一種海底管道超聲內(nèi)檢測技術(shù)綜合驗證平臺與方法

崔礦慶 宋通 陳秋華 劉洋 李志華

摘 要：本文以海底管道超聲內(nèi)檢測器及其綜合試驗驗證平臺及方法為研究對象，研究了超聲內(nèi)檢測器在海試前的陸地綜合驗證平臺的建設(shè)及驗證的必要性，并對綜合驗證平臺所包含的管道特征、工藝參數(shù)、試驗方法、試驗流程進行了研究及試驗驗證。

關(guān)鍵詞：海底管道；超聲內(nèi)檢測；綜合驗證平臺

中圖分類號：TP274.53 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0153-03

1 概述

石油、天然氣資源是我國科技、經(jīng)濟賴以生存和發(fā)展的支柱，隨著陸地石油、天然氣資源的日漸枯竭，人們將目光投向深邃的海洋，海底石油的開采、運輸離不開管道，管道運輸已與鐵路、公路、航空、水運并稱為五大運輸方式[1-2]。

海底管道運輸技術(shù)高速發(fā)展的同時，安全問題不容忽視，管道的老化、腐蝕、施工缺陷等因素導(dǎo)致管道泄漏，為掌握海底管道的損壞情況，以保證管道運行安全可靠，管道內(nèi)檢測技術(shù)迅速發(fā)展，提高管道的安全性運行具有重大意義[3]。管道在運行過程中會受到各種環(huán)境因素的影響，必須對海底管道進行定期檢查和維修，以保障在役管道的安全運行。管道內(nèi)檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。

海管與陸地管道工況基本相同，差別在于陸地管道可以對內(nèi)檢測器進行管道外的跟蹤和精確定位，能夠準確獲得內(nèi)檢測器的位置，一旦卡堵進行開挖維修相對容易。然而，對于海底管道，目前尚無法對管道內(nèi)運行的內(nèi)檢測器進行跟蹤定位，一旦卡堵，無法獲取內(nèi)檢測器卡堵位置信息，維修成本極高。因此，海底管道內(nèi)檢測作業(yè)對內(nèi)檢測設(shè)備的功能、性能、環(huán)境適應(yīng)性均提出了更高的要求，因此在內(nèi)檢測設(shè)備正式進行檢測作業(yè)前，需要對真實海管環(huán)境在陸地進行充分的模擬試驗，充分驗證產(chǎn)品的功能、性能，最大程度降低作業(yè)風險。

2 超聲內(nèi)檢測技術(shù)

管道內(nèi)檢測技術(shù)使用較多的是漏磁內(nèi)檢測和超聲內(nèi)檢測。與漏磁內(nèi)檢測技術(shù)相比，超聲波內(nèi)檢測技術(shù)可以直接測量管道的剩余壁厚，可以發(fā)現(xiàn)管道的裂紋缺陷，檢測精度高，特別是在基線檢測中，往往使用超聲波內(nèi)檢測技術(shù)，可以全面了解管道安裝完成后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

不同于漏磁檢測，超聲檢測需要液體介質(zhì)，因此無法利用陸地牽拉試驗驗證平臺對超聲內(nèi)檢測設(shè)備的功能、性能驗證，為保證超聲內(nèi)檢測設(shè)備在正式投入使用前滿足待檢測管道的工況需求，需要建立能夠模擬真實海管環(huán)境的陸地綜合試驗驗證平臺，模擬各種工況下的真實海管，對超聲內(nèi)檢測設(shè)備的功能、性能等進行綜合驗證。超聲內(nèi)檢測設(shè)備如圖1所示。

3 綜合驗證試驗

3.1 綜合驗證試驗平臺

綜合驗證試驗平臺中包含海管系統(tǒng)中常見的典型管道，主要有水平直管、立管、彎頭、三通、閥門等，試驗平臺中管道特征包括人工缺陷（內(nèi)、外缺陷），縮徑、局部焊瘤、焊縫、焊渣、鐵粉、法蘭等障礙。綜合上述管道特征，建造陸地環(huán)路綜合試驗平臺，并排布置若干口徑規(guī)格的環(huán)路管道，管道兩端設(shè)有收發(fā)球筒，實現(xiàn)在同一作業(yè)區(qū)域完成收、發(fā)球作業(yè)，提升作業(yè)效率。收發(fā)球筒設(shè)有過球指示器，用來監(jiān)測檢測器是否成功收、發(fā)球。綜合驗證試驗平臺收發(fā)球作業(yè)區(qū)域如圖2，環(huán)路試驗管線如圖3。

陸地環(huán)路綜合試驗平臺配有液壓系統(tǒng)，為內(nèi)檢測器在管道內(nèi)運行提供動力壓差，并可監(jiān)測管線的入口壓力、出口壓力、流量等參數(shù)，可根據(jù)工況調(diào)整運行壓差、流速等，模擬檢測器的真實運行狀態(tài)。

3.2 超聲內(nèi)檢測器的環(huán)路試驗方法

環(huán)路試驗是在地面驗證內(nèi)檢測器的檢測性能、結(jié)構(gòu)通過性等指標。通常環(huán)路試驗分兩部分進行，首先進行結(jié)構(gòu)通過性試驗，主要驗證內(nèi)檢測器結(jié)構(gòu)通過性及路由自適應(yīng)性；結(jié)構(gòu)通過性全部驗證通過后再進行內(nèi)檢測器檢測性能試驗。

