城鎮燃氣管道中漏磁檢測技術的應用

楊 楠 劉宇翔

（四川華油集團有限責任公司，四川 成都 610000）

0 引言

燃氣管道大多都是埋于地下并且穿越地域很廣，運行環境比較復雜且位置隱蔽，如果被破壞，就可能引發無可挽回的經濟損失，甚至造成人員傷亡等嚴重事故[1]。據相關部門統計，2021年年初至6月份共計發生209起燃氣事故，傷亡人數共計309人，例如6月份湖北十堰燃氣爆炸事故導致25人死亡，138人受傷。漏磁檢測是燃氣管道日常運維工作中常用的檢測技術，可以及時有效地檢測出燃氣管道的隱患問題及部位，燃氣管道運維技術人員可以對檢測結果采取有效措施加以處理，做到防患于未然。由此可見，為確保城鎮燃氣管網運行安全，針對漏磁檢測技術加強研究是十分必要的。

1 漏磁檢測技術原理

漏磁檢測技術是基于鐵磁管材具有高磁導率，當管道在外加磁場的作用下被磁化時，其表面或者近表面的缺陷就會形成漏磁場，然后通過檢測漏磁場的變化而確定缺陷位置及范圍大小等這一原理研發而成。若管道內沒有缺陷，則管道內的磁感應線會被約束在管壁中且均勻分布，幾乎沒有磁場存在；若管道的管壁存在缺陷，則其磁導率就會變小，磁阻增大，磁感應線會發生變形，一些磁感應線便會穿過管壁產生漏磁場，再通過磁感應傳感器接收漏磁場信號，并傳入計算機系統中進行進一步的分析，明確缺陷位置、寬度及深度（如圖1所示）[2]。

圖1 漏磁檢測技術原理

漏磁檢測技術應用過程中，漏磁檢測器（如圖2所示）是最重要設備。漏磁檢測器通常為節狀結構并且各節之間均是通過萬向節進行連接，這樣可以更順利地通過管道彎頭[3]。漏磁檢測器的動力節上安有略大于管道內徑的橡膠碗，這樣可以消除管道介質流動阻力的不利影響，從而使漏磁檢測器在管道中更加順暢地前進。而在測量節上布置有數十個甚至上百個磁敏探頭且每個探頭中都包括幾個不同的檢測通道用來檢測不同方向上的漏磁場。且探頭排列得越緊密則缺陷處漏磁場檢測的結果越準確、完整。

圖2 漏磁檢測器結構

2 案例概況

某燃氣管道始建于2010年5月份，2012年10月份投產運行，至今已經運行9年多了，為了了解和掌握該燃氣管道的腐蝕及損傷情況，并采取針對性措施進行修補，以確保該燃氣管道的長久安全運行，為此，采取漏磁檢測技術對該燃氣管道進行全面檢測。該燃氣管道直徑是610mm，所以采用610mm管道漏磁檢測器對其進行質量檢測。該610mm管道漏磁檢測器主要由4節組成：首節包括驅動裝置及電池裝置兩個部分；第二節包括檢測裝置及計算機裝置兩個部分；第三節包括檢測裝置及電池裝置兩個部分；第四節為里程輪（如圖3所示）。為了提高該漏磁檢測器在管道中的通行能力，將最長節距離設計得比較短了一些。同時，在國內管道彎頭的直徑大約是管道直徑的6倍，而一些舊管道彎頭的直徑大約是管道直徑的1.5倍，鑒于此，該漏磁檢測設備在管道內的通行能力按1.5倍管道直徑進行設定。

圖3 漏磁檢測設備實圖

3 漏磁檢測技術在燃氣管道檢測中的應用

3.1 檢測前準備工作

3.1.1 檢測過程工程量評估

為了保證燃氣管道檢測的質量，在正式檢測前，須科學評估檢測過程的實際工程量。案例燃氣管道需要檢測長度共計460.5km，為了便于漏磁檢測和數據記錄，把該燃氣管道線劃分成了三段（如表1所示）。

