油氣管道內(nèi)檢測(cè)新技術(shù)與應(yīng)用分析

＊張祥宇 馬冶輝 王晉魯

（合肥燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司 安徽 230075）

引言

油氣管道在復(fù)雜的環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行，在腐蝕的環(huán)境中，不可避免地會(huì)發(fā)生管道的腐蝕和變形。外部因素導(dǎo)致管壁厚度減小，并導(dǎo)致油管的壓力降低。當(dāng)管道沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)檢修和維護(hù)時(shí)，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，對(duì)管道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要有精確的了解，確保油氣運(yùn)輸活動(dòng)正常運(yùn)行。

1.油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)原理

在油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，目前最常見(jiàn)的是超聲波原理和漏磁原理檢測(cè)。在油氣管道檢測(cè)中，超聲波檢測(cè)裝置需要通過(guò)超聲波技術(shù)測(cè)量管道的壁厚。由于腐蝕情況的存在，可以有效檢測(cè)管道腐蝕厚度。漏磁原理是運(yùn)用檢測(cè)器中的磁體檢測(cè)管道，操作設(shè)備時(shí)分析磁流。該方法的靈敏度低于超聲波檢測(cè)?；诖呕蟮拇艌?chǎng)力表面測(cè)量，根據(jù)細(xì)節(jié)分析缺陷位置數(shù)據(jù)。在檢測(cè)期間存在管道缺陷，檢測(cè)器會(huì)使磁場(chǎng)和環(huán)境磁阻增長(zhǎng)。油氣管道檢測(cè)對(duì)于管道管徑不存在統(tǒng)一的情況，需要結(jié)合油管管線的大多數(shù)直徑標(biāo)準(zhǔn)，因此，在油氣管道檢測(cè)時(shí)存在合理的選擇探測(cè)器的問(wèn)題，以此來(lái)準(zhǔn)確的執(zhí)行管道檢測(cè)。檢測(cè)器需要檢測(cè)不同的直徑管，并有效地解決每個(gè)管道直徑的問(wèn)題。泄漏磁檢測(cè)器是利用幾何變形探測(cè)器的原理，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是非常重要的原則。

2.油氣管道內(nèi)檢測(cè)新技術(shù)

(1)軸向應(yīng)變組合檢測(cè)技術(shù)

軸向應(yīng)變組合內(nèi)檢測(cè)應(yīng)用是采用可對(duì)鐵磁性材料的應(yīng)變的壓力探針，并且需要組合多種傳感器與漏磁技術(shù)應(yīng)用模塊，通過(guò)組合檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以有效的測(cè)量監(jiān)控油氣輸送管道內(nèi)的軸向應(yīng)變。在內(nèi)檢測(cè)過(guò)程中，結(jié)合慣性測(cè)量單元，以此來(lái)獲得幾何數(shù)據(jù)，并根據(jù)內(nèi)在聯(lián)系建立它們之間的關(guān)系。還需要結(jié)合不同傳感器及漏磁模塊的數(shù)據(jù)，可以有效的了理解管道的情況。

(2)電磁渦流技術(shù)

電磁渦流技術(shù)采用數(shù)字電極，檢測(cè)油氣管道彎曲的磁力計(jì)，基于陣列磁力的電磁渦旋技術(shù)判斷裂縫缺陷的尺寸。當(dāng)交流電通入電感器置于導(dǎo)體時(shí)，在電磁作用下產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)交變磁場(chǎng)靠近導(dǎo)體時(shí)，磁通量發(fā)生變化，閉合電路也產(chǎn)生交流電，即渦流。渦流再次感應(yīng)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，渦流密度和導(dǎo)體中電流會(huì)隨著試樣中的缺陷而變化，這將影響次級(jí)磁場(chǎng)產(chǎn)生的分量場(chǎng)，并從接收器接收信號(hào)。圖1為電磁渦流檢測(cè)內(nèi)部缺陷圖。

