特殊油氣管道的檢測應對措施

鄭 起，付曉慧，郭大成，姜錦濤，孫 超

（遼河油田油氣集輸公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

2020 年底，國內油氣長輸管道總里程累計達到14.4×104km[1]，全世界排名第三。管道作為運輸石油和天然氣的重要載體，在現代化工業生產中占據著極其重要的地位和作用，其安全有效地運行意義重大。油氣管道一旦發生泄漏，將會造成巨大的人員傷亡、經濟損失和環境破壞。遼河油田位于遼河、雙臺子河、大凌河等九河的下梢，瀕臨渤海，所處區域還有世界最大的蘆葦沼澤濕地，水系較為發達，管道穿跨河流、水線、葦田、稻田等情況較為常見；有些油氣管道，隨著城市的建設，逐漸分布于城區范圍內。早期油氣管道防腐技術落后，管道的安全隱患問題日益嚴重，故定期對輸油、輸氣管道進行檢測，及時根據檢測結果開展管道維護，進而保障管道安全運行尤為重要。

隨著油氣管道的高速發展和管道完整性管理理念的推行，管道的檢測技術得到蓬勃發展，有漏磁檢測、超聲波檢測、渦流檢測和射線檢測等管道內檢測方法，有外腐蝕直接評價ECDA的管道外檢測方法，還有管道壓力測試等。目前，管道內檢測是進行油氣管道缺陷檢測中最直接有效的方法，而內檢測中應用較多的是管道漏磁內檢測。

但在對管道開展檢測作業的過程中，一些特殊情形限制著常規的管道檢測操作，例如輸氣管道的壓力過低、管道穿河底、殘留的維修限制點等。為了能夠掌握管道的整體狀況，并依此開展管道維護，避免管道失效造成泄漏事故，是管道管理人員致力于攻克的難題。

1 低壓輸氣管道的內檢測

內檢測技術通常是以管道內所輸送介質為前進動力，驅動集合無損檢測、信號采集、信號處理、數據儲存以及速度控制等功能的檢測設備在管道內運行，實時檢測和記錄管道的變形、裂紋、金屬損失等損傷情況，并準確定位的檢測技術[2]。

按照完整性管理的要求，需要定期對特定油氣管道開展管道內檢測工作。楊理踐等[5]通過設計實驗，對缺陷的漏磁信號與檢測裝置的運行速度的研究，發現檢測漏磁信號有效所對應的檢測裝置行進速度范圍為0～6 m/s。輸油管道中油品為液體，可以視作不可壓縮介質，其流動速度較慢且速度波動幅度小，可保證內檢測器的平穩運行，容易達到檢測器運行速度的要求，而輸氣管道則很難實現內檢測器運行速度的控制[3]。輸氣管道存在兩種情況，一種是新建輸氣管道，它通常口徑大、輸量大、壓力高，天然氣流速高，甚至能出現高于10 m/s 的情況，這嚴重超出了檢測器允許的運行速度范圍，這種情況通常通過改變泄流面積來調節檢測器的運行速度，也有通過改變運行阻力達到調節檢測器運行速度目的的研究[4]；另一種情況是一些輸氣管道實際運行壓力低，管道內氣體壓力無法為漏磁內檢測器提供可行運行速度的動力，這一直制約著低壓輸氣管道內檢測工作的開展。

對于運行壓力低的輸氣管道，在管道氣體壓力不足時，內檢測器會行進緩慢然后停滯，之后檢測器后方的氣體逐漸堆積，待氣體壓力超過檢測器與管道內壁的摩擦阻力時，檢測器以非常大的加速度啟動、沖出，當行走一段時間后，檢測器會再次因氣體介質驅動力不足而停止，若氣體壓力無法提升，則會不斷重復上述過程[6]。這樣的運行過程，內檢測器無法有效采集管道的缺陷信號，也極容易在管道彎曲處和下游壓力站附近，因行進速度過快而沖撞管道或設備，造成安全事故。

遼河油田為了解決低壓輸氣管道內檢測的難題，專門成立相關的試點工程進行課題攻關。在面對管道不具備檢測流程、存在多類型限制點、無有效動力源等技術難點，通過不斷的研究和現場應用，對不同輸氣管道進行特別的檢測應對，從而實現遼河油田輸氣管道內檢測零的突破。

1.1 小口徑低壓輸氣管道的內檢測

某待檢小口徑天然氣管道，管道規格為D219×6 mm，最早投產運行管段服役超過29 年，而檢測段管道全長14.5 km，均處在城區，沿線穿跨越達11 處之多，安全環保意義重大。

該管道具有排量小、運行壓力低、管徑偏小的特點，國內同種類型管道開展的內檢測作業無成功的案例，缺乏可借鑒經驗。檢測難度大的原因在于小口徑管道會造成檢測器通過能力下降，而管道本身的氣體壓力低、輸量低則會造成檢測器動力不足，特別是檢測器運行到彎頭、跨越等部位時極易停滯，隨著時間的延長，檢測器后方的氣體積聚，產生的推力超過檢測器與管道間的摩擦阻力時，檢測器瞬間提速，容易導致檢測器設備因碰撞損壞，另一方面，檢測器的通過速度過快，而管道因磁化時間過短而造成檢測器的數據質量低。

為了解決輸氣管道因運行壓力低而無法進行漏磁檢測的問題，提出使用水這類不可壓縮的介質來替代天然氣作為檢測動力源的技術方案，有效解決了檢測器運行速度問題[7]。同時圍繞此方案，開展多項技術研究：設計并建立輸氣管道內檢測注水工藝，解決檢測動力源問題；開展計算機流程模擬、通過性實驗等方式，測試檢測器的穩定性；探討檢測器改造方案，先后解決檢測器防水、動力皮碗和支撐皮碗的構造、過盈量等問題；自研軟件、硬件接入流量計進行數據讀取，開發流量曲線顯示軟件，獲取實時流量數據并顯示流量波動情況，確保此次輸氣管道內檢測成功實施。通過使用不可壓縮液體水代替管輸氣體介質的方式，檢測人員成功地對該小口徑的低壓輸氣管線進行幾何檢測和漏磁檢測作業，及時、有效地識別出管道的腐蝕、變形等缺陷。

