天然氣管道滑坡管段安全狀態(tài)的非接觸式磁異常檢測(cè)與判斷

李洪濤　潘春鋒

摘要：天然氣管道沿線在不同的地形條件下易遭受到各種形式的滑坡災(zāi)害，滑坡體的滑動(dòng)導(dǎo)致管道局部產(chǎn)生應(yīng)力集中并導(dǎo)致管道斷裂破壞，直接影響管道的安全運(yùn)行?；鹿芏蔚挠邢拊椒ㄅc應(yīng)力-應(yīng)變片檢測(cè)方法不能反映管道真實(shí)的應(yīng)力與安全狀況。針對(duì)這一問(wèn)題，提出采用非接觸式磁異常檢測(cè)技術(shù)PMDT實(shí)現(xiàn)滑坡管段的三維高精度磁應(yīng)力檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)非開(kāi)挖情況下管道應(yīng)力與安全狀況的直接判斷，結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出管道的安全運(yùn)行措施。通過(guò)PMDT技術(shù)在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，合理確定了管道在停輸后的安全運(yùn)行壓力，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了非接觸式磁異常檢測(cè)技術(shù)與方法的可行性。

關(guān)鍵詞：管道；滑坡；安全；磁異常

1前言

埋地天然氣管道由于沿線地形的變化，局部管段經(jīng)常遭受到滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響。國(guó)內(nèi)外常采用有限元分析方法，建立滑坡地段下埋地管道的力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)滑坡管段應(yīng)力分布的數(shù)值模擬。由于不能準(zhǔn)確獲取埋地管道的敷設(shè)狀態(tài)與約束邊界條件，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際管道狀況存在較大的偏差[1]。另外一種用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)力-應(yīng)變測(cè)試方法，由于監(jiān)測(cè)結(jié)果主要反映的是應(yīng)變片安裝后，荷載或壓力發(fā)生改變引起的應(yīng)變與應(yīng)力變化，不能準(zhǔn)確知道管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)前的水平[2]。為了準(zhǔn)確獲知管道的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)與安全等級(jí)，利用國(guó)內(nèi)專(zhuān)利技術(shù)-非接觸式管道磁檢測(cè)方法（PMDT專(zhuān)利號(hào)：CN201310020694.0），可實(shí)現(xiàn)管道停輸、升壓、運(yùn)行狀況下的三維高精度磁應(yīng)力檢測(cè)，從而判斷管道應(yīng)力狀態(tài)與安全狀況[3][4]，并通過(guò)在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析PMDT檢測(cè)方法的可行性。

2滑坡管段的非接觸式磁異常檢測(cè)原理與方法

在滑坡管段由于荷載和壓力的作用，局部管段將產(chǎn)生應(yīng)力集中。發(fā)明專(zhuān)利-非接觸式管道磁檢測(cè)方法運(yùn)用鐵磁性材料的磁籌效應(yīng)，建立應(yīng)力集中區(qū)的應(yīng)力變化與該處磁力梯度模量變化的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)管道不同應(yīng)力狀態(tài)的磁異常檢測(cè)與識(shí)別，對(duì)識(shí)別的應(yīng)力等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)較大應(yīng)優(yōu)先修復(fù)，一般風(fēng)險(xiǎn)需計(jì)劃修復(fù)，風(fēng)險(xiǎn)較小可繼續(xù)運(yùn)行。與其他無(wú)損檢測(cè)相比，PMDT技術(shù)不需要改變管道的現(xiàn)有運(yùn)行狀況。并適用于管道停輸、升壓、運(yùn)行等不同階段[4]。

三維磁力梯度△Bx、△By、△Bz、模量Q與管道外測(cè)點(diǎn)處附加磁場(chǎng)梯度、磁異常綜合指數(shù)F計(jì)算方法見(jiàn)下式。

3中貴線FA017-FA020樁滑坡管段PMDT檢測(cè)與安全等級(jí)判斷

中貴線FA017-FA020樁管段位于習(xí)水縣寨壩鎮(zhèn)鳳凰村民主組，長(zhǎng)度約470m，橫坡敷設(shè)，管道位于西低東高的山體半坡地帶，山體最高處高程約1300m，最低處溝谷高程約850m，管道高程范圍約860～1000m。2016年9月-2017年4月，管道所在的山體斜坡、附近房屋陸續(xù)產(chǎn)生裂縫斜坡，公路沿線及房屋產(chǎn)生多條貫通拉張裂縫、側(cè)緣羽狀剪切裂縫，滑坡變形現(xiàn)象明顯，造成局部面積塌陷與下錯(cuò)。利用PMDT非接觸式高精度磁應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，2017.7.27-8.11進(jìn)行了中貴線FA017-FA020樁管段停輸、升壓等階段的磁應(yīng)力檢測(cè)。

