油氣集輸管道上智能清管器的應(yīng)用研究

趙玉超

摘 要：由于輸油氣管道內(nèi)油氣介質(zhì)復(fù)雜的性質(zhì)以及管道運(yùn)行時(shí)內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)、結(jié)垢、變形等問(wèn)題。所以對(duì)管道投產(chǎn)前和運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行清管處理必不可少。清管器作為一種管道內(nèi)部清管裝置，在油氣管道行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。而隨著科技的發(fā)展，以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需求，對(duì)于清管器的要求越來(lái)越高。清管器已從傳統(tǒng)意義上的物理清管器發(fā)展到清管和檢測(cè)結(jié)合于一體的智能清管器。智能清管器是將各種無(wú)損檢測(cè)設(shè)備加在清管器上，將原來(lái)僅用作清管的非智能清管器轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詸z測(cè)管道缺陷的智能清管器，通過(guò)清管器在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到清管及檢測(cè)管道缺陷的目的。本文結(jié)合智能清管器的發(fā)展就其在油氣集輸管道上的應(yīng)用研究展開(kāi)了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：油氣集輸管道；智能清管器；渦流；超聲波；漏磁

前言

長(zhǎng)期運(yùn)行的輸油氣管道由于外界因素的影響致使其堵塞，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致輸送介質(zhì)的泄漏，帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患。因此，為提高管道輸送效率、保證油氣輸送安全，對(duì)管道進(jìn)行清理和疏通是一項(xiàng)必不可少的作業(yè)。清管器作為機(jī)械清洗管道的設(shè)備之一，是一種借助于本身動(dòng)力或在油、氣流推動(dòng)下用于清潔管道的專用工具，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。而基于管道的特殊性和復(fù)雜性，近些年來(lái)，在傳統(tǒng)清管器是基礎(chǔ)上衍生出具有無(wú)損檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集、處理和儲(chǔ)存功能的智能清管器，具有節(jié)能、操作簡(jiǎn)便、無(wú)環(huán)境污染、對(duì)管內(nèi)壁無(wú)損傷、可不停產(chǎn)清管、長(zhǎng)輸管線清掃、介質(zhì)隔離、原油管線掛蠟、天然氣管線干燥置換、可對(duì)各種口徑管線進(jìn)行一次性內(nèi)涂敷等特點(diǎn)，是種性能良好的清管工具，具有極高的效率和經(jīng)濟(jì)性，目前已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用。

1.智能清管器的功能

清管器是一種借助于本身動(dòng)力或在油、氣流推動(dòng)下，在管腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，用于清潔及監(jiān)測(cè)管道的工具。智能清管器主要是指通過(guò)渦流、超聲、漏磁等無(wú)損檢測(cè)原理對(duì)管道的幾何形狀、金屬損失、裂紋進(jìn)行檢測(cè)的一種器具。智能清管器是機(jī)械清洗管道的設(shè)備之一，主要有四方面功能。第一，管道的掃線、除銹、干燥、封堵及置換。這種用途主要在陸上或海上輸氣、液管道中采用；第二，油田生產(chǎn)過(guò)程中管道的清蠟、除垢、除水和塵土。這種功能主要針對(duì)輸油管道或油氣混輸管道的應(yīng)用；第三，不同介質(zhì)的隔離。這時(shí)用于需要隔離不同的流體，防止不同流體混合、產(chǎn)生污染或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等；第四，管道內(nèi)防腐涂敷。這種管道內(nèi)涂敷技術(shù)是以清除管內(nèi)結(jié)垢、沉積物以及實(shí)施管道內(nèi)防腐為目的的一門新技術(shù)，現(xiàn)已發(fā)展成為包括輸送工藝、機(jī)械、電子及化工等多種學(xué)科的綜合技術(shù)。

2.智能清管器分類及工作原理

智能清管器主要是指通過(guò)渦流、超聲、漏磁等無(wú)損檢測(cè)原理對(duì)管道的幾何形狀、金屬損失、裂紋進(jìn)行檢測(cè)的一種器具。目前應(yīng)用比較廣泛的智能清管器主要基于渦流檢測(cè)技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)以及漏磁檢測(cè)技術(shù)。

2.1渦流智能清管器

渦流檢測(cè)技術(shù)是基于電磁感應(yīng)原理發(fā)展而來(lái)的管道無(wú)損內(nèi)檢測(cè)技術(shù)。渦流智能清管器就是利用導(dǎo)體中的渦流效應(yīng)來(lái)對(duì)導(dǎo)體材料中的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。渦流檢測(cè)器探頭內(nèi)的激勵(lì)線圈通以特定頻率的電流，使管壁內(nèi)表面因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦流，并用安放在激勵(lì)線圍之間的測(cè)量線圈進(jìn)行檢測(cè)。若鋼管不存在缺陷，測(cè)量線圈上不產(chǎn)生電壓。若鋼管存在缺陷，測(cè)量線圈感應(yīng)到電磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生電壓。從而可以判斷鋼管是否存在缺陷渦流智能清管器還是其他管道智能清管器通球的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)渦流檢測(cè)的結(jié)果的分析，來(lái)判斷管道是否能夠進(jìn)行其他的管道內(nèi)檢測(cè)通球。渦流檢測(cè)靈敏度較高，檢測(cè)速度快，能夠較好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。目前我國(guó)已經(jīng)研制出多種類型的渦流檢測(cè)器，并且已經(jīng)投入使用。

