穿越河流油气管道检测技术研究进展.pdf

2 0 0 9正 第3期 警 技 术 P i p e l i n e T e c h n i q u e 5 设 备 a n d E q u i p me n t 2 0 0 9 No ． 3 穿越 河流油气 管道检测技 术研 究进展 邱姝娟。 ， 闵希华 ， 吴明 ， 何志强 ， 庞贵良 ， 姚峰 ， 崔祥 1 ． 中国石油集团西部管道有限责任公司， 新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 2； 2 ． 辽宁石油化工大学机械工程分院， 辽宁抚顺1 1 3 0 0 1 摘要 目 前国内部分油气管道已经进入事故多发期， 开展管道检测技术研究具有现实意义。主要 论述了基于无损检测理论发展起来的超声检测、 漏磁检测、 射线检测、 涡流检测及热像显示五类常用管 道 内检测技术及其研 究进展 ， 指出随着管道服役期的增加 ， 应 开展 安全评价技术研 究， 并兼顾 油气管道 运营中的安全性、 可靠性、 经济性和适用性要求， 科学预测管道的剩余使用寿命， 合理制定和客观评价 管道的使用维修决策， 提高管道的完整性管理水平。 关键词 管道； 无损检测 ； 穿越河流 中图分类号 T E 8 3 2 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 0 9 0 3 0 0 2 1 0 3 Re s e a r c h a n d De v e l o pme nt o f t he I ns pe c t i o n Te c h no l o g y f o r Cr o s s ． Ri v e r Oi l a n d Ga s Pi p e l i ne Q I U S h u - j u a n ， MI N X i h u a ， WU Mi n g ， HE Z h i ． q i a n g ， P AN G G u i l i a n g ， Y A O F e n g ， C U I X i a n g 1 ． We s t P i p e l i n e L t d ． o f C N P C， Ur u mc h i 8 3 0 0 1 2 ， C h i n a ； 2 ．S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， L i a o nin g U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m C h e m i c a l T e c h n o l o g y ， F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Al o n g w i t h t h e h i g h s p e e d d e v e l o p me n t o f o i l g a s i n d u s t r y． a c c i d e n t s t h a t h a v e o c c u r r e d i n p i p e s a n d p i p e l i n e s u s e d f o r t r a n s p o r t i n g o i l a n d g a s a r e mo r e a n d mo r e s e ri o u s ． T h e c o s t o f s u c h a s s i d e n t s i s e n o r mo u s ， i n c l u d i n g t h e s h u t d o w n o f f a c t o rie s ， l o s s o f p r o d u c t s a n d ma t e r i a l s ， p o w e r wa s t e ， e t c ． Ac c i d e n t s c a n e v e n l e a d t o p i p e l i n e l e a k a g e ， t h e e n v i r o n me n t p o l l u t i o n， t h u s p o s i n g d i r e c t t h r e a t s t o p e o p l e ’ S s a f e t y ． S o ， i t i s n e c e s s a r y t o i n s p e c t t h e p i p e l i n e C O I T O S i O n t o a v o i d p i p e l i n e a c c i d e n t s ． T h e p a p e r f o c u s e s o n p i p e l i n e s t h a t H I H t h r o u