1.2 大口徑、長距離低壓輸氣管道的內檢測

某大口徑輸氣管道，全長23 km，穿越遼河（原繞陽河）及濱海路，投產運行管段服役已達32 年，管道規格D820×10 mm。內檢測工作的難點在于管道外徑達到820 mm，最大運行壓力只有0.6 MPa，且存在多個1.5D 小曲率半徑彎頭，管道容量大，若仍使用水作為介質，需要水量近1.38×104m3，且內檢測作業后排出的水需至少經過6 個月的處理才能正常排放。

為此，從檢測基礎原理、關鍵技術突破及檢測器升級等方面開展綜合研究，提出檢測器輕量化改造、降低摩阻的技術路線。檢測器的改造主要是針對以下3 個方面：①綜合分析，選擇皮碗。根據多次實驗證明，選用皮碗時，檢測器的運行壓差要低于選用直板時的情形。為了降低檢測器前后壓差，降低檢測器在過彎頭時的壓力，選用皮碗的標準是在滿足運行要求的前提下，選擇邵氏硬度較低的皮碗；②檢測器的勵磁節“減重”。常規漏磁檢測器的勵磁范圍為7～20 mm，即20 mm 壁厚的管道可以達到檢測時要求的磁飽和狀態，而該管道壁厚為10 mm，可以減少相應磁鋼刷部分的重量，勵磁范圍滿足要求即可；③檢測器結構優化。常規檢測器前端放置直板（導向盤），防止皮碗偏磨，經過大量實驗證明直板的啟動壓差遠大于鋼刷，所以選擇鋼刷作為支撐代替直板（導向盤），既實現支撐作用，又有效降低壓差，在完成優化改造后啟動壓差降低0.15 MPa，有明顯的應用效果。

通過以上對漏磁檢測器的輕量化改造，順利完成外徑為820 mm 的低壓輸氣管道的漏磁內檢測，檢測器的運行速度滿足數據質量對其運行速度的要求。

2 穿河管道的綜合外檢測

水下穿越段管道受到傳統檢測手段的限制，無法有效實施外腐蝕檢測和評價，該類管道外防腐層失效會引起更為快速的腐蝕，一旦在穿越段管道發生腐蝕泄漏，將對周邊安全及環境造成重大影響，因此有必要積極探尋新技術、新方法，對水下穿越段管道的外防腐和陰極保護狀況進行評估，對可能發生的腐蝕風險及時采取有針對性的措施，有效控制管道失效，保障油氣管線的安全運行。

與科研院所開展合作，開發出一種利用水下機器人ROV 搭載檢測設備對水下管道開展外防腐綜合檢測的技術，該技術屬于一種基于電場信號測量法的管道無損外檢測評價技術，其利用所開發的配套檢測設備，通過管地電位法和直流電位梯度法（雙分量實時采集），并輔以磁法管道路由探測功能，實現穿河管道（水下管道）管道路由、外防腐層和陰極保護狀況的檢測與評價。

通過該技術的實施，實現多條水下穿越段管道的路由及埋深的測量，評價管道防腐層的完整性和陰極保護有效性。水下機器人搭載檢測設備開展管道檢測的技術，解決了水下穿越段外檢測的盲區（水下埋深15 m 內）。

3 特殊管段的清管作業

由于之前施工作業標準管理不嚴格，某些管道中存在一些不符合清管作業要求的情形，存在部分施工殘留，如管道開孔施工后未回裝堵柄，管道出現外力造成的凹陷變形，存在小曲率半徑彎頭、連續彎頭等。進行常規清管作業，極易產生清管器卡堵事故。

為了解決此問題，建立清管器通過性驗證實驗流程，在與實際管道相同型號的實驗管段中設置凹陷變形、連續彎管、1.5D彎頭、未回裝堵柄的管道開孔等限制條件，將符合管道尺寸要求的清管器放入到實驗管路中進行實驗。通過一次次實驗，確認清管器可通過的最大凹陷變形值，在連續彎管等限制點處的通過情況。依據實驗結果，不斷調整清管器的結構參數，對清管器進行改造，以滿足現場清管要求，進而提升使用該清管器在實際管路中進行清管作業時的安全性。

4 結束語

管道檢測是管道完整性管理的重要手段，為管道維護、運行等提供數據支持。現實中很多管道的特殊限制條件，制約著管道檢測技術的開展。充分識別管道風險，根據管道現狀、檢測要求等，針對特殊管段，提出并應用相應的應對措施，以達到管道檢測的目的。

（1）采用介質置換的方法，使用水代替管輸氣體作為輸送介質，完成小管徑低壓輸氣管道的內檢測。

（2）通過皮碗的選擇、勵磁部分的減重、導向盤的結構改變等方法對檢測器進行輕量化改造，降低檢測器在管道中的摩阻，保證檢測器在管道中的運行速度，完成大管徑、小曲率半徑的低壓輸氣管道內檢測。

（3）使用水下機器人搭載檢測設備對水下管道進行綜合檢測，解決水下穿越段外檢測的盲區（水下埋深15 m 內）。

（4）建立與待實施清管作業管道相符合的實驗模擬管路，通過設置不同限制點形式，開展清管器通過性驗證試驗，用試驗指導相應管道清管器的結構調整，確保有施工殘留或其他限制點的管道的清管作業安全。