2.2漏磁智能清管器

漏磁檢測(cè)器能夠檢測(cè)內(nèi)部和外部的金屬損失。其基本工作原理建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性之上，鋼管在檢測(cè)器自身攜帶的磁場(chǎng)作用下被磁化，當(dāng)鋼管中無(wú)缺陷時(shí)，磁力線絕大部分通過(guò)鋼管，此時(shí)磁力線均勻分布，當(dāng)鋼管存在缺陷時(shí)，磁力線發(fā)生變化，并且有一部分磁力線泄露出鋼管表面，即產(chǎn)生所謂的漏磁。通過(guò)對(duì)鋼管表面溢出的漏磁進(jìn)行檢測(cè)，就可以

判斷鋼管是否存在缺陷。

在漏磁清管器投放管道中進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)前要先對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)可行性評(píng)估并且先進(jìn)行清管處理，確保管道滿足漏磁檢測(cè)器工作條件。尤其是高含蠟原油在檢測(cè)過(guò)程中會(huì)在檢測(cè)器上析出大量的蠟，影響檢測(cè)結(jié)果。所以對(duì)于輸送高含蠟原油的管道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要采取一定的措施減少蠟的析出。管道中的沉積物和殘余物也會(huì)使得檢測(cè)器運(yùn)行不穩(wěn)定、傳感器無(wú)法正常工作，甚至?xí)?dǎo)致檢測(cè)器損壞造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

2.3超聲波智能清管器

超聲波發(fā)生器沿垂直于管壁的方向發(fā)射超聲波信號(hào)，其中部分超聲波經(jīng)管道內(nèi)壁反射，被超聲波發(fā)生器接收，而剩余的超聲波穿過(guò)管道內(nèi)部，經(jīng)管道外壁的反射，被超聲波發(fā)生器接收，從而形成了超聲波接受時(shí)間的差值。由于超聲波在管道中的傳播速度相同，則時(shí)間差值的大小反應(yīng)了管壁的厚度大小。若鋼管不存在缺陷，時(shí)間差為已知的定值，若鋼管存在缺陷，時(shí)間差將減小。通過(guò)對(duì)時(shí)間差的測(cè)量，即可檢測(cè)出鋼管是否存在缺陷。

超聲波檢測(cè)技術(shù)原理相對(duì)簡(jiǎn)單并且相對(duì)于渦流檢測(cè)技術(shù)而言，對(duì)于材料的敏感性小，適應(yīng)性高，能夠?qū)Ω鞣N管徑的管道進(jìn)行檢測(cè)而且檢測(cè)精度高，所以在國(guó)內(nèi)外都得到了迅速發(fā)展。

目前，渦流檢測(cè)由于自身特點(diǎn)在應(yīng)用中尚存在一些技術(shù)難題，超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)精度高，但是對(duì)于環(huán)境要求高，需要耦合劑等輔助手段。而漏磁檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)管道金屬缺失的同時(shí)還能夠記錄和識(shí)別管道全線特征和管道修復(fù)的歷史記錄，對(duì)于管道的異常裂紋還有一定的識(shí)別作用。與渦流檢測(cè)和超聲波檢測(cè)相比，漏磁檢測(cè)技術(shù)精度高、靈敏性強(qiáng)、檢測(cè)范圍廣、受外界干擾程度低，是目前應(yīng)用最廣的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)。

3.結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)輸油氣管線的泄漏和堵塞是管道運(yùn)行的主要故障，為了保證金屬管道的長(zhǎng)期、安全運(yùn)行，必須有計(jì)劃地進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，以確定管道腐蝕狀況，指出可能發(fā)生泄漏的隱患。智能清管器在管道上的應(yīng)用不僅減少了人員的浪費(fèi)而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。目前應(yīng)用比較廣泛的智能清管器主要基于渦流檢測(cè)技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)以及漏磁檢測(cè)技術(shù)，文中分別就其運(yùn)行原理進(jìn)行了介紹。隨著管道領(lǐng)域更廣泛的發(fā)展，對(duì)智能清管器的技術(shù)要求也變高了，清管器的發(fā)展越來(lái)越偏向于數(shù)字化、智能化、高精度、遠(yuǎn)距離的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]李成鋼；張敬安.油氣管道清管器分類研究[J].化學(xué)工程與裝備.2016.19（6）：119-121.