圖1 電磁渦流檢測(cè)內(nèi)部缺陷圖

(3)超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用是在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播具有頻散特性的超聲波。超聲導(dǎo)波技術(shù)的原理是利用導(dǎo)波在不同介質(zhì)和形狀中傳播的不同頻率和速度，及其特定關(guān)系形成的曲線，檢測(cè)油氣管道被測(cè)試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)試件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形時(shí)，檢測(cè)過(guò)程中接受到的導(dǎo)波回波曲線會(huì)發(fā)生異常，專業(yè)技術(shù)檢測(cè)人員通過(guò)分析波形，可判定管道缺陷，并可以確定管道缺陷的位置。由于超聲波相控陣換能器與單源器晶片為壓電材料，通過(guò)壓電完成聲信號(hào)轉(zhuǎn)換，換能器對(duì)超聲波接收原理為相控陣對(duì)發(fā)射與接收奠定基礎(chǔ)。單源換能器發(fā)射和超聲波系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 單源換能器發(fā)射和超聲波系統(tǒng)

3.油氣管道內(nèi)檢測(cè)新技術(shù)優(yōu)勢(shì)

油氣管道內(nèi)檢測(cè)新技術(shù)方法可以滿足各種管道直徑的檢測(cè)要求。由于探測(cè)器有靈活的直徑設(shè)定，可以有效地在不同的油氣管道直徑中進(jìn)行全面的檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以有效地確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確性。在檢測(cè)到管道檢測(cè)數(shù)據(jù)后，可以應(yīng)用安裝在計(jì)算機(jī)上的相關(guān)軟件，來(lái)分析詳細(xì)的管道內(nèi)部掃描細(xì)節(jié)圖像，根據(jù)管道實(shí)際視覺(jué)狀態(tài)，可以有效地執(zhí)行相關(guān)操作。對(duì)于一些有一定深度的油氣管道，傳統(tǒng)的檢測(cè)可用于從管道數(shù)據(jù)中獲取信息，對(duì)于深埋管道段難以檢測(cè)，應(yīng)用油氣管道內(nèi)檢測(cè)新技術(shù)方法是有利于解決傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中的缺陷和不足。

4.油氣管道常規(guī)檢測(cè)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)油氣管道內(nèi)檢測(cè)最初只能檢測(cè)出一部分承受壓力，并且不能夠準(zhǔn)確提供準(zhǔn)確的內(nèi)部詳細(xì)的情況。在油氣管道內(nèi)檢測(cè)過(guò)程中，必須要停止油氣的正常運(yùn)輸，才能進(jìn)行管道的檢測(cè)工作。對(duì)于停止油氣工作將直接耽誤油氣輪流工作效率，同時(shí)會(huì)間接的造成油氣管道內(nèi)檢測(cè)成本的增加。

目前在油氣管道內(nèi)檢測(cè)中，利用檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了油氣運(yùn)輸工作過(guò)程中對(duì)管道的檢測(cè)，并且在這個(gè)過(guò)程中具有較低的檢測(cè)成本，還能有效的提高檢測(cè)工作效率。對(duì)于油氣管道的檢測(cè)可以根據(jù)設(shè)備不同位置進(jìn)行油氣輸送管道外側(cè)與內(nèi)側(cè)的檢測(cè)，大大提高了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的不足。對(duì)于管道外部檢測(cè)是在管道外部進(jìn)行檢查，檢查油氣管道外層的防腐層是否存在泄漏，還可以檢測(cè)管道的埋深情況等。油氣管道內(nèi)檢測(cè)是將檢測(cè)器放置在油氣管道內(nèi)部，通過(guò)運(yùn)輸介質(zhì)與檢測(cè)器形成差壓，使采用的油氣檢測(cè)器可以隨著物質(zhì)的流動(dòng)產(chǎn)生必要的運(yùn)動(dòng)。這一過(guò)程可以使內(nèi)檢測(cè)器通過(guò)感應(yīng)裝置對(duì)內(nèi)部進(jìn)行掃描儲(chǔ)存，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而獲得管道內(nèi)部情況，精確得知油氣管道內(nèi)是否存在變形和腐蝕等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷。

5.油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

(1)超聲檢測(cè)技術(shù)

