油氣集輸管道上智能清管器的應用研究

趙玉超

摘 要：由于輸油氣管道內油氣介質復雜的性質以及管道運行時內部可能會出現雜質、結垢、變形等問題。所以對管道投產前和運行過程中進行清管處理必不可少。清管器作為一種管道內部清管裝置，在油氣管道行業得到了廣泛的應用。而隨著科技的發展，以及現場應用的需求，對于清管器的要求越來越高。清管器已從傳統意義上的物理清管器發展到清管和檢測結合于一體的智能清管器。智能清管器是將各種無損檢測設備加在清管器上，將原來僅用作清管的非智能清管器轉變為可以檢測管道缺陷的智能清管器，通過清管器在管道內的運動，達到清管及檢測管道缺陷的目的。本文結合智能清管器的發展就其在油氣集輸管道上的應用研究展開了詳細論述。

關鍵詞：油氣集輸管道；智能清管器；渦流；超聲波；漏磁

前言

長期運行的輸油氣管道由于外界因素的影響致使其堵塞，嚴重的還會導致輸送介質的泄漏，帶來嚴重安全隱患。因此，為提高管道輸送效率、保證油氣輸送安全，對管道進行清理和疏通是一項必不可少的作業。清管器作為機械清洗管道的設備之一，是一種借助于本身動力或在油、氣流推動下用于清潔管道的專用工具，目前已經得到廣泛應用。而基于管道的特殊性和復雜性，近些年來，在傳統清管器是基礎上衍生出具有無損檢測，數據采集、處理和儲存功能的智能清管器，具有節能、操作簡便、無環境污染、對管內壁無損傷、可不停產清管、長輸管線清掃、介質隔離、原油管線掛蠟、天然氣管線干燥置換、可對各種口徑管線進行一次性內涂敷等特點，是種性能良好的清管工具，具有極高的效率和經濟性，目前已經得到了較廣泛的應用。

1.智能清管器的功能

清管器是一種借助于本身動力或在油、氣流推動下，在管腔內運動，用于清潔及監測管道的工具。智能清管器主要是指通過渦流、超聲、漏磁等無損檢測原理對管道的幾何形狀、金屬損失、裂紋進行檢測的一種器具。智能清管器是機械清洗管道的設備之一，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，油田生產過程中管道的清蠟、除垢、除水和塵土。這種功能主要針對輸油管道或油氣混輸管道的應用；第三，不同介質的隔離。這時用于需要隔離不同的流體，防止不同流體混合、產生污染或發生化學反應等；第四，管道內防腐涂敷。這種管道內涂敷技術是以清除管內結垢、沉積物以及實施管道內防腐為目的的一門新技術，現已發展成為包括輸送工藝、機械、電子及化工等多種學科的綜合技術。

2.智能清管器分類及工作原理

智能清管器主要是指通過渦流、超聲、漏磁等無損檢測原理對管道的幾何形狀、金屬損失、裂紋進行檢測的一種器具。目前應用比較廣泛的智能清管器主要基于渦流檢測技術、超聲波檢測技術以及漏磁檢測技術。

2.1渦流智能清管器

渦流檢測技術是基于電磁感應原理發展而來的管道無損內檢測技術。渦流智能清管器就是利用導體中的渦流效應來對導體材料中的缺陷進行檢測。渦流檢測器探頭內的激勵線圈通以特定頻率的電流，使管壁內表面因電磁感應而產生渦流，并用安放在激勵線圍之間的測量線圈進行檢測。若鋼管不存在缺陷，測量線圈上不產生電壓。若鋼管存在缺陷，測量線圈感應到電磁場的變化而產生電壓。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，通過對渦流檢測的結果的分析，來判斷管道是否能夠進行其他的管道內檢測通球。渦流檢測靈敏度較高，檢測速度快，能夠較好地實現自動化。目前我國已經研制出多種類型的渦流檢測器，并且已經投入使用。

2.2漏磁智能清管器

漏磁檢測器能夠檢測內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率這一特性之上，鋼管在檢測器自身攜帶的磁場作用下被磁化，當鋼管中無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，此時磁力線均勻分布，當鋼管存在缺陷時，磁力線發生變化，并且有一部分磁力線泄露出鋼管表面，即產生所謂的漏磁。通過對鋼管表面溢出的漏磁進行檢測，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行檢測作業前要先對管道進行檢測可行性評估并且先進行清管處理，確保管道滿足漏磁檢測器工作條件。尤其是高含蠟原油在檢測過程中會在檢測器上析出大量的蠟，影響檢測結果。所以對于輸送高含蠟原油的管道進行檢測時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使得檢測器運行不穩定、傳感器無法正常工作，甚至會導致檢測器損壞造成檢測結果不準確。

2.3超聲波智能清管器

超聲波發生器沿垂直于管壁的方向發射超聲波信號，其中部分超聲波經管道內壁反射，被超聲波發生器接收，而剩余的超聲波穿過管道內部，經管道外壁的反射，被超聲波發生器接收，從而形成了超聲波接受時間的差值。由于超聲波在管道中的傳播速度相同，則時間差值的大小反應了管壁的厚度大小。若鋼管不存在缺陷，時間差為已知的定值，若鋼管存在缺陷，時間差將減小。通過對時間差的測量，即可檢測出鋼管是否存在缺陷。

超聲波檢測技術原理相對簡單并且相對于渦流檢測技術而言，對于材料的敏感性小，適應性高，能夠對各種管徑的管道進行檢測而且檢測精度高，所以在國內外都得到了迅速發展。

目前，渦流檢測由于自身特點在應用中尚存在一些技術難題，超聲波檢測技術檢測精度高，但是對于環境要求高，需要耦合劑等輔助手段。而漏磁檢測技術在檢測管道金屬缺失的同時還能夠記錄和識別管道全線特征和管道修復的歷史記錄，對于管道的異常裂紋還有一定的識別作用。與渦流檢測和超聲波檢測相比，漏磁檢測技術精度高、靈敏性強、檢測范圍廣、受外界干擾程度低，是目前應用最廣的內檢測技術。

3.結語

長輸油氣管線的泄漏和堵塞是管道運行的主要故障，為了保證金屬管道的長期、安全運行，必須有計劃地進行腐蝕檢測，以確定管道腐蝕狀況，指出可能發生泄漏的隱患。智能清管器在管道上的應用不僅減少了人員的浪費而且提高了經濟效益。目前應用比較廣泛的智能清管器主要基于渦流檢測技術、超聲波檢測技術以及漏磁檢測技術，文中分別就其運行原理進行了介紹。隨著管道領域更廣泛的發展，對智能清管器的技術要求也變高了，清管器的發展越來越偏向于數字化、智能化、高精度、遠距離的方向。

參考文獻：

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