內檢測技術在城市燃氣管道的應用

劉傳慶

(深圳市燃氣集團股份有限公司，廣東 深圳 518049)

1 概述

管道燃氣是城鎮燃氣主要供應方式，正朝著高壓力、大口徑的方向發展，燃氣管道安全性受到高度重視。GB/T 27699—2011《鋼質管道內檢測技術規范》明確要求，新建管道應當在投產3年內進行首次管道內檢測(也稱基線檢測)，管道內檢測周期應不超過8年，當管道防腐層損壞嚴重、管道運行環境惡劣、處于環境敏感地帶或人口密集區的應當將管道內檢測周期縮短。

通過開展管道清管、變形檢測和漏磁檢測等內檢測活動，可以有效清理管道內部雜質，定位管道位置、彎頭、絕緣接頭等管道特征信息，準確掌握管道本體缺陷分布情況，指導管道預知性維修維護，減少事故發生。目前，深圳燃氣、新奧燃氣、蘇州燃氣、沈陽燃氣、貴州燃氣等國內具有一定規模的城市燃氣企業均采用管道內檢測技術指導管道運營管理。因此，開展城市燃氣管道內檢測，對保障燃氣管道安全、經濟、高效運行具有重要意義。

2 內檢測原理

管道內檢測是指檢測器由管道介質在檢測器前后端產生的壓差推動向前運行[1]，在運行過程中實時檢測和記錄管道腐蝕、變形、焊縫損傷等情況，并能精確定位管道特征的作業活動。管道內檢測通常包括管道清管和智能檢測，管道清管的目的是借助清管設備刮削管壁，清除管道內部沉積雜質，并檢驗管道的通過能力，為判斷后續智能檢測設備能否順利通過提供依據。清管設備有泡沫清管器、皮碗清管器和鋼刷清管器，其中，皮碗清管器主要由中心軸、皮碗及其他部件組成，常見的皮碗類型有直板皮碗、錐形皮碗、圓形皮碗和蝶形皮碗4種。

智能檢測主要包括變形檢測和漏磁檢測，變形檢測的目的是檢測管道彎頭曲率、凹陷變形和橢圓變形等缺陷。變形檢測一般采用變形檢測器，利用檢測器上呈圓周均勻分布的傳感觸臂直接測量管道內變化。變形檢測器可攜帶陀螺儀同步檢測，一方面利用帶有電子測距系統的變形檢測器在管道內部產生的信號，測量管道幾何變形點，辨別凹坑的類型，精確地量化凹坑；另一方面利用陀螺儀記錄檢測器運行過程中向上下左右偏轉，并通過地面參考點計算整條管道的路由和詳細的地理位置。

漏磁檢測目的是檢測管道內、外金屬損失位置和大小。工作原理是管壁的腐蝕處會引起磁通量泄漏，這些泄漏的磁通量可被傳感器檢測到，作為管道腐蝕缺陷分析的特征信號。通過分析傳感器的數據，獲得管道內、外金屬損失缺陷的長度、寬度和深度等詳細信息。

3 內檢測實踐

通常管道內檢測作業采取循序漸進、通過能力由強到弱的順序進行。首先使用通過能力最強的泡沫清管器，初步判斷管道內部情況，確保管道內部沒有大的異物影響后續檢測設備運行。然后再逐步發送一定過盈量的皮碗清管器，根據清理出來的雜質質量判斷管道內部是否存在大量雜質，如連續多次清理出的雜質質量變化不大，則滿足變形檢測設備關于管道清潔度的要求。在管道表面清潔度和內徑滿足變形檢測設備要求的情況下，再開展變形檢測。最后，根據管道變形檢測數據分析，確認管道最小內徑滿足漏磁檢測設備的通過要求，再進行管道漏磁檢測。

