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油气管道漏检测技术及发展趋势张健，等 油气管道漏检测技术及发展趋势 I n n e r Ex a mi n a t i o n T e c h n o l o g y o n Pi p e l i n e a n d t h e De v e l o p me n t Tr e n d 张 健 谢 辉 曹谢 东 胡勤耕 江茂德 唐苏明 西南石油大学电气信息学院四川成都6 1 0 5 0 0 [ 摘要 ] 油气输送 管道泄漏不仅会造成 巨大的经济损失和资源浪费，而且会 带来安全和污染问题 ， 对人们的生命、财产和生存环境造成潜在威胁 ，因此对油气输 送管道进行泄漏检 测非常必要。介绍 了近 几十年来我国油气输送管道的泄漏检测及定位技术，分析了内管道泄漏检测技术现状，阐述了该领域未 来的发展 方向。 关键词 油气管道 ；漏检测 ；检测定位；发展趋势 [ 中图分类号] T [ 文献标识码 ] B 引言 管道是输送危险液体和气体最为安全有效的 方式 。随着管道运 营时间 的延长 ，管道 老化 问题 日 益突出，管道安全运行问题越来越受到人们的 重视 。根据 国内外管 道事故 统计资料 分析 ，管道 投入运行 的早期和后期 是事故 的高发期 ，特别 是 后期 ，管道 因腐蚀破坏 而造成 的穿 孔泄漏事 故时 有发生 ，管道事故发 生的可能性 是随着管道 运行 时间的增加而急据增加的。在我国，多数管道都 已运行2 0多年，已进人事故的高发期 ，必须采取 相应 的措施 以防止事 故 的发 生。 目前 ，对于管 道 的检测较 为普遍 的观点是采用智能 检测器对管 道 实施漏检测。 1 漏检测的作用 如果能够对管道 实施漏检测 ，就能够 准确地 把握管道 内部状 况 ，并根 据适 当的优选原 则 ，对 一 些严重 缺陷或潜在 问题 进行及时维修 ，就可 以 避免管 道 事 故 发 生，同 时也 能 够 大 大 延长 管 道 寿命 。 管道漏检测 技术 是通过装 有无损检 测设备及 数据采集 、处 理和存 储 系统 的智能清管 器在管道 中运行，完成对管体的逐级扫描，达到对缺陷大 小 、位置的检测的 目的。 管道漏检测技术 可 以在保 证管道正 常运行 的 状态下 ，定量检测 出管道存 在 的缺 陷。该技术 的 应用为管道事故的预防和合理维护提供了科学依 据，对保证管道尤其是长输管道安全运行具有重 要作用。使用管道漏检测技术有较多的优点一 是有计划地进行管道 内检测，不仅能识别潜在的 管道缺陷，而且能够分辨 出缺陷的大小和类型， 以便能早期维护使其在达到危险点之前就被找到， 进行维修 ，减少 了大 量损 失 以及对 环境 的污染 ； 二是运用管道漏检测技术，可以为管道维修提供 科学的依据 ，变抢修 为计划检修 ，有计划 地更换 个别管段 ，可大大减少 管道维 修费用 ，避兔 了管 道维修的盲 目性；三是对管道的承载能力有数， 适时决定是否增压或减压；四是对管道的管径缺 陷情况提供了永久的状况记录，为研发管道和施 工提供有益的参考。 2 漏检测技术 管道 中可 以被检测到 的缺 陷分为 3个主要类 型 几何形状异 常 凹陷 、椭 圆变形 、位移等 ； 金属损失 腐蚀 、划伤等 ；裂纹 疲劳裂纹 、应 力腐蚀开裂等 。针对上述 3种缺 陷类型 ，世界上 各大检测专业公 司都 根据市场和用户 的需要研 发 了多种检测器 ，并 不断更 新换代。漏 检测器按 其 功能可分为用 于检测管 道几何 形状异常 的变形检 测器 ，用于检测 管道金属 损失 的金属 检测器 ，用 于裂纹、应力腐蚀开裂检测的裂纹检测器。 2 ． 1 变形检测器 管道几何形状 的异 常多 因受 到外 部机械力或 焊接残余应力等原因造成，通过使用适当的检测 装置可以检’贝 0 出各种原因造成的、影响管道有效 内径的几何异常现象并确定其程度和位置。 