淺析埋地管道上非接觸式磁力檢測技術(shù)的應(yīng)用

胡康，王營

(中石化西北油田分公司 油氣運(yùn)銷部，新疆 輪臺 841600)

隨著中國石油工業(yè)的發(fā)展，大部分管道已經(jīng)運(yùn)行超過10 a甚至20 a之久，管道的管理與運(yùn)行面臨著腐蝕、變形、泄漏等風(fēng)險(xiǎn)[1]。對管道進(jìn)行有效的檢測是避免安全事故發(fā)生、完善管道完整性管理的必要措施。目前管道的檢測手段主要分為管道內(nèi)檢測、外檢測[2-4]，然而內(nèi)檢測對于管道清管器的收發(fā)球筒及彎頭、斜口改造有一定要求，需要對管道通徑及變形進(jìn)行檢測，以確認(rèn)管道滿足通過檢測器要求。非接觸式磁力掃描技術(shù)是新發(fā)展起來的埋地管道外檢測技術(shù)[5-6]，通過檢測管道磁場強(qiáng)度的變化而識別異常應(yīng)力，無需接觸管道就可以確定管道上存在的缺陷，具有很好的管道完整性檢測能力。

1 技術(shù)介紹

1.1 檢測原理

在地磁環(huán)境中，鐵磁材料受周期載荷作用，缺陷處的磁導(dǎo)率減小，管道表面缺陷處的漏磁場就會增大，卸掉載荷后管道依然保留這些特征，漏磁場“記憶”了管道的缺陷或應(yīng)力集中的位置，這就是“磁記憶”效應(yīng)。基于該機(jī)理，通過檢測管道表面的磁場分布，能夠發(fā)現(xiàn)管道的應(yīng)力集中和宏觀缺陷[7-8]，管道應(yīng)力磁檢測技術(shù)方法與實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。由于管道處于微弱的地磁場環(huán)境，局部應(yīng)力狀態(tài)的變化致使其磁化率發(fā)生改變，進(jìn)而引起管道外一定范圍內(nèi)磁場發(fā)生的變化，管道局部缺陷的磁場強(qiáng)度變化如圖2所示。

圖2 管道局部缺陷的磁場強(qiáng)度變化示意

圖1 管道應(yīng)力磁檢測技術(shù)方法與實(shí)現(xiàn)過程示意

1.2 檢測設(shè)備

由俄羅斯POLYINFORM公司研發(fā)的KMD-01M系統(tǒng)是一種新型磁力檢測設(shè)備，其特點(diǎn)如下：

1)使用基于各向異性磁阻效應(yīng)的高靈敏度變換器。

2)磁阻納米級變換器具有有效電阻和低噪音，保障高選擇性和抗干擾穩(wěn)定性，可以在電力線路、電力地下電纜、電力電氣設(shè)備附近工作。

3)能夠在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示，診斷過程中觀察地磁記錄圖。

4)結(jié)合磁場圖形矢量結(jié)構(gòu)應(yīng)用梯度測量方法，以補(bǔ)償?shù)厍虮尘按艌龅挠绊懀y量更多與缺陷相關(guān)的磁場波動參數(shù)。

5)定位精度高，可達(dá)0.5 m。

6)應(yīng)用采集和處理信息的專用軟件保障系統(tǒng)的移動工作模式，還可以使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫處理所得信息。

該系統(tǒng)的作業(yè)原理是基于測量和記錄管道局部損傷和應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)引起的磁場振動參數(shù)的變化，通過分析參數(shù)變化而確定管道的腐蝕情況。能夠檢測出的管道損傷包括： 管道的裂紋、金屬剝離、折痕、幾何形變、管道的連續(xù)性損失、伴隨金屬損失的腐蝕缺陷、焊接接頭缺陷等[9]。

1.3 檢測缺陷分級標(biāo)準(zhǔn)和等級

檢測缺陷危險(xiǎn)評估是根據(jù)磁異常綜合指數(shù)F確定的。F是基于振幅、磁場矢量分布形狀、異常長度、操作和設(shè)計(jì)壓力、管道檢查日期及投產(chǎn)時(shí)間的函數(shù)。它考慮了磁場異常長度L和振幅A以及磁場矢量分布形狀等因素[10]，F(xiàn)的分級標(biāo)準(zhǔn)和等級依據(jù)RD-102-008—2002《非接觸式磁力診斷管道技術(shù)條件的技術(shù)細(xì)則》，見表1所列。

表1 磁異常綜合指數(shù)F分級標(biāo)準(zhǔn)和等級

1)缺陷等級Ⅰ。是由于金屬缺陷和機(jī)械應(yīng)力的結(jié)合，相當(dāng)于超過相應(yīng)管道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍較大。該類管道屬于緊急情況，需要優(yōu)先修復(fù)。

2)缺陷等級Ⅱ。是由于金屬缺陷和機(jī)械應(yīng)力的結(jié)合，相當(dāng)于超過一定的管道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍但不會很快發(fā)生事故，該類管道的特點(diǎn)在于可靠性降低，需要列入計(jì)劃修復(fù)。

