天然气长输管道内检测技术及在靖西线中的应用

天然气长输管道内检测技术及在靖西线中的应用

管道内智能检测器，目前应用较为广泛的是超声波检测器和漏磁检测器。智能检测由于其检测的连续性和全面性，可完整的检验管道内、外腐蚀及焊缝缺陷，使管道的腐蚀状况更详细，全面，准确，因此该技术是目前国际上公认的管道最佳检测方法。陕西省天然气股份有限公司生产运行部为保证长输管线始终处于安全的运行状态，近年来在加强该管线的完整性管理方面做了大量的工作，首次应用管道内检测技术对长输管道进行了风险评价和隐患的处理。在此将第一手的珍贵资料与同行分享，以便各位在今后长输管道管理中借鉴。

标签：长输管道；内检测技术；应用

1 管道内检测技术

我们知道如果管材本身不受腐蚀，管壁不发生变化的话，在通常情况下管道的输送是处于安全状态的，然而要想掌握管道的腐蚀状况，目前主要是通过两种检测方法（外检、内检）来达到。管道外部检测主要是通过对阴保系统和管道防腐层的间接检测，来定点开挖检测管道内、外壁缺陷，对管道的安全运行状态作出判断和评价，所以管道外部检测只能对管道的开挖点进行管道腐蚀评价，不能对管道进行连续性和全面性的安全评价。而进行管道内部检测时，检测器随输送的介质在检测管道内运行，检测具有连续性和全面性，对管道剩余强度评价、管道剩余寿命预测和风险性评价更加准确、连续和全面。

1.1 管道内检测技术的发展

管道内智能检测器，目前应用较为广泛的是超声波检测器和漏磁检测器。智能检测由于其检测的连续性和全面性，可完整的检验管道内、外腐蚀及焊缝缺陷，使管道的腐蚀状况更详细，全面，准确，因此该技术是目前国际上公认的管道最佳检测方法。

早在1965年美国Tuboscopc公司就已将漏磁通（MFL）无损检测（NDT）技术成功地应用于油气长输管道的内检测，紧接着其他的无损内检测技术也相继产生，并在尝试中发现其有着广泛的应用前景。

目前国外较有名的检测公司有美国的Tuboscopc GE PII、英国的British Gas、德国的Pipetronix、加拿大的Corrpro，且其产品已基本上达到了系列化和多样化。内检测器按功能可分为用于检测管道几何变形的测径仪、用于管道泄漏检测仪、用于对因腐蚀产生的体积型缺陷检测的漏磁通检测器、用于裂纹类平面型缺陷检测的涡流检测仪、超声波检测仪以及以弹性剪切波为基础的裂纹检测设备等。目前应用较为广泛的几种方法有：

1.1.1 测径检测技术

该技术主要用于检测管道因外力引起的几何变形，确定变形具体位置，有的采用机械装置，有的采用磁力感应原理，可检测出凹坑、椭圆度、内径的几何变化以及其他影响管道内有效内径的几何异常现象。

1.1.2 泄漏检测技术

目前较为成熟的技术是压差法和声波辐射方法。前者由一个带测压装置仪器组成，被检测的管道需要注以适当的液体。泄漏处在管道内形成最低压力区，并在此处设置泄漏检测仪器；后者以声波泄漏检测为基础，利用管道泄漏时产生的20～40 kHz范围内的特有声音，通过带适宜频率选择的电子装置对其进行采集，在通过里程轮和标记系统检测并确定泄漏处的位置。

1.1.3 漏磁通检测技术（MFL）

在所有管道内检测技术中，漏磁通检测历史最长，因其能检测出管岛内、外腐蚀产生的体积型缺陷，对检测环境要求低，可兼用于输油和输气管道，可间接判断涂层状况，其应用范围最为广泛。由于漏磁通量是一种相对的噪音过程，即使没有对数据采取任何形式的放大，异常信号在数据记录中也很明显，其应用相对较为简单。值得注意的是，使用漏磁通检测仪对管道检测时，需控制清管器的运行速度，漏磁通对其运载工具运行速度相当敏感，虽然目前使用的传感器替代传感器线圈降低了对速度的敏感性，但不能完全消除速度的影响。该技术在对管道进行检测时，要求管壁达到完全磁性饱和。因此测试精度与管壁厚度有关，厚度越大，精度越低，其适用范围通常为管壁厚度不超过12 mm。该技术的精度不如超声波的高，对缺陷准确高度的确定还需依赖操作人员的经验。