漏磁测径器是用于检测、定位和测量管壁几 一 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 仪器仪表与分析监测2 0 1 1 年第 4期 何形状异 常的。常用 的测径器使用 有机械排列抓 手的辐射架 。机械抓手压着 管道 内壁并会 因横 断 面的任何变 化引起偏 移 ，这些偏 移可能是 由于一 个凹陷 、偏圈、褶 皱或 附着 在管壁上 的碎屑 引起 的。捕捉到的偏移信号被转换为电子信号存储到 机载的存储器上，将一次运行后的数据取出并使 用合适的软件加 以分析和显示 ，从 而确定那些可 影响到管道完整性的异常点。目前市场上的测径 器提供的被测管径范围从 1 0 0～1 5 0 0 mm不等，其 灵敏度通常 为管段直径 的 0 ． 2 ％ ～1 ％ ，精度大约 为 0 ． 1 ％ ～ 2 ％。 2 ． 2 金属损失检测技术 漏磁 MF L 技术可检测 出腐蚀或擦 伤造成 的管道金属 损失缺陷 ，甚至 能够测 量到那些不足 以威胁管道结构完整性的小缺陷 硬斑点、毛刺、 结疤、火杂物和各种其他异常和缺陷 ，偶尔也可 检测到裂纹缺 陷 、凹痕和 起皱。漏磁技 术应用相 对较为简单，对检测环境的要求不高，具有很高 的可信度 ，而且可兼用于输油和输气管道。 对于浅 、长且窄 的金属损 失缺陷 ，MF L信 号 就难以检测 出来 。检测 精度 也受 多种 因素 影 响。 常规 MF L检测器的磁铁方向是沿管道的主轴方向， 缺陷产生的磁通扰动较小 ，因此在探测轴 向缺陷 方向的精度较差，通过把磁铁方向或磁力线方向 调整为绕管 道轴 向，增 大缺 陷对 磁通 的切 面 积， 可增加对轴 向缺 陷的检测精 度。在对管道进 行检 测时 ，要求管壁道达 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 使用的壁厚范围通常在 1 2 mm以下。 2 ． 3裂纹检测技术 裂纹可能 由管 材的缺 陷、材料 空隙 、火杂物 或凹陷 、局部脆 性 区域及应力 、疲劳 、腐蚀 等造 成 。裂纹类缺陷是管道 中存在 的最为严重 的缺陷 ， 对管道的威胁极大。 最适于检测裂纹 的技术 是超声波方法 。经过 管壁的超声波受到来 自管壁的各种不同情况的影 响从而可以测 量并描绘 出管道 的现有状况。超声 波检测器的主要优点是能够提供对管壁的定量检 测，其提供的内检测数据精度高和置信度高，缺 点是需要耦合剂。 一 种最新 的超声波检测 技术 即电磁声波传感 检测技术 F MA T正在研发 中，该技术 的最大优 点就是可借助电子声波传感器，使超声波能在一 一 4 0 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。该技术利用电磁原理，以新的传感 器替代 了超声 波检测技 术 中传 统 的压 电传感 器。 当电磁传感器在管壁上激发出超声波时，波的传 播采用以管壁内、外表而作为 “ 波导”的方式进 行，当管壁是均匀的，波沿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。基 于电磁 声 波传感器的超声波检’ 贝 4 最重要的特征是不需要 液 体耦合剂来确保其工作性能。然而，这种检测技 术也同样存在着不足 ，检测器需距被检物体表 而 1 mm，传递超声波能力相对较低 。正是 由于这个 原因，在许多情况下是通 过电磁声来确定其 动态 范围，且不能使用高频。 3 漏检测技术在国内的应用 目前我 国的管道 检测技 术 主要有 漏磁 检测 、 超声波检测 、远场涡流检测 、射线 检测 、渗透 检 测等 。相 比较而言 ，漏磁检测法 以其检测速度高 、 定位精确、可靠性高且不需要耦合剂等优点 已被 广泛用于我 国汕气管道腐 蚀检测 中。另外 我 国开 发出的 Y射 线管道爬 行器 、x射 线管道 爬行 器 、 地埋铁磁性管道检测仪 以及高精度管道漏磁 在线 检测系统 ，在汕气 管道泄漏检测上都有很 好的应 用。