天然氣管道滑坡管段安全狀態(tài)的非接觸式磁異常檢測與判斷

李洪濤　潘春鋒

摘要：天然氣管道沿線在不同的地形條件下易遭受到各種形式的滑坡災(zāi)害，滑坡體的滑動導(dǎo)致管道局部產(chǎn)生應(yīng)力集中并導(dǎo)致管道斷裂破壞，直接影響管道的安全運(yùn)行?；鹿芏蔚挠邢拊椒ㄅc應(yīng)力-應(yīng)變片檢測方法不能反映管道真實(shí)的應(yīng)力與安全狀況。針對這一問題，提出采用非接觸式磁異常檢測技術(shù)PMDT實(shí)現(xiàn)滑坡管段的三維高精度磁應(yīng)力檢測，從而實(shí)現(xiàn)非開挖情況下管道應(yīng)力與安全狀況的直接判斷，結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出管道的安全運(yùn)行措施。通過PMDT技術(shù)在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的現(xiàn)場應(yīng)用，合理確定了管道在停輸后的安全運(yùn)行壓力，現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了非接觸式磁異常檢測技術(shù)與方法的可行性。

關(guān)鍵詞：管道；滑坡；安全；磁異常

1前言

埋地天然氣管道由于沿線地形的變化，局部管段經(jīng)常遭受到滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響。國內(nèi)外常采用有限元分析方法，建立滑坡地段下埋地管道的力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)滑坡管段應(yīng)力分布的數(shù)值模擬。由于不能準(zhǔn)確獲取埋地管道的敷設(shè)狀態(tài)與約束邊界條件，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際管道狀況存在較大的偏差[1]。另外一種用于現(xiàn)場監(jiān)測的應(yīng)力-應(yīng)變測試方法，由于監(jiān)測結(jié)果主要反映的是應(yīng)變片安裝后，荷載或壓力發(fā)生改變引起的應(yīng)變與應(yīng)力變化，不能準(zhǔn)確知道管道應(yīng)力監(jiān)測前的水平[2]。為了準(zhǔn)確獲知管道的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)與安全等級，利用國內(nèi)專利技術(shù)-非接觸式管道磁檢測方法（PMDT專利號：CN201310020694.0），可實(shí)現(xiàn)管道停輸、升壓、運(yùn)行狀況下的三維高精度磁應(yīng)力檢測，從而判斷管道應(yīng)力狀態(tài)與安全狀況[3][4]，并通過在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的現(xiàn)場應(yīng)用分析PMDT檢測方法的可行性。

2滑坡管段的非接觸式磁異常檢測原理與方法

在滑坡管段由于荷載和壓力的作用，局部管段將產(chǎn)生應(yīng)力集中。發(fā)明專利-非接觸式管道磁檢測方法運(yùn)用鐵磁性材料的磁籌效應(yīng)，建立應(yīng)力集中區(qū)的應(yīng)力變化與該處磁力梯度模量變化的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)管道不同應(yīng)力狀態(tài)的磁異常檢測與識別，對識別的應(yīng)力等級進(jìn)行評估，風(fēng)險(xiǎn)較大應(yīng)優(yōu)先修復(fù)，一般風(fēng)險(xiǎn)需計(jì)劃修復(fù)，風(fēng)險(xiǎn)較小可繼續(xù)運(yùn)行。與其他無損檢測相比，PMDT技術(shù)不需要改變管道的現(xiàn)有運(yùn)行狀況。并適用于管道停輸、升壓、運(yùn)行等不同階段[4]。

三維磁力梯度△Bx、△By、△Bz、模量Q與管道外測點(diǎn)處附加磁場梯度、磁異常綜合指數(shù)F計(jì)算方法見下式。

3中貴線FA017-FA020樁滑坡管段PMDT檢測與安全等級判斷

中貴線FA017-FA020樁管段位于習(xí)水縣寨壩鎮(zhèn)鳳凰村民主組，長度約470m，橫坡敷設(shè)，管道位于西低東高的山體半坡地帶，山體最高處高程約1300m，最低處溝谷高程約850m，管道高程范圍約860～1000m。2016年9月-2017年4月，管道所在的山體斜坡、附近房屋陸續(xù)產(chǎn)生裂縫斜坡，公路沿線及房屋產(chǎn)生多條貫通拉張裂縫、側(cè)緣羽狀剪切裂縫，滑坡變形現(xiàn)象明顯，造成局部面積塌陷與下錯。利用PMDT非接觸式高精度磁應(yīng)力測試系統(tǒng)，2017.7.27-8.11進(jìn)行了中貴線FA017-FA020樁管段停輸、升壓等階段的磁應(yīng)力檢測。