3)缺陷等級Ⅲ。相當(dāng)于管道技術(shù)狀況良好的，該類管道可以在監(jiān)控缺陷發(fā)展和應(yīng)力集中增長的情況下，無需修復(fù)繼續(xù)運(yùn)行。

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 原油管線檢測結(jié)果對比

以中石化西北油田分公司的某條重質(zhì)原油聯(lián)絡(luò)管道為例： 該管道材質(zhì)為L360，管徑為323.9 mm，壁厚7.1 mm,長20.8 km，埋深為0.5～3.0 m。該區(qū)段的地球磁場強(qiáng)度值是5.45×104nT，檢測到的異常波動范圍為2.0×103～2.3×104nT。檢測中發(fā)現(xiàn)了103處磁場異常，其中評價(jià)立即修復(fù)的有3處，評價(jià)為監(jiān)控降壓使用的有7處，評價(jià)為繼續(xù)使用的有93處。安全狀況處于中高風(fēng)險(xiǎn)的檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)見表2所列。

表2 中高風(fēng)險(xiǎn)檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)

選取距起點(diǎn)1.510 km的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場開挖比對，結(jié)果如下：

在非接觸式磁力儀通過1.510 km處時(shí)，該處的磁化強(qiáng)度出現(xiàn)了較大的波動，如圖3所示，非接觸式磁力掃描技術(shù)檢測到的缺陷狀態(tài)是腐蝕75%，焊縫缺陷，缺陷等級評估為Ⅰ級。

圖3 缺陷區(qū)段的磁化強(qiáng)度曲線

為了驗(yàn)證非接觸式磁力掃描技術(shù)的檢測準(zhǔn)確性，采用超聲波測厚儀和接觸式磁力診斷的方法進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲波測厚儀檢測出該處管道底部點(diǎn)蝕，剩余薄厚為3.9～5.5 mm。在管內(nèi)底部發(fā)現(xiàn)了壁厚急劇變化區(qū)，該類腐蝕應(yīng)為點(diǎn)蝕，密集腐蝕坑區(qū)位于焊縫區(qū)，尺寸為200 mm×300 mm，最大深度達(dá)5 mm，位于順時(shí)針方向3～6點(diǎn)鐘區(qū)域。

2.2 天然氣管線檢測結(jié)果對比

以西氣東輸某段天然氣管線為例，該管道材質(zhì)為L415 MB，管徑為355.6 mm，壁厚8.8 mm,檢測管道全長為7.58 km。根據(jù)2019年6月21日現(xiàn)場檢測采集的數(shù)據(jù)，通過分析給出該段管道存在的磁異常點(diǎn)位置和級別見表3所列。其中，6號～7號測試樁之間，8號～8號絕緣樁之間，11～12號絕緣樁之間的磁異常級別都為Ⅲ級，12～13號絕緣樁之間的磁異常級別有兩個(gè)為Ⅱ級，兩個(gè)為Ⅲ級。

表3 天然氣管段檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)

在所選磁異常段上選取雅克拉集氣站至英買力6號閥室，12～13號測試樁之間，Ⅱ級磁異常挖掘校驗(yàn)坑進(jìn)行驗(yàn)證： 該處開挖坑道長度在1 m左右,發(fā)現(xiàn)管道防腐層被破壞，外防腐層破損剝落面積為(200×25) mm2；順氣流11點(diǎn)方向外防腐層破損剝落，破損剝落面積為(140×25) mm2；沿管道在磁異常附近剝開了長度為500 mm的防腐層，采用接觸式超聲導(dǎo)波檢測，發(fā)現(xiàn)管體有減薄現(xiàn)象，隨后觀察管體外觀，有密集的腐蝕坑在順氣流2點(diǎn)～6點(diǎn)方向，腐蝕面積為(200×65) mm2，最大腐蝕坑深2.0 mm，位于順氣流3點(diǎn)方向，影響管道的安全運(yùn)行，需及時(shí)修復(fù)和處理，該處管段的磁化強(qiáng)度記錄曲線如圖4所示。

圖4 天然氣管段磁強(qiáng)記錄曲線

通過上述2個(gè)案例表明，非接觸式磁力掃描技術(shù)的檢測結(jié)果與接觸式磁力診斷系統(tǒng)的檢測結(jié)果對應(yīng)準(zhǔn)確，而且檢測效果較好。

3 結(jié)束語

從非接觸式磁力掃描技術(shù)的應(yīng)用結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：

1)非接觸式磁力掃描技術(shù)對于管道的外檢測的效率比較高，缺陷分級準(zhǔn)確率達(dá)到了85%以上。

2)檢測前不需要清管，對管道尺寸無要求。

3)該項(xiàng)檢測技術(shù)可以檢測出管體內(nèi)外腐蝕、疑似裂紋、應(yīng)力變形等缺陷。

但是該項(xiàng)技術(shù)仍然存在一些不足，如容易受到外界磁信號的干擾，需要與開挖式檢測方法相結(jié)合來確認(rèn)管道的缺陷。整體來說，非接觸式磁力技術(shù)在埋地管道的檢測上有很大的發(fā)展空間，配合其他檢測技術(shù)能夠給出準(zhǔn)確的管道腐蝕情況。