如果管道已經具有內檢測經歷，在制定管道內檢測計劃時，不需要安排運行泡沫清管器探明管道內部情況，可以直接使用皮碗清管器進行管道清管，在清管合格后依次進行變形檢測和漏磁檢測。

3.1 管道清管作業

深圳燃氣天然氣輸配系統可以用“一張網、雙氣源、三級壓力機制”進行概括。整個系統采用高壓、次高壓和中壓3級壓力機制設計，逾6 000 km天然氣管道互聯互通、功能互補，確保安全穩定供氣。其中，次高壓管道坪山門站至安托山門站段(以下簡稱安坪線)起點位于坪山門站，終點位于安托山門站，設計壓力1.6 MPa，實際運行壓力1.5 MPa，管道直徑為508 mm,壁厚為7.9～11.9 mm。為保障管道安全穩定運行，及時掌握管道本體缺陷的狀態，2014年完成安坪線第1輪內檢測，2019年啟動安坪線第2輪內檢測。由于已經開展過管道內檢測，且管道清潔度較好，所以，在進行第2輪管道內檢測時，直接采用直板皮碗清管器和鋼刷清管器進行管道清管，按照檢測器運行速度為2 m/s的目標控制管道輸送工藝，通過精準調節上游管道供氣量和下游用氣量，并結合管道沿線預先放置的檢測器監聽結果，保障管道清管順利實施。另外，為了不影響管道沿線5個支線正常供氣，選擇避開城市居民用氣高峰進行檢查，并在檢測設備通過支線三通前10 min，適當降低支線供氣量，待通過支線三通后緩慢增加供氣量。

第1輪內檢測連續清管29次，清理出來雜質3 156 kg，第2輪內檢測連續清管10次，內檢測記錄見表1，清理出來雜質111 kg。前后兩輪清理出雜質質量見表2和表3。

表1 第2輪內檢測記錄

表2 第1輪清管雜質質量

表3 第2輪清管雜質質量

針對第1輪內檢測清理出來的雜質，選取部分樣品進行檢測。根據測試結果分析，樣品中雜質成分主要為Fe2O3、Fe3O4和泥土等，不含FeS。其中雜質主要成分為泥土、沙石等不溶物，小部分為金屬氧化物。初步判斷泥土、沙石可能是管道施工期間進入管道，金屬氧化物則是管道內腐蝕的產物。因此，建議一方面加強管道施工質量管理，保證無雜質進入管道。另一方面定期對城市燃氣管道進行清管作業，及時清理管道內部積聚的雜質，進一步提高管道輸送效率。

3.2 變形檢測

在前期管道清管和測徑的基礎上，選擇合適的變形檢測設備，本次變形檢測利用10 h順利完成。經過仔細檢查，變形檢測器外觀完整，各機械部件工作正常，皮碗及探頭磨損均勻，檢測數據正常。

本次變形檢測器安裝有IMU(Inertial Measurement Unit)，即慣性測量單元，用以測算管道三維空間姿態，從而獲得管道焊縫、彎頭以及應變點的坐標等空間信息，為管道三維可視化模型構建，以及管道應力應變分析和管道安全可靠性分析提供詳細數據，為全面掌握管道本體安全狀況奠定基礎。

3.3 漏磁檢測

三軸高清晰度漏磁檢測器經13 h的運行后順利進入收球筒。經過仔細檢查，檢測器記錄儀運行正常，檢測器無機械損傷，檢測數據清晰完整。

通過分析本次內檢測報告提供的缺陷信息，可粗略掌握管道本體缺陷變化情況，后續將根據開挖驗證結果，全面校準檢測數據。并在獲得詳細檢測數據后，進一步比對前后2輪檢測發現的管道本體缺陷發展變化，深入分析管道缺陷增長趨勢和管道剩余強度及壽命，全面評估各項管道保護措施的有效性，大力推進管道完整性管理[2-4]，進一步提升管道安全運行水平。