3.1停輸階段的PMDT檢測(cè)結(jié)果

在停輸階段進(jìn)行全線PMDT數(shù)據(jù)檢測(cè)與分析，PMDT結(jié)果為：

（1）無(wú)“高風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅰ”級(jí)磁異常管段，管道應(yīng)力小于許用應(yīng)力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0～+30m為“低風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅲ”級(jí)磁異常管段；

（3）FA019+48m～+58m管段檢測(cè)結(jié)果為“中等風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅱ”級(jí)磁異常，F(xiàn)值為0.52～0.54，為應(yīng)力相對(duì)較高管段，需要重點(diǎn)監(jiān)控；

（4）引起磁異常值F的主要變量來(lái)自于“Z”軸方向的磁場(chǎng)變化，體現(xiàn)了山體滑坡擠壓管道產(chǎn)生的管道應(yīng)力變化與影響；

（5）根據(jù)РД 102《運(yùn)用非接觸式磁檢測(cè)方法進(jìn)行管道技術(shù)狀況診斷指南》（俄羅斯聯(lián)邦礦工業(yè)委員會(huì)）第9部分“適用性參數(shù)的計(jì)算（安全操作壓力和安全操作期限）”，確定中貴線FA017～FA020樁滑坡管段在沒(méi)有滑坡荷載與環(huán)境載荷增加的前提下，管道的安全運(yùn)行壓力Psafe與短期最大操作壓力Pmax分別為6.8MPa、7.5MPa。

3.2升壓階段的PMDT檢測(cè)結(jié)果

2017年8月11日管道運(yùn)行壓力達(dá)到4.3MPa，相應(yīng)的PMDT檢測(cè)結(jié)果為：

（1）全線整體應(yīng)力狀況未明顯增加，無(wú)“高風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅰ”級(jí)磁異常管段，管道應(yīng)力小于許用應(yīng)力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0m～FA019+30m管段與前次檢測(cè)無(wú)明顯變化，均為“低風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅲ”級(jí)磁異常管段；

（3）由于管道運(yùn)行壓力增大，第二次檢測(cè)的應(yīng)力集中管段FA019+48m～FA019+58m，最小F值由0.52變?yōu)?.50，反映出了應(yīng)力增加導(dǎo)致的磁應(yīng)力系數(shù)值的改變，但改變幅度不大，為“中等風(fēng)險(xiǎn)”、Ⅱ級(jí)，應(yīng)力相對(duì)集中區(qū)域?yàn)镕A019+46m～FA019+58m。

4.結(jié)論

通過(guò)PMDT非接觸式高精度磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)埋地管道滑坡管段安全狀態(tài)的檢測(cè)。

（1）通過(guò)PMDT檢測(cè)技術(shù)與方法在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的實(shí)際應(yīng)用，證明了PMDT技術(shù)對(duì)滑坡管道的應(yīng)力集中可進(jìn)行有效的檢測(cè)與識(shí)別；

（2）結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，合理確定了中貴線FA017～FA020樁滑坡管段的長(zhǎng)期與短期安全運(yùn)行壓力Psafe分別為6.8MPa、7.5MPa。

參考文獻(xiàn)：

[1]帥健，王曉霖，左尚志.地質(zhì)災(zāi)害作用下管道的破壞行為與防護(hù)對(duì)策[J].焊管，2008，31（5）：9-15.

[2]林冬，雷宇，許可方，等.橫向滑坡對(duì)管道的影響試驗(yàn)[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（4）：728-732.

[3] TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則 長(zhǎng)輸（油氣）管道》.

[4]РД 102-008-2009《運(yùn)用非接觸式磁檢測(cè)方法進(jìn)行管道技術(shù)狀況診斷指南》（俄羅斯聯(lián)邦礦工業(yè)委員會(huì)）.

作者簡(jiǎn)介：

李洪濤（1988-），男，貴州平壩人，畢業(yè)于貴州大學(xué)電子信息工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師，從事天然氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)行管理工作。