表1 燃氣管道漏磁檢測分段情況

3.1.2 清管器跟蹤及定位

開始漏磁檢測之前，還需進行必要的清管器跟蹤及定位工作，這樣既可以準確了解清管器的具體位置，也能夠幫助操作人員了解管道中有沒有卡球情況。當前，國內管道常用的清管器跟蹤定位技術主要是TracMaster技術和TDWGEO2000TM技術[4]。其中以TracMaster技術最常用，預先在清管器內放置調好的頻率發射器，該技術通過頻率發射器與地面上的頻率接收器發射及接收信號，從而確定清管球的位置，并由此來判斷管道中有無卡球問題。同時，TracMaster技術也能夠清楚、完整地記錄下清管器在管道中通過各位置的日期及時間。而TDWGEO2000?技術則主要是通過控制盒放大清管器在管道內運動過程中與焊縫、三通、閥門和其他管件接觸發出的聲音，來判斷清管器的位置及運動狀態。經過對比可知，TracMaster技術的適應性、操作性、清管效果都相對比較好，而且技術也更加成熟，因此，案例燃氣管道清管工作最終決定應用TracMaster技術來進行清管球跟蹤及定位。

3.2 燃氣管道漏磁檢測

3.2.1 發送漏磁檢測設備

發送漏磁檢測工具的過程中要做好以下幾點工作：1）對收發球筒進行檢查。即檢查擬燃氣管道沿線的所有閥門，確保其都處于開啟的狀態，而且也不能有滲漏的地方；綜合考慮四周環境條件及安全影響因素后確定收發球位置；全面檢查一遍擬檢測燃氣管道沿線的壓縮機，保證其都處于正常運行狀態；在開展上述檢查工作的同時，把漏磁檢測設備及其他相關設備運到發球筒區域。2）現場調試好漏磁檢測設備，確保其性能。待漏磁檢測設備及其他相關設備（如托架等）都運到現場之后，開始進行設備的安裝及調試。首先在收發球筒處把托架按要求安裝好且在發送漏磁檢測設備之前1h內再檢查一遍設備性能，確保漏磁檢測設備性能良好、運行正常。待做完設備安裝及調試工作后，把漏磁檢測設備放到發球筒中，打開發球筒的管線并向其內部灌注天然氣，待注滿天然氣之后開啟沿途的所有管道閥門，使漏磁檢測設備在氣壓的推動作用下向前運行。待確認漏磁檢測設備離開發球筒之后，要實時追蹤漏磁檢測設備，并檢查收球筒的工作狀態，確保其運行狀態良好，從而可以按時保質保量地完成漏磁檢測設備回收工作。另外，也要關注燃氣管道沿線壓縮機的工作狀態，保證其始終能達到作業要求，進而保證管道中天然氣流量始終都處于穩定狀態。3）實時、準確了解漏磁檢測設備的工作狀態。待漏磁檢測設備進到燃氣管道中進行檢測之后，燃氣管道入口位置的工作人員要每間隔15min記錄一次入口位置的壓力、溫度和流量等有關信息。同時，在壓縮機站的工作人員也要詳細記錄有關壓縮機的運行信息、燃料量、潤滑油量等信息。在地表上合適的位置布置標記盒，以便確認和記錄漏磁檢測設備通過各標記盒的時間[5]。另外，每個站點的工作人員要時刻保持通信暢通，確保燃氣管道檢測過程中出現問題時，可以第一時間采取有效措施加以解決。

3.2.2 接收漏磁檢測設備

在漏磁檢測設備到達燃氣管道各檢測終點的1h前，負責漏磁檢測設備的工作人員要到達收球筒現場，而在沿途負責記錄追蹤漏磁檢測設備的工作人員要實時報告漏磁檢測設備的實際位置，并據此來準確預測出漏磁檢測設備到達檢測終點的時間[6]。接收漏磁檢測設備的過程中，要保證收球筒不能存在堵塞或密封的地方且燃氣管道沿途的所有閥門都是開啟狀態，確保漏磁檢測設備能夠順利通過。當漏磁檢測設備到達燃氣管道檢測終點后，要先隔離收球筒，并把收球筒中的天然氣排放干凈，以達到減壓效果；同時，排放收球筒中的天然氣時，也可采取注入氮氣置換天然氣的方法來達到預期的減壓效果。待減壓完成后，從收球筒后面的支架上把漏磁檢測設備取下來，并對漏磁檢測設備進行檢查，確定沒有損壞且可以繼續使用之后，清洗干凈漏磁檢測設備，并及時送至設備間把檢測數據下載下來，同時，也要及時下載燃氣管道沿途地表標記盒中的數據，并檢查數據是否完整。