4 城市燃氣管道內檢測難點及應對措施

4.1 工藝調度難度高

由于安坪線主要承擔著城市供氣的重要任務，沿線存在6處分輸支線，每條支線負責向周邊工業用戶和城市居民用戶提供生產生活用氣，在不同時段，工業用戶用氣量和居民用戶用氣量差異較大，呈現出顯著的用氣峰谷期，內檢測期間氣量波動劇烈，為氣量調度增加不小難度。因此，需要綜合考慮氣量對內檢測影響，合理選擇內檢測時間窗口。

為了不影響城市居民正常生活用氣，需要綜合考慮管網沿線用氣情況，做好上下游氣源調度。特別是準確掌握檢測設備運行軌跡，準確計算檢測設備運行速度和時間，為氣源調度提供科學依據。我們通過做好每日用氣監測，根據城市用氣量的變化，每10～30 min，對檢測設備上下游的流量和壓力進行微調，每次微調的氣量一般控制在5 000 m3/h，壓力控制在0.01 MPa，通過多次、微量調節管道壓力和流量，使管道上游進氣量和下游出氣量保持平衡，確保檢測設備兩端氣量始終保持在穩定狀態。這樣既保證管網正常供氣，又不會造成檢測設備前后壓力變化劇烈，就可以控制檢測設備運行速度處于合理區間。

為防止管道內部清理出來的雜質被吸入調壓站，造成調壓站內安裝的除塵器堵塞，一般在檢測器接近調壓站時，提前20～30 min停止調壓站供氣，檢測器通過調壓站10～20 min后，可根據管網實際運行工況是否局部或全面恢復供氣。在停供氣期間，需嚴密監控調壓站周邊中壓壓力監控點和上下游調壓站流量、壓差，防止發生供氣異常事件。

4.2 定位難點

安坪線三通、彎頭多，沿線地形地貌復雜，既有連續山地段，又有繁忙的高速公路和城市主干道，造成管道監聽干擾源多、難度大，無法準確及時判斷檢測器發出的信號。為準確掌握檢測器運行數據，有效控制檢測器運行速度，在總結線路跟蹤經驗教訓的基礎上，先后優化跟蹤人員組織架構，調整跟蹤方案，增加專門人員跟蹤閥室，結合閥門上安裝的壓力變送器數據變化情況，及時調整管網壓力和管輸流量，確保完成沿線供氣和內檢測雙重任務。另外，規范跟蹤信息報送方式，通過標定跟蹤計時和報送內容，提高定位效率和精度。

4.3 工藝操作難點

在發球過程中，推球所需要的初始壓差較大，這就使得調壓器的開度較大。檢測設備突然啟動后，瞬時流量大，而此時一旦檢測設備中止運行，大流量的氣體會產生“水錘效應”，導致調壓站至檢測設備段管道內的壓力瞬間變大，達到切斷閥設定壓力，從而導致切斷氣源。為解決“水錘效應”這一問題，一方面在發球過程中，升壓操作要緩慢；另一方面，對工藝空間有條件的廠站，在調壓出口增加流量調節閥，可解決發球過程中流量不穩的問題。

5 建議

5.1 優化收發球筒尺寸

通過本次內檢測，發現發球筒尺寸較長，收球筒尺寸較短。收球筒的尺寸較長，檢測設備在收球筒內有足夠的緩沖距離，避免損壞檢測設備或收球筒。因此，建議后期新建的收發球筒，要合理設計收發球筒尺寸。

5.2 優化中壓管網

通過本次內檢測，發現部分調壓站的供氣負荷較大，部分調壓站處于閑置狀態，調壓站的供氣能力分布不均，利用率不高。需要特別強調的是調壓站設計流量偏低，不能滿足日益增長的用氣需求。因此，需要根據實際用氣需求，優化調壓站供氣能力，啟用閑置調壓站，在調壓站設計時，充分考慮供氣效率，將調壓站設計流量提高或增加供氣管路。