管道內檢測技術在輸氣管道中的研究與應用

孫博，聶文

(中石化天然氣榆濟管道分公司，濟南 250000)

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管道內檢測技術在輸氣管道中的研究與應用

孫博，聶文

(中石化天然氣榆濟管道分公司，濟南 250000)

摘要：管道內檢測技術可完整地檢驗管道內、外腐蝕及焊縫缺陷,詳細介紹了該技術的分類、適用范圍和優(yōu)缺點。選擇了變形檢測器和漏磁腐蝕檢測器應用于榆濟輸氣管道中，通過對檢測器性能指標的分析、內檢測作業(yè)的流程介紹以及檢測結果的評估，闡述了管道內檢測技術在輸氣管道的運行管理中的重要作用，可全面了解管道現(xiàn)狀，及時排除安全隱患，保證管道的安全平穩(wěn)運行。

關鍵詞：輸氣管道內檢測技術技術指標

中石化天然氣榆濟管道分公司主要從事榆林-濟南天然氣長輸管道的運營管理，擔負著向陜西、山西、河南、山東、河北等省份的供氣任務。管道投入運行5a來，累計輸送1.6×1010m3天然氣，在提供清潔能源的同時，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著管道運行時間的延長，定期對管道進行檢測，掌握管道內、外部情況變化，是保證管道安全、平穩(wěn)運行的重要措施。該公司近年來在管道完整性管理方面做了大量工作，首次應用管道內檢測技術對榆濟輸氣管道進行了全面檢測，通過對管道的檢測與安全評價，不僅可以大幅降低管線事故發(fā)生率，而且可以避免不必要和無計劃的管道維修和更換，從而獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1管道內檢測技術

對輸氣管道進行檢測主要有外檢和內檢兩種方式，管道外檢測主要通過對陰極保護系統(tǒng)及防腐層的間接檢測來定點開挖檢測管道缺陷，所以管道外檢測只能對管道開挖點進行管道腐蝕評價，不能對管道進行連續(xù)性、全面性的評價。而進行管道內檢測時，檢測器隨介質在管道內運行，檢測具有連續(xù)性、全面性，對管道的剩余強度評價、管道剩余壽命預測和風險評價更加準確、連續(xù)、全面。管道中可以被檢測到的缺陷主要有3種類型： 幾何形狀異常、金屬損失(腐蝕、劃傷等)、裂紋。對應于上述缺陷類型，各專業(yè)檢測公司生產(chǎn)有對應的檢測器，按照檢測器功能，可分為幾何變形檢測器、金屬檢測器、裂紋檢測器等。

1.1測徑檢測技術

管道幾何形狀的異常多因受到外部機械力或焊接殘余應力等原因造成，通過使用適當?shù)臋z測裝置可以檢測出各種原因造成的、影響管道有效內徑的幾何異?，F(xiàn)象并確定其程度和位置。測徑器是用于檢測、定位和測量管壁幾何形狀異常的，常用的測徑器使用一定排列的機械抓手或有機械抓手的輻射架。機械抓手壓著管道內壁并會因橫斷面的任何變化引起偏移，這些偏移可能是由于一個凹陷、偏圈、褶皺或附著在管壁上的碎屑引起的。捕捉到的偏移信號被轉換為電子信號存儲到機載的存儲器上，將1次運行后的數(shù)據(jù)取出并使用合適的軟件加以分析和顯示，從而確定那些可影響到管道完整性的異常點。目前市場上的測徑器提供的被測管徑范圍從100～1500mm不等，其靈敏度通常為管段直徑的0.2%～1.0%，精度大約為0.1%～2.0%。

1.2金屬損失檢測技術

1.2.1漏磁通檢測技術(MFL)