但是国内在对埋藏于城市地下的燃气管道的 泄漏检测 方而技术 水平还不高 ，主要 依靠人工携 带检测仪器或者流动的车载仪器沿着地下燃气管 道巡检 ，真正应用计算机软件 的管道 检漏系统还 没有在具体工作中实施。 4 漏检测技术存在 的问题及其发展趋势 4 ． 1 目前漏检测技术存在 的问题 尽管漏检测在管道的施工阶段和使用阶段都 得到了较为广泛的应用 ，但是仍 然存在着一些 问 题 。例如 目前阶段 的所 有的漏检测 对于缺 陷的 探测 、描述 、定位及确定大小 的可靠性仍 不稳定 ， 不精确 ， 需要改进的余地还很大；检测工具对工 作环境的要求极为苛刻 高压、低／ 高温 ，检测 器在运行 中不可避兔地会 由于运行速率 、杂质等 引起检测结果偏差或设备损坏；现有分析检测结 果的方法不一致等。 现有的可用来证 明的概念 、检测工具 的测量 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油气管道漏检测技术及发展趋势张健。等 原理以及操作的可靠性没有达到用户所要求的程 度 。完成检测 是一个 多步骤 的过程 ，取 决于计 算 机算法与最 终做决策人 的经验 ， ’ 这个 时候计算 机 算法和人 的经验就对结 果起着绝 对性 的作用 。 目 前还没有如何诊断、分析、识别缺陷三维大小的 推荐做法。每个在线检测机具供应商为了各 自的 商业利益 ，都是在 自己的公 司内部采取保 密的方 法对检测结果进行 解释和评价 。还没有任何 一种 被公认的方式对人为 因素所产 生的解释错误进 行 评价 ，这种资 源上的不共享在 一定程度上也 阻碍 了内检测技术的进一步发展。 4 ． 2 漏检测技术的发展趋势 用三维 图像 直观显示管 壁缺 陷是 当今 国际管 道漏检测技术 的发展趋势 。用超声 波技 术实现直 观显示管壁缺 陷，比较容 易实现 。用漏磁 技术实 现直观显示 管壁 缺陷则 比较 困难 ，这是 由漏磁检 测技术原理决定 的。漏磁 检测器 的发展 方 向主要 在两个方 而一是提高检 测器探头 的质量并增加 探头的数量，这样就提高了采集数据的质量和数 量 ，从而为数 据分析提 供更全 面、更准 确 的基础 数据 ；二是提高数据分析 的准确性和 自动化水平 ， 使之能够形象直观地描绘 出管道真实状况。其中 最重要的是需要 在漏磁与缺陷 的对应关 系数学模 型的研究上不断做 出努力。 尽管漏磁 和其他检测技 术在定量 和定性地测 量管道腐蚀 和金 属减薄量 方面 已经很 成熟 ，但是 检测管道的初期裂纹仍是一个研究重点和发展趋 势。已有检测仪投入商业使用，能够测出裂纹或 像裂纹的 3 0 m F ll 长、1 m l T l 深的缺陷。北关公 司正 在研发横向场测量技术和弹性波在线裂纹检测仪 器 。据知 ，法国一家管道 T R A P I L公 司正在试验一 种横 向漏磁检测仪用来检测应力腐蚀裂纹。 漏磁通法 与超声波法相结合 是发展 的方 向之 一 ，伴随着新 技术 、新 工艺的不断涌 现，管道 内 检测技术手段也 日趋 成熟和科学 ，管道 内检测设 备 已由单纯 的漏磁腐蚀检测器 向高清晰度 、C P S和 C I S技术于一体的高智能检测器发展。 为进一步降低操作 成本 ，提高管 道漏检测效 率和精度，应开发一种能够 同时检测出腐蚀、应 力腐蚀裂纹、裂纹和凹痕缺陷的多功能的检测仪。 参考文献 [ 1 ]薛振奎 ．我国油气管道综述 ．北京 石油工业出版社， 2 0 0 49 [ 2 ]严人凡 ，翁永基 ，董绍华 。油气长输管道风险评价与 完整性管理 ．北京 化学工业出版社，2 0 0 5 [ 3 ]李新 ，王昌明 ． 天然气管道的内部漏磁检测技术 ．天 然气工业 ，2 0 0 1 ；2 1 6 8 8～ 8 9 [ 4 ]丁建林 ．我国油气管道技术和发展趋势 ．油气储运 ． 2 0 0 3 2 2 9 2 2～2 5 [ 5 ]李勇，付建华 ．漏磁式智 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