g h ri v e r s ． By i n v e s t i g a t i n g t h e d o me s t i c a n d f o r e i g n ma g n e t i c fl u x l e a k a g e t e c h n o l o g y ， a n d c o m p a r i n g o u r a n a l y s e s o f s e v e r a l n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g m e t h o d s ， s u c h a s e d d y c u rr e n t t e s t i n g E T ， u l t r a s o n i c t e s t i n g U T ， m a g n e t i c p a rt i c l e t e s t i n g M T a n d m a g n e t i c fl u x l e a k a g e MF L ， a ri s k a s s e s s me n t t e c h n o l o gy i s d e v e l o p e d fo r a s s e s s i n g t h e ri s k s o f p i p e l i n e s ． S o me a t t e mp t s h a v e b e e n ma d e t o e s t a b l i s h t h e f u z z y r i s k a s s e s s me n t me t h o d f o r o i l a n d g a s p i p e l i n e s i n o r d e r t o p ro v i d e r e f e r e n c e f o r ma n a g e r s c o n c e r n e d ． Ke y wor ds pi p el i ne； n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g c r o s s riv e r 0 引言 管道检测的主要 目的是检测管道上的异 常点 ， 降 低事 故 发 生 率。1 9 6 5年 美 国 T u b o s c o p e公 司 以及 1 9 7 3年英 国 B r i t i s h G a s 公 司相继应用漏磁 检测器对 管道进行 内检 测 以来 ， 各种 新型管 道检 测器不 断 出 现 ； 同时， 由于计算机 、 自动化 以及数字处理技术 的快 速发展 ， 为提高管道检测器的可靠性和检测效率提供 了强有力的技术保证 ， 各类管道检测仪器在促使管道 安全运行 、 减少 事故造成 的损 失方 面发挥 了重要 作 用 。 1 管道内检测的必要性 管道长距离敷设必然要穿越河流、 湖泊， 而水流 收稿 日期 2 o o 80 61 3 收修改稿 日期 2 0 0 81 21 0 的冲刷会造成管段的损毁， 这不仅影响管道的平稳运 行 ， 还将导致河水 的污染 。因此 ， 确保 穿河管道的安 全能够产生重大 的经济效益 和社会效 益。国内管道 事业起步较晚 ， 管道穿越河流工程在埋深确定方法 、 水土保护方式等方面存在一定 问题 ， 穿河管道经长时 间的运行， 在河床段管道的破坏特征表现为焊缝缺陷 和管材金属缺 陷， 在河滩地段 的管道发生泄漏 、 局部 腐蚀或有严重的坑蚀 。图 1给出了进行管道检测与不 进行管道检测时管道维护经济效益 比较情况 。 目前 ， 国内对长输管道 的检测多采用传统的管道 外检测技术 ， 即通 过对管 道 的阴极保 护系统进 行检 测 ， 从而获得管道的受蚀状况 。所谓管外检测是将检 测设 备放在管道外部 ， 了解管道 的情况 ， 多用于突发 性事故 ， 这类方法虽然能够实现在不开挖 ， 不影响正 P i p e l i n e Te c h n i q u e a n d Eq u i p me n t Ma v ．2 0 0 9 常工作的情况下对埋地管道进行检测 ， 但都属于间接 检测管道腐蚀的方法， 而且得到原始数据往往需要工 作人员的仔细分析和校验 ， 有的管外检测技术还不适 于检测公路 、 铁路 、 海洋等区域下的管道 ， 无法实现对 管道的全面检测。 图 1 管道检测经济效益比较 针对管外检测技术存在 的问题 ， 一些发达国家先 后开发出了一些可行的管 道内腐蚀检测技术。管 内 检测是把检测仪器置入管道内， 使之随管道中流动介 质移动或 自行移动。检测仪器将 管道有关信息采集 并存储起来 ， 利用计算机记 录的管道信息进行处理分 析， 从而了解管道状况， 这种方法适用于检测管道腐 蚀状况及微小泄漏。德 国、 美 国、 日本和加拿大在这 方面起步较早 ， 且 已结合此项技术研制出了各种智能 检测爬行机 I n t e l l i g e n t p i g或 S ma r t P i g ， 简称爬机 ， 并 获得了成功的经验。 