超聲檢測(cè)是非破壞性測(cè)試的重要形式之一，通常用于管道檢測(cè)?？紤]到接觸式探測(cè)會(huì)損壞管壁層，使用超聲波脈沖原理應(yīng)用具有一定的意義。超聲檢測(cè)需要通過(guò)超聲波探頭傳輸信號(hào)，在油氣管道內(nèi)檢測(cè)操作中，沖擊信號(hào)浸入管中，可以檢測(cè)管道的凹陷、壁厚和裂縫等。超聲波相控制基質(zhì)可以完成裂紋和腐蝕的檢測(cè)，并獲得裂縫試驗(yàn)。作為未破壞性技術(shù)，超聲檢測(cè)用于確定管道的軸向徑向裂縫，可以直接測(cè)量到金屬壁上管道損失。憑借其非破壞性的技術(shù)，檢測(cè)超聲波導(dǎo)向器是沿波的方向傳播更高介質(zhì)的方法。如果超聲在擴(kuò)散中反射轉(zhuǎn)換和模態(tài)變換，確保管道是否存在缺陷或變形。檢測(cè)超聲波受高靈敏度噪聲的影響，為了防止外部噪聲效應(yīng)，需要根據(jù)隨機(jī)共振的信號(hào)檢測(cè)方法差，與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相關(guān)，超聲波具有準(zhǔn)確率高和低成本檢測(cè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

(2)渦流檢測(cè)技術(shù)

1879年英國(guó)人Hughes將渦流檢測(cè)應(yīng)用于實(shí)踐過(guò)程中，用于評(píng)估金屬和合金。但改進(jìn)測(cè)試技術(shù)是德國(guó)Forsteridi。分析電流測(cè)試機(jī)理和阻抗分析，為設(shè)備研制提供了理論依據(jù)。電流定義的多維方法，多頻電流用頻率信號(hào)激勵(lì)探頭，比多頻激勵(lì)能接收到更多的信號(hào)，在檢測(cè)中可以抑制干擾因素。結(jié)合電壓和電流測(cè)量多頻渦流阻抗分析儀，通過(guò)同步來(lái)減少干擾信號(hào)，特別是分析檢測(cè)。

美國(guó)西南研究所采用理論分析對(duì)脈沖渦流進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)分布比理論輸出更寬。采用時(shí)域分析獲取信息，以鈦合金板為試件，分析斷裂深度。在先前工作的基礎(chǔ)上，新的波形和聲音波形，被用于檢測(cè)裂縫。使用絕對(duì)線圈，以磁電流為激勵(lì)，分析線圈變化并測(cè)試多層導(dǎo)電性和厚度。該測(cè)試需要基材，材料均為非磁性金屬。使用脈沖電流檢測(cè)來(lái)檢測(cè)結(jié)構(gòu)中的腐蝕缺陷，充分利用脈沖渦流信號(hào)，探針探傷被用于區(qū)分干擾因素。

渦流檢測(cè)技術(shù)方法是基于對(duì)電流效應(yīng)原理的測(cè)量環(huán)境和渦流分布，檢測(cè)異?；蛉毕菰诖艌?chǎng)的變化。為了優(yōu)化傳感器的范圍，需要與基于雙序列傘結(jié)構(gòu)和電流傳感器蓋的內(nèi)壁驗(yàn)證可以是固定電流傳感器。目前已應(yīng)用的技術(shù)包括單頻、多頻、脈沖和深層渦流，以及阻抗平面技術(shù)和渦流成像技術(shù)。渦流測(cè)距法是以電渦流效應(yīng)為位移測(cè)量手段，在變化磁場(chǎng)中激發(fā)渦流，渦流因?qū)w結(jié)構(gòu)異常檢測(cè)而發(fā)生變化。為了優(yōu)化傳感器，采用雙排交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)固定傳感器，實(shí)現(xiàn)傳感器覆蓋管道內(nèi)壁。

隨著渦流技術(shù)的發(fā)展，脈沖渦流檢測(cè)應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)中，檢測(cè)原理與傳統(tǒng)檢測(cè)大致相同，區(qū)別在于激勵(lì)源，傳統(tǒng)檢測(cè)采用正弦交流激勵(lì)，脈沖渦流采用脈沖方波信號(hào)。感應(yīng)缺陷的大小和形狀，通過(guò)感應(yīng)便可以推斷出管壁缺陷。通過(guò)采用傳感器和改進(jìn)探頭方式，提高靈敏度。渦流檢測(cè)技術(shù)可在管道運(yùn)輸不停運(yùn)的情況下進(jìn)行檢測(cè)，并且效率高，脈沖渦流技術(shù)具有響應(yīng)速度快和缺陷檢測(cè)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在管道內(nèi)檢測(cè)中的應(yīng)用彌補(bǔ)了渦流檢測(cè)對(duì)深度缺陷的缺點(diǎn)。

(3)成像檢測(cè)技術(shù)