1.1.4 压电超声波检测技术

压电超声波检测技术原理类似于传统意义上的超声波检测，传感器通过液体耦合与管壁接触，从而测出管道缺陷。超声波检测对裂纹等平面型缺陷最为敏感，检测精度很高，是目前发现裂纹最好的检测方法。但由于传感器晶体易脆，传感器元件在运行管道环境中易损坏，且传感器晶体需通过液体与管壁保持连续的耦合，对耦合剂清洁度要求较高。因此仅限于液体输送管道。

1.1.5 电磁波传感检测技术（EMAT）

超声波能在一种弹性导电介质中得到激励，而不需要机械接触或液体耦合。这种技术是利用电磁物理学原理以新的传感器替代了超声波检测技术中的传统压电传感器。当电磁波传感器载管壁上激发出超声波能时，波的传播采取已关闭内、外表面作为”波导器”的方式进行， 当管壁是均匀的，波延管壁传播只会受到衰减作用；当管壁上有异常出现时，在异常边界处的声阻抗的突变产生波的反射、折射和漫反射，接收到的波形就会发生明显的改变。由于基于电磁声波传感器的超生壁检测最重要的特征是不需要液体耦合剂来确保其工作性能。因此该技术提供了输气管道超声波检测的可行性，是替代漏磁通检测的有效方法。

以上检测技术中，目前应用最为广泛的当数漏磁检测技术和超声波检测技术。由于超声波检测器在进行管道检测时的局限性较大，因此国际上进行管道内智能检测时多采用漏磁检测器进行管道内检测。漏磁检测器如图1所示

1.2 管道内检测技术的原理

管道内检测技术是将各种无损检测（NDT）设备加在管道清管器（PIG）上，将原来用作清扫的非智能改为有信息采集、处理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器（SMART PIG），通过清管器在管道内的运动，达到检测管道缺陷的目的。

漏磁检测器的原理是：根据霍尔效应原理，对管道施加强的磁场，使管道达到磁饱和状态。当管道材质连续、均匀时，管道中的感应线位于管道内且与管道表面平行；当管道有金属损耗缺陷时，管道金属损耗缺陷会引起磁感应线形状的改变，一部分磁感应线会绕过金属损耗缺陷在管道表面附近的空间中形成漏磁场，当采用对漏磁场敏感的传感器加以探测，通过检测漏磁场的变化来检测管道中的缺陷。原理如图2所示。

1.3 内检测技术在靖西一线的应用

我們于2007年4月使用漏磁检测器完成对陕西省天然气股份有限公司靖西一线化子坪-延安70km的管道内检测，在进行腐蚀检测前对管道进行了多次清管作业（清管器如图3所示），在管道条件满足检测要求的情况下进行了变形检测和腐蚀检测。

由于管道输送的介质是天然气，因此检测器运行速度的快慢和平稳性对管道内检测的成功有较大的影响。本次？椎426腐蚀检测器运行速度范围是：0.5～5米/秒，本次检测期间检测器运行速度较平稳，速度波动范围是：1.59～3.67米/秒，运行期间平均速度是2.41米/秒，满足腐蚀检测器的最佳运行速度要求。检测器全程运行速度如图4所示。

此次检测在化子坪站至延安站段发现管道上存在金属损失265处，其中外腐蚀263处，内腐蚀2处，最严重的金属损失深度达到管道正常壁厚的36%。结合现场开挖的情况来看，这些金属损失缺陷主要是由于防腐、运输和敷设过程中产生的机械损伤。缺陷统计见表1、表2，缺陷分布见图5，管道上的机械损伤缺陷见图6。

在此次内检测工作完成后，我们依据ASME B31G标准对靖西一线管道进行了相应的安全评估，从评价的情况来看，该段管道运行情况良好，腐蚀情况相对较轻，最严重处缺陷的剩余寿命为2.4年。通过此次内检测，对管道的腐蚀情况有了较全面的了解，为今后制定管道安全运行的决策提供了很好的依据。

2 管道修复技术

无论何种材质的管道，一旦建成后，都会连续不断地受到各种机制的侵袭和

破坏。因此，管道维修技术已经得到越来越多的管道运营商和石油天然气公司的重视。目前用于管道补强的几种常用的方法有堆焊、打补丁、打套筒、碳纤维补强、夹具注环氧等。

对2007年4月内检测发现的金属外表面缺陷，我们委托专业公司采用碳纤维补强技术进行了修复，从已实施的5处近一年的运行情况观察，总体效果良好，保障了管道的安全稳定运行。

总之，我公司在管道完整性管理方面做了一些努力，但离国际和国内先进水平还有很大的差距，特别是在管道智能检测和金属缺陷风险评估及地质灾害风险评估方面还很薄弱，容易出现风险的误判，埋下安全隐患或着出现投资浪费，这些方面还需进一步加强。