2 管道内检测技术及其研究进展 目前， 主要通过各种智能管道检测器 S ma rt P i g 实施管道在线 检测 。基于无损检测理论发展起来的 管道检测技术 主要分为超声检测 、 漏磁检测、 射线检 测、 涡流检测及热像显示。 2 ． 1 超声检测技术 超声检测 U T 分为主动检测和被动检测两类。 主动检测即由超声探头发射超声波 ， 通常称为超声无 损检测技术 ； 在被动检测技术 中， 超声波是被测试件 受载荷时 自发而出的， 有时又称为声发射技术 A E 。 与其他检测技术相 比， 超声 检测具有 被测对象 范围 广、 缺陷定位准确、 检测灵敏度高、 成本低、 对人体无 害以及便于现场使用等优点。因此 ， 超声检测技术是 国内外应用最广泛、 使用频度最高且发展最快的一种 无损检测技术 。但进行超声检测时， 探头与管壁间需 有连续的耦合剂 ，目前在气体管道上 的应用还存在一 定困难。由于超声检测技术是利用超声 的物理效应 从超声信号中抽取信息再推断出结论的技术， 因此其 检测结果具有 间接性 ， 并不可避 免地带有统计性质 ， 即存在漏检和检出结果重复等问题， 因此探索检测的 可能性和提高检出结果 的可靠性始终是超声检测的 核心问题 l j 。 2 ． 2 漏磁检测技术 从磁粉探伤演化而来的漏磁检测 方法是建立在 如钢管、 钢棒等铁 磁性材料 的高磁 导率这一 特性 上 的。漏磁检测 的原理是 当对铁磁性 的被测管道施 加 磁场时 ， 在管道缺陷附近会有部分磁力线漏 出被测管 道表面， 通过分析磁敏传感器的测量结果， 可得到缺 陷的有关信息。该方法以其在线检测能力强 、 自动化 程度高等独特优点而满足管道运营中的连续性 、 快速 性和在线检测的要求， 使得漏磁检测成为 目前应用最 为广泛的一种磁粉检测方法， 在 油田管道检测中使用 极为广泛。此外与常规的磁粉检测相 比， 漏磁检测具 有量化检测结果、 高可靠性 、 高效 、 低污染等特点。 2 ． 3 射线检测技术 射线检测技术 即射线照相术 ] ， 它可 以用来检 测管道局部腐蚀 ， 借助于标准的图像特性显示仪可以 测量壁厚 。目前 ， 使用最普遍 的为 x射线 ， 也可 以使 用同位素和高能射线 。射线穿过管道作用 于照相底 片或荧光屏 ， 在底片上产生的图像密度与受检管材 的 厚度及密度有关 。射线检测技术的优 点是可得到永 久性记 录， 结果 比较 直观 ， 检测 技术简单 ， 辐照范 围 广， 检测 时不需去掉管道上 的保温层 ； 通常需要把射 线源放在受检管道的一侧， 照相底片或荧光屏放置在 另一侧， 故难 以用于在线检测； 为防止人员受到辐射 ， 射线检测时， 检测人员必须采取严格的防护措施。射 线测厚仪可以在线检测管道 的壁厚， 随时 了解管道关 键部位的腐蚀状况， 该仪器对于保证管道安全运行是 比较实用的。 2 ． 4 涡流检测技术 涡流检测是以电磁场理论为基础的电磁无损探伤 方法 ， 其基本原理是利用通有交流电的线 圈 励磁线 圈 产生交变的磁场 ， 使被测金属管道表面产生涡流， 而 该涡流又会产生感应磁场作用于线圈， 从而改变线圈的 电参数 ， 只要被测管道表面存在缺陷， 就会使涡流环发 生畸变 ， 通过感受涡流变化的传感器 检i 贝 0 线圈 测定 由励磁线圈激励起来的涡流大小、 分布及其变化 ， 就可 以获取被测管道的表面缺陷和腐蚀状况。 根据涡流的基本特性可看 出， 涡流检测适宜于管 道表面缺陷或近表面缺陷的探伤， 因此检测管道表面 缺陷的灵敏度高于漏磁法。目前， 正在发展中的基于 涡流检测理论 的新技术主要包括阻抗平面显示技术 、 多频涡 流 检测 技 术 、 远 场 涡流 技 术 和 深层 涡流 技 术 。 2 ． 5 热像显示技术 第 3期 邱姝娟等 穿越河流油气管道检测技 术研究进展 望 热像显示技术即红外热成像检测 ， 它是通过红 外探测系统测量 被测 管道表面 的温度及温度场 的变 化来 了解引起管道这 种变化的力学性能 、 材料缺陷和 腐蚀等原 因及其影 响程度 。利用热像显示技术可做 出管道的等温线图 或利用其他手段显示 ， 它 的优点 是可 以非接触地进行在线测量 ， 但成功应用的关键是 管道表面存在着 自发或诱发 的温 度场。由于受环境 温度 、 通风或风速 以及局部空气扰动 、 阳光 照射强 弱 的变化等 因素影响而引起热像显示 图像 的误差。热 像显示技术较适用 于检测 腐蚀分布而不是腐蚀 的发 展速度。正是由于它具有非接触 、 快速区域 扫描和对 人无伤害的优点 ， 因此在高温压力管道 内部蚀坑和壁 厚减薄缺陷的在线检测方面具有较大的发展潜力。 河北大学应用 一套管道试验装置进 行红外热成 像检测试验 ， 结果表明 红外热成像技术十分适用于 检测高温压力管道 内部的腐蚀缺陷 ， 其灵敏度 能够满 足管道安全运行的要求 。 