在所有管道內檢測技術中，漏磁通檢測技術歷史最長，因其能檢測出管道內、外腐燭產(chǎn)生的體積型缺陷，對檢測環(huán)境要求低，可兼用于輸油和輸氣管道，可間接判斷涂層狀況，其應用范圍最為廣泛。檢測原理： 在油氣管道檢測中利用永久性磁鐵將管道管壁飽和磁化，與被測管壁形成磁回路，當管壁沒有缺陷時，磁力線囿于管壁之內；當管壁存在缺陷時，磁力線會穿出管壁產(chǎn)生漏磁。通過此原理制成的檢測器主探頭拾取金屬損失處的漏磁信號，探頭能夠區(qū)分管道內壁和外壁金屬損失缺陷。里程輪系統(tǒng)實時記錄管道里程信息。地面標記系統(tǒng)記錄檢測器通過設標點上方的準確時間，結合所釆集的管道里程信息精確確定管道缺陷所在管道的里程位置，同時周向傳感器能夠確定缺陷所在管道的周向位置。

1.2.2壓電超聲波檢測技術

壓電超聲波檢測技術原理類似于傳統(tǒng)意義上的超聲波檢測，傳感器通過液體耦合與管壁接觸，從而測出管道缺陷。超聲波檢測對裂紋等平面型缺陷較敏感，檢測精度很高，是目前發(fā)現(xiàn)裂紋最好的檢測方法。但由于傳感器晶體易脆，傳感器元件在運行管道環(huán)境中易損壞，且傳感器晶體需通過液體與管壁保持連續(xù)的耦合，對耦合劑清潔度要求較高，因而僅限于液體輸送管道。

1.2.3電磁波傳感檢測技術(EMAT)

超聲波能在一種彈性導電介質中得到激勵，而不需要機械接觸或液體耦合。EMAT利用電磁物理學原理以新的傳感器替代了超聲波檢測技術中的傳統(tǒng)壓電傳感器。當電磁波傳感器載管壁上激發(fā)出超聲波能時，波的傳播采取已關閉內、外表面作為“波導器”的方式進行，當管壁是均勻的，波延管壁傳播只會受到衰減作用；當管壁上有異常出現(xiàn)時，在異常邊界處的聲阻抗的突變產(chǎn)生波的反射、折射和漫反射，接收到的波形就會發(fā)生明顯的改變。由于基于電磁聲波傳感器的超聲壁檢測最重要的特征是不需要液體耦合劑來確保其工作性能，因而該技術提供了輸氣管道超聲波檢測的可行性，是替代漏磁通檢測的有效方法。

1.3各檢測技術優(yōu)缺點

綜合以上各檢測器的使用范圍和檢測方法，總結各檢測方法的優(yōu)缺點，見表1所列。

表1　各檢測技術特點

2管道內檢測技術在榆濟輸氣管道中的應用

2.1檢測技術的選用

榆濟輸氣管道是一條運行近5a的在役輸氣管道，需要選擇技術成熟、操作相對簡單、對管道內流體不會造成其他影響的檢測方法。根據(jù)目前大多數(shù)管道檢測方法，本次榆濟管道內檢測作業(yè)選擇了幾何變形檢測和漏磁檢測方法，因為上述兩種方法僅在國內就在包括西氣東輸一、二線，陜京一、二線，澀寧蘭管道等多個大口徑輸氣管道和蘭成渝油品管道等近萬多公里的油氣管道中得到大范圍的應用，技術已經(jīng)成熟，檢測服務商隊伍也較多，便于遴選。管道企業(yè)可通過這兩種方法的檢測結果綜合來判斷管道本體的情況。

2.2檢測器的技術指標

2.2.1變形檢測器

該輸氣管道本次內檢測作業(yè)選取了高精度多通道變形檢測器，該變形檢測器可以檢測到管道凹陷、橢圓度變形、壁厚變化、造成管道內徑變化的管道附件、管道長度、閥門、三通、環(huán)焊縫、彎頭等信息。運用變形檢測器能找到變形點的準確位置，確定其尺寸大小，以便及時改造，消除隱患，確保管線安全、高效、平穩(wěn)地運行，其參數(shù)見表2所列。