結(jié)構(gòu)通過性試驗要循序漸進，指標范圍內(nèi)縮徑從小到大、彎頭半徑從大到小依此進行（試驗彎頭包含5D、4D、3D、2.5D、1.5D等多種規(guī)格），試驗中再特定區(qū)域更換不同管道壁厚的直管段，以及不同曲率半徑的彎頭，先進行獨立彎頭后進行連續(xù)彎頭的順序依此試驗。內(nèi)檢測器檢測性能試驗中，綜合不同的缺陷管道、壓力、速度等參數(shù)進行多次試驗。

3.3 內(nèi)檢測綜合驗證試驗作業(yè)的流程

3.3.1 發(fā)球前測試

內(nèi)檢測器發(fā)球前對產(chǎn)品進行檢測，主要包括產(chǎn)品組成、產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)、多余物檢查、裝配是否完整、連接是否牢靠、易損件是否為良好狀態(tài)等；試驗前需對檢測器各項指標進行檢查，確保產(chǎn)品各項結(jié)構(gòu)、電氣技術(shù)指標正常，并做好檢查記錄。

3.3.2 內(nèi)檢測現(xiàn)場調(diào)試

啟動電源開關(guān)，連接現(xiàn)場產(chǎn)品測試計算機的系統(tǒng)應(yīng)用軟件，進行產(chǎn)品測試檢查，確定產(chǎn)品各傳感器、電源、里程等工作正常后，結(jié)束測試。

3.3.3 發(fā)球作業(yè)

（1）將裝有檢測器運送到發(fā)球筒附近；

（2）將發(fā)球托盤送至發(fā)球筒附近位置；

（3）將檢測器吊到發(fā)射平臺上并放到發(fā)球托盤上；

（4）對檢測器進行現(xiàn)場檢測、裝訂；

（5）裝訂完成并封好艙蓋后將發(fā)球托盤和檢測器一起移到發(fā)球筒前，并使檢測器軸向與發(fā)球筒軸向一致；

（6）將發(fā)球托盤、檢測器、推桿按環(huán)路試驗的方法一同送入發(fā)球筒到預(yù)訂位置，通過測量檢測器末端距發(fā)球筒口距離確認；

（7）拉出托盤、推桿，關(guān)閉盲板，進入發(fā)球流程。

3.3.4 收球作業(yè)

（1）確認檢測器到達收球筒并確保安全后打開盲板，觀察檢測器狀況；

（2）將收球車放在收球筒前，用專用拉鉤拉出檢測器到收球車上，檢查其外觀；

（3）擦去檢測器表面污垢，檢查外觀；

（4）進行數(shù)據(jù)讀取工作；

（5）將檢測器放入包裝箱；

（6）收球過程進行攝、錄像。

3.3.5 數(shù)據(jù)讀取

自發(fā)球筒收球后，先進行產(chǎn)品外觀清理，按照產(chǎn)品檢查表檢查產(chǎn)品狀態(tài)，并作記錄，拍照，給出產(chǎn)品通過性和結(jié)構(gòu)可靠性成功判定?，F(xiàn)場產(chǎn)品測試計算機開機準備，連接現(xiàn)場產(chǎn)品測試計算機串口與產(chǎn)品的對外接口，進行產(chǎn)品測試檢查，確定產(chǎn)品各傳感器、電源、里程等工作正常后，結(jié)束測試，并將檢測數(shù)據(jù)文件拷貝至現(xiàn)場產(chǎn)品測試計算機，并進一步進行數(shù)據(jù)分析。

3.4 綜合試驗結(jié)果判定準則

每次綜合驗證試驗成功判定準則如下：

（1）按照本大綱完成了本次海底管道內(nèi)檢測試驗項目，無安全事故發(fā)生。

（2）試驗過程記錄完整。

（3）試驗結(jié)果達到了各項試驗驗證的目的。

4 海試試驗驗證

2018年4月在渤海油田海上平臺間進行了9公里真實海管超聲波內(nèi)檢測作業(yè)，管道特征包含：平直管、立管、縮徑管、法蘭、焊縫，試驗管道規(guī)格為3D，局部最大縮徑23%；超聲內(nèi)檢測器順利完成收發(fā)球及檢測作業(yè)，驗證了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通過性良好，對大尺寸縮徑和彎頭具有良好的自適應(yīng)性；檢測數(shù)據(jù)完整、有效，證明內(nèi)檢測器檢測功能良好，具有很強的工程意義，在實際內(nèi)檢測作業(yè)工程應(yīng)用方面積累了寶貴的經(jīng)驗，驗證了超聲內(nèi)檢測技術(shù)的實用性，也進一步驗證了真實海試作業(yè)前的綜合驗證平臺及試驗方法的正確性、合理性、完備性，試驗后的內(nèi)檢測器如圖6。

5 結(jié)語

本文以海底管道超聲內(nèi)檢測器及其綜合試驗驗證平臺及方法為研究對象，研究了超聲內(nèi)檢測器在海試前的陸地綜合驗證平臺的建設(shè)及驗證的必要性，并對綜合驗證平臺所包含的管道特征、工藝參數(shù)、試驗方法、試驗流程進行了研究及試驗驗證，最終通過真實海管的海試試驗驗證，證明該綜合驗證平臺對真實海管工況具有較好的覆蓋性，在海試作業(yè)前期的對內(nèi)檢測器進行綜合功能、性能驗證具有很好的效果，避免由于工況驗證不充分而直接進行海試作業(yè)造成較大的損失，也為內(nèi)檢測設(shè)備的陸地綜合試驗驗證提供了一種新的解決途徑，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展、完善，以及對內(nèi)檢測技術(shù)、綜合試驗驗證技術(shù)的進一步深入研究與實踐，在實際應(yīng)用中將會獲得更好的效果。

參考文獻

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