3 油气管道检测技术的发展趋势 1 体现油气管道检测技术水平 的各种类 型检测 器逐步向多样化 、 尺寸规格 系列化 、 高分辨率及智能 化方向发展。为了实现管道的在线检测 ， 美 国和英 国 率先将无损检测 N D T 技术应用在 清管器 P I G 上 ， 将原来用作清洗 、 疏通作业 的非智能型 P I G改进为具 有信息采集、 处理、 存储等功能的智能型管道缺陷检 测 P I G ． 2 管道检测器应提供三维 图像直观显示管壁缺 陷。英国的 B G公司、 德 国的 P i p e t r o n i x 公 司在超声波 管道内检测器方面做得 比较好。法 国 E x a v i s i o n公 司 开发的管道检测系统 V e c t o r O r p h 6 e由多种仪器组合 而成 ， 如激光 、 定位及跟踪单元 ， 具有视像 机器人 的三 维电视系统。在三维测量 、 计算 以及实 时图像处理方 面能力卓越 ； 它配备的 H R视像装置、 激光装置及缩放 装置可进行三维查看 、 测量和裂纹定位 ； R a d i x摄像 机 装有 6个驱动轮和 1个旋转摄像头 ， 可摄取任何方面 的管道形状 ， 提供被测管道 的整个形状 ， 例如 凹陷、 外 部环境造成的损坏 以及撞击形成的裂痕及下陷等。 3 开展基于风险性 的管道检测方案研究。管道 检测方案作为管道检测技术另一项重要 的研究 内容， 即如何确定所要检测 的 目标管道及其重点部位 。基 于风险性的管道检 测研究主要是在风 险评估 的基 础 上确定检测方案 ， 提高管道检测 的经济性和可靠性 。 4 管道检测向安全评价转变。管道检测和安全 评价是保证油气管道安全运行的相关技术 ， 其 中管道 检测是安全评价的基础和前提 ， 安全评价是管道检测 的目的和归属。管道安全评价技术包括剩余强度评 价 、 剩余寿命预测和管材适用性评价技术 。 4结束语 除掌握各种方法的特点以外， 应综合考虑管道的 工艺条件 、 操作状况 、 检测技术文 件和相关标 准的要 求等因素 ， 才能正确地制定 内检测方案 ， 从而达到有 效检测的目的； 同时， 为提高管道检测的全面性， 应开 展管道一体化组合检测技术研究 ， 充分利用各种管道 检测技术的特点 ， 相互结合 ， 取长补短。 可靠性是衡 量检测器可检 出各种 缺陷的能力 的 指标 ； 精度指能检 出缺陷 的大小 ， 高分辨率检测器可 判断所有缺陷位置、 大小并进行可靠的选择性修补， 而低分辨率检测器 尚需要进行 附加分析和试探性开 挖来最终确定缺陷大小。因此 ， 提高检测器的精度及 其可靠性可为管理者进行管道升压、 降压和维修、 更 换提供更为科学的依据 。 在大力发展管道检测技术的同时， 应逐步完善国 内管道检测标准， 提高检测工作和检测人员资格认证 的规范化管理水平 。在逐步完善管道检测安全管 理 法规基础上 ， 开展在役油气 管道 的检测技术规范研究 和检测可靠性 、 安全性评价和维修策略相结合的综 合 性研究工作 。 完整性评 价数 据库 包括 管道施 工年 限、 涂 层类 型、 管道运行期检测数据及基线检测数据、 土壤 地面 移动 、 特殊穿跨越地段等 稳定性资料 、 管道历史故 障 记录等。应把管道 内检测作 为管道完整性战略的一 部分 ， 结合 内部检测 ， 应用适用性判据评估缺陷并进 行选择性维修 ， 提高管道完整性的管理水平 。 参考文献 [ 1 ] 沈建中， 黎连修． 超声无损检测的进展． 无损检测 ， 1 9 9 8 2 3 1 3 2 ． [ 2 ] H O S H I M I Y A T ． N o n d e s t r u c t i v e e v a l u a t i o n o f s u r f a c e d e f e c t s u n d e r d r y ／ we t e n v i r o n me n t b y t h e u s e o f p h o t a c o u s t i c a n d ph o t o t h e r ma l e l e c t r o c he mi c a l i ma g i ng ．NDTE I nt e r n a t i o n a l ， 1 9 9 9 3 2 1 3 31 3 7 ． [ 3 ] 吴荫顺， 方智， 曹备． 腐蚀试验方法与防腐蚀检测技术． 北 京 化学工业出版社， 1 9 9 6 ． [ 4 ] 任吉林． 涡流检测技术近 2 0年的进展． 无损检测 ， 1 9 9 8 5 1 2 3 1 2 5 ． [ 5 ] 沈功田， 李涛 ， 姚泽华． 高温压力管道红外热成像检测技 术． 无损检测， 2 0 0 2 1 1 4 7 34 7 7 ． [ 6 ] 路民旭． 油气管道腐蚀缺陷检测与安全评价． 中国科协 2 0 0 0年学术年会文集， 西安， 2 0 0 0 ． 作者简介 邱姝娟 1 9 7 6 一 ， 硕士研究生， 主要研究方向为长距 离输油管道运行管理