4 燃氣管道漏磁檢測的結果分析

4.1 漏磁檢測數據分析

因為該次漏磁檢測的燃氣管道長度比較長，所以在處理漏磁檢測數據時，要分析的數據量很大，這里不做一一贅述，只取其中距離最長的一段（C站—D站）為例進行數據分析。C站點到D站點的燃氣管道的總長度約169km，發球端發射漏磁檢測設備的時間是2021年9月8日14:20:00，接收漏磁檢測設備的時間是2021年9月9日08:50:00，漏磁檢測設備共計運行時間是18.5h。漏磁檢測設備在運行的過程中，燃氣管道設計壓力值是6.5MPa，而管道內最大運行壓力值是6.499MPa，管道內的平均溫度是16℃，漏磁檢測設備在管道內的平均運行速度是2.54m/s，每秒采樣780次 。

根據ASMEB31G準則對燃氣管道進行腐蝕安全性評估，共計發現C站—D站的燃氣管道中有5075個金屬缺陷。其中管道的內部缺陷共計3547個，外部缺陷共計1515個，出廠缺陷13個（且均位于管道內部），其中缺陷深度最大值為51%管壁厚度（具體缺陷深度情況見下表2~表4）。同時，在整個漏磁檢測工作中，并沒有出現深度大于80%管壁厚度的嚴重缺陷問題，也沒有出現高于預估維修因子曲線的特征點。經過該次漏磁檢測可知，該燃氣管道依然可以滿足最大運行壓力6.3MPa的要求。

表2 內部缺陷深度狀況

表4 制造缺陷深度狀況

4.2 漏磁檢測管道開挖驗證

根據上述燃氣管道漏磁檢測結果選出10處缺陷比較嚴重的位置作為開挖點，進行開挖驗證。通過開挖驗證得出該次燃氣管道漏磁檢測得到的缺陷位置最大誤差值為0.45m，缺陷深度誤差更小（具體情況見表5）。同時，通過開挖得知造成該燃氣管線外部缺陷的主要原因是埋設管道回填時，填入了大量的石塊，正是這些石塊破壞了燃氣管道的外部防腐保溫層，使燃氣管道外部出現缺陷。而且在燃氣管道的直管段上出現的缺陷數量比較少，燃氣管道的環焊縫四周出現的缺陷數量比較多且缺陷深度也更深，這主要是因為燃氣管道連接施工時環焊縫四周的防腐措施做得不到位而引起的。

表3 外部缺陷深度狀況

表5 燃氣管道漏磁檢測開挖驗證結果

5 總結

通過上述分析可以得出以下結論：1）相對其他燃氣管道缺陷檢測技術而言，漏磁檢測技術不但自動化水平更高、效率更快、檢測結果準確，而且檢測過程中也沒有污染，所以該技術在燃氣管道缺陷檢測中應用非常廣泛，同時也適用于其他管道缺陷檢測工作。案例燃氣管道經過漏磁檢測可以得知，該燃氣管道雖然在長期使用中已出現許多的缺陷，但是缺陷深度均比較淺，沒有影響到燃氣管道的正常運行。同時經過開挖也驗證了漏磁檢測結果是比較準確的。2）通過案例燃氣管道漏磁檢測結果可以得出，燃氣管道在長期服役過程中，會因為外力破壞、管道腐蝕、技術操作失誤、施工措施不合理、制造因素及地質災害等因素影響而出現質量缺陷，因此，在檢測確定缺陷情況后，要根據缺陷成因采取綜合措施進行有效治理，保證燃氣管道始終能安全運行。