3.1停輸階段的PMDT檢測結(jié)果

在停輸階段進(jìn)行全線PMDT數(shù)據(jù)檢測與分析，PMDT結(jié)果為：

（1）無“高風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅰ”級磁異常管段，管道應(yīng)力小于許用應(yīng)力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0～+30m為“低風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅲ”級磁異常管段；

（3）FA019+48m～+58m管段檢測結(jié)果為“中等風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅱ”級磁異常，F(xiàn)值為0.52～0.54，為應(yīng)力相對較高管段，需要重點(diǎn)監(jiān)控；

（4）引起磁異常值F的主要變量來自于“Z”軸方向的磁場變化，體現(xiàn)了山體滑坡擠壓管道產(chǎn)生的管道應(yīng)力變化與影響；

（5）根據(jù)РД 102《運(yùn)用非接觸式磁檢測方法進(jìn)行管道技術(shù)狀況診斷指南》（俄羅斯聯(lián)邦礦工業(yè)委員會）第9部分“適用性參數(shù)的計(jì)算（安全操作壓力和安全操作期限）”，確定中貴線FA017～FA020樁滑坡管段在沒有滑坡荷載與環(huán)境載荷增加的前提下，管道的安全運(yùn)行壓力Psafe與短期最大操作壓力Pmax分別為6.8MPa、7.5MPa。

3.2升壓階段的PMDT檢測結(jié)果

2017年8月11日管道運(yùn)行壓力達(dá)到4.3MPa，相應(yīng)的PMDT檢測結(jié)果為：

（1）全線整體應(yīng)力狀況未明顯增加，無“高風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅰ”級磁異常管段，管道應(yīng)力小于許用應(yīng)力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0m～FA019+30m管段與前次檢測無明顯變化，均為“低風(fēng)險(xiǎn)”、“Ⅲ”級磁異常管段；

（3）由于管道運(yùn)行壓力增大，第二次檢測的應(yīng)力集中管段FA019+48m～FA019+58m，最小F值由0.52變?yōu)?.50，反映出了應(yīng)力增加導(dǎo)致的磁應(yīng)力系數(shù)值的改變，但改變幅度不大，為“中等風(fēng)險(xiǎn)”、Ⅱ級，應(yīng)力相對集中區(qū)域?yàn)镕A019+46m～FA019+58m。

4.結(jié)論

通過PMDT非接觸式高精度磁應(yīng)力檢測技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)埋地管道滑坡管段安全狀態(tài)的檢測。

（1）通過PMDT檢測技術(shù)與方法在中貴線FA017-FA020樁滑坡管段的實(shí)際應(yīng)用，證明了PMDT技術(shù)對滑坡管道的應(yīng)力集中可進(jìn)行有效的檢測與識別；

（2）結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，合理確定了中貴線FA017～FA020樁滑坡管段的長期與短期安全運(yùn)行壓力Psafe分別為6.8MPa、7.5MPa。

參考文獻(xiàn)：

[1]帥健，王曉霖，左尚志.地質(zhì)災(zāi)害作用下管道的破壞行為與防護(hù)對策[J].焊管，2008，31（5）：9-15.

[2]林冬，雷宇，許可方，等.橫向滑坡對管道的影響試驗(yàn)[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（4）：728-732.

[3] TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則 長輸（油氣）管道》.

[4]РД 102-008-2009《運(yùn)用非接觸式磁檢測方法進(jìn)行管道技術(shù)狀況診斷指南》（俄羅斯聯(lián)邦礦工業(yè)委員會）.

作者簡介：

李洪濤（1988-），男，貴州平壩人，畢業(yè)于貴州大學(xué)電子信息工程專業(yè)，助理工程師，從事天然氣長輸管道運(yùn)行管理工作。