表2　高精度變形檢測器技術指標

2.2.2漏磁腐蝕檢測器

該輸氣管道本次內檢測作業(yè)選取了高清晰度漏磁檢測器，該檢測器是一個智能檢測系統(tǒng)，可實時檢測并記錄金屬管體上的一般缺陷、坑狀缺陷、大面積腐蝕、機械損傷、內部缺陷、焊縫異常、劃痕、打孔盜油點等管道異常缺陷信息及套管、補丁、閥門、三通等管道附件。通過后期數(shù)據(jù)分析處理，可以確定管道異常缺陷信息及相關管道附件的精確位置和尺寸大小，其參數(shù)見表3所列。

表3　高清晰度漏磁腐蝕檢測器技術指標

續(xù)　表3

2.3內檢測作業(yè)過程

該公司自2015年6月16日至6月19日，使用泡沫清管器、四碟清管器、兩直四碟測徑清管器、兩直四碟鋼刷清管器、兩直兩碟磁力清管器對汾陽輸氣站-平遙輸氣站間的管道進行了7次清管，在確認清管效果滿足檢測器運行要求后，投運φ711高精度變形檢測器1次，φ711高清晰度漏磁腐蝕檢測器1次。

φ711高精度變形檢測器運行速度范圍： 0.1～4.0m/s，該次檢測運行期間平均速度滿足檢測器最佳運行速度要求，檢測器運行速度曲線如圖1所示。

圖1　變形檢測器運行速度曲線示意

φ711高清晰度漏磁腐蝕檢測器運行速度范圍： 0.1～4.0m/s，該次檢測期間檢測器運行速度平穩(wěn)，運行期間平均速度是1.9m/s，滿足檢測器的最佳運行速度要求，檢測器運行速度曲線圖如圖2所示。

2.4檢測結果

通過對榆濟輸氣管道汾陽輸氣站-平遙輸氣站間的管道進行變形檢測和腐蝕檢測，檢測器各通道信號清晰完整，信號質量良好。對該管道變形檢測數(shù)據(jù)進行初步分析，在管道上未發(fā)現(xiàn)不小于管道外徑5%的變形點；對該管道腐蝕檢測數(shù)據(jù)進行初步分析，在管道上未發(fā)現(xiàn)深度不小于管道正常壁厚50%以上的金屬損失點。

圖2　腐蝕檢測器運行速度曲線示意

3結束語

管道內檢測技術對于輸氣管道的運行管理具有重要意義，各油氣輸送管道應定期開展管道內檢測作業(yè)，通過開展管道內檢測作業(yè)可以全面了解管道現(xiàn)狀、及時排除安全隱患、合理利用維修費用、實現(xiàn)管道的科學管理，保證輸氣管道的安全平穩(wěn)運行，以更好地實現(xiàn)油氣輸送企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

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Study and Application of Inner Measurement Technology in Gas Transportation Pipeline

Sun Bo, Nie Wen

(Sinopec Yuji Natural Gas Pipeline Branch, Ji’nan, 250000, China)

Abstract:The pipeline inner detection technology can be used to detect internal and external corrosion and weld defects of the pipeline completely. The technical classification, applicable range, advantages and disadvantages are detailed introduced. Deformation detector and magnetic leakage detector are selected to be applied in Yuji gas transportation pipeline. The importance of pipeline inner detection technology in operation management of gas transportation pipeline are expounded through the analysis of detector performance index, introduction of detection work procedure and evaluation of testing result. It can be helpful to understand overall situation of pipeline and eliminate potential safety hazard instantly to ensure safe and stable operation of pipeline.

Key words:gas transportation pipeline; inner measurement technology; technical index

作者簡介：孫博(1982—)，男，山西萬榮人，2007年畢業(yè)于西安理工大學機械自動化專業(yè)，獲學士學位，現(xiàn)就職于中石化天然氣榆濟管道分公司，主要從事天然氣長輸管道安全生產(chǎn)運行技術研究及管理工作，任工程師。

中圖分類號：TE973.6

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)02-0058-04

稿件收到日期： 2015-11-29，修改稿收到日期： 2016-01-20。