測(cè)器的最佳運(yùn)行速度要求，檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線圖如圖2所示。

2.4檢測(cè)結(jié)果

通過對(duì)榆濟(jì)輸氣管道汾陽輸氣站-平遙輸氣站間的管道進(jìn)行變形檢測(cè)和腐蝕檢測(cè)，檢測(cè)器各通道信號(hào)清晰完整，信號(hào)質(zhì)量良好。對(duì)該管道變形檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，在管道上未發(fā)現(xiàn)不小于管道外徑5%的變形點(diǎn)；對(duì)該管道腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，在管道上未發(fā)現(xiàn)深度不小于管道正常壁厚50%以上的金屬損失點(diǎn)。

圖2　腐蝕檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線示意

3結(jié)束語

管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)于輸氣管道的運(yùn)行管理具有重要意義，各油氣輸送管道應(yīng)定期開展管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)，通過開展管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)可以全面了解管道現(xiàn)狀、及時(shí)排除安全隱患、合理利用維修費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)管道的科學(xué)管理，保證輸氣管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行，以更好地實(shí)現(xiàn)油氣輸送企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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Study and Application of Inner Measurement Technology in Gas Transportation Pipeline

Sun Bo, Nie Wen

(Sinopec Yuji Natural Gas Pipeline Branch, Ji’nan, 250000, China)

Abstract:The pipeline inner detection technology can be used to detect internal and external corrosion and weld defects of the pipeline completely. The technical classification, applicable range, advantages and disadvantages are detailed introduced. Deformation detector and magnetic leakage detector are selected to be applied in Yuji gas transportation pipeline. The importance of pipeline inner detection technology in operation management of gas transportation pipeline are expounded through the analysis of detector performance index, introduction of detection work procedure and evaluation of testing result. It can be helpful to understand overall situation of pipeline and eliminate potential safety hazard instantly to ensure safe and stable operation of pipeline.

Key words:gas transportation pipeline; inner measurement technology; technical index

作者簡(jiǎn)介：孫博(1982—)，男，山西萬榮人，2007年畢業(yè)于西安理工大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，主要從事天然氣長(zhǎng)輸管道安全生產(chǎn)運(yùn)行技術(shù)研究及管理工作，任工程師。

中圖分類號(hào)：TE973.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2016)02-0058-04

稿件收到日期： 2015-11-29，修改稿收到日期： 2016-01-20。