成像檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用光學(xué)原理，也被用在非破壞性內(nèi)部檢測(cè)技術(shù)。使用成像方法已被開(kāi)發(fā)出帶有閉路電視管連續(xù)通過(guò)分析繪制圖像，獲得管的變形?；陂]路電視攝像技術(shù)。安裝在特殊的照相機(jī)的前部，使油氣管道內(nèi)檢測(cè)速度和測(cè)量的靈敏度提高。如果在管顯示減少，被限制為不能被施加到長(zhǎng)距離管道的信號(hào)的傳播。如果不處理，則次級(jí)端返回前置攝像頭，人眼無(wú)法識(shí)別一定區(qū)域的變形。

三維激光掃描技術(shù)原理是利用激光測(cè)量，由此獲取管道表面的坐標(biāo)和數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)軟件對(duì)點(diǎn)云處理，以此來(lái)獲得三維立體模型。激光掃描系統(tǒng)主要包括測(cè)距系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，集成CCD、儀器控制和校正系統(tǒng)。手持三維激光掃描儀對(duì)長(zhǎng)輸管道缺陷進(jìn)行掃描，并保存數(shù)據(jù)。三維激光掃描在油氣管道的應(yīng)用仍有較大的提升空間。當(dāng)前其研究主要集中于數(shù)據(jù)的成像處理。目前三維激光掃描也無(wú)法適用于長(zhǎng)距離埋地管道的檢測(cè)。對(duì)于最新發(fā)展的投射成像采用高功率的照射管道內(nèi)，通過(guò)透鏡將反射光形成環(huán)形圖像。通過(guò)處理圖像，可知管道的參數(shù)，檢測(cè)管道變形。激光投射成像結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分辨率高，不受光束影響。但是在管道檢測(cè)工作中檢測(cè)效率低。目前處于實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。

6.檢測(cè)技術(shù)在管道檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

管道的安全關(guān)系到生命和財(cái)產(chǎn)的安全，對(duì)于檢測(cè)誤差范圍需要控制在合理的水平內(nèi)。對(duì)油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)不斷研發(fā)，確保檢測(cè)質(zhì)量狀況的實(shí)時(shí)評(píng)估，準(zhǔn)確預(yù)見(jiàn)危險(xiǎn)管道的修復(fù)，使油氣管的使用壽命得以延長(zhǎng)，并確保油氣輸送工作的順利展開(kāi)。確保石油運(yùn)輸?shù)陌踩?，并在今后的管道檢測(cè)中發(fā)揮重要的作用。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)方法傳遞給重要部門(mén)，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備和現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用，所有在線掃描設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)也得到了一定的應(yīng)用擴(kuò)展。

目前，我國(guó)的管道尚未廣泛應(yīng)用，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)程序和驗(yàn)收制度。因此，對(duì)于油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)研發(fā)和質(zhì)量的提高是未來(lái)的發(fā)展方向。在油氣管道內(nèi)檢測(cè)中，對(duì)于各種非破壞性檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以在檢測(cè)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道存在的缺陷，很容易找到管道表面缺陷。在檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用和選擇中，如超聲波探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以找到超聲波探測(cè)，并完成集成技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在自動(dòng)化矢量的識(shí)別，將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。油氣管道內(nèi)檢測(cè)所有技術(shù)的應(yīng)用，都需要具有較高級(jí)別的運(yùn)營(yíng)專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

因此，對(duì)于大數(shù)據(jù)在油氣管道內(nèi)檢測(cè)中的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)定義，對(duì)于管道缺陷的智能檢測(cè)技術(shù)和缺陷自動(dòng)警告將是一個(gè)總體的發(fā)展趨勢(shì)。

7.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，需要針對(duì)不同的管道環(huán)境和具體的工作情況，采用不同的內(nèi)檢測(cè)方法。在油氣管道內(nèi)檢測(cè)工作中，基于目前無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，檢測(cè)水平還需要進(jìn)一步的提高，確保腐蝕能夠得到有效的檢測(cè)，并確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對(duì)于內(nèi)檢測(cè)屬于油氣管道管理中的重要部分，通過(guò)內(nèi)檢測(cè)工作可以實(shí)現(xiàn)管理策略，減少因管道腐蝕或變成而造成的油氣運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)損失，并且在確定精確檢測(cè)后對(duì)有問(wèn)題的管道位置進(jìn)行維修，可以降低實(shí)際的管道維修費(fèi)用，使管道壽命能夠增長(zhǎng)。