漏磁檢測(cè)技術(shù)在咸陽(yáng)-寶雞天然氣輸氣管道中的應(yīng)用

孫艷彬，梁思維

(陜西省天然氣股份有限公司 陜西 西安 710016)

0 引 言

管道內(nèi)檢測(cè)是指利用在管道內(nèi)運(yùn)行的可實(shí)時(shí)采集并記錄管道信息的檢測(cè)器所完成的檢測(cè)，也叫智能檢測(cè)、智能清管，是管道完整性管理工具之一。新建管道應(yīng)在投產(chǎn)后3 a內(nèi)進(jìn)行首次內(nèi)檢測(cè)(也稱基線檢測(cè))，可作為管道驗(yàn)收的依據(jù)，也可獲取管道原始信息，為后期管道運(yùn)行管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。再檢測(cè)間隔根據(jù)內(nèi)檢測(cè)及完整性評(píng)價(jià)結(jié)果確定，最長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)8 a，可根據(jù)管道運(yùn)行年限、運(yùn)行環(huán)境、防腐層損壞程度等影響因素適當(dāng)縮短檢測(cè)周期。周期性的內(nèi)檢測(cè)可以掌握管道缺陷的分布和變化規(guī)律，制定科學(xué)合理的檢修計(jì)劃[1-3]，為管道安全運(yùn)行提供依據(jù)。為了研究漏磁檢測(cè)技術(shù)在天然氣管道中的應(yīng)用，以咸陽(yáng)-寶雞天然氣輸氣管道(以下簡(jiǎn)稱“咸寶線”)內(nèi)檢測(cè)作業(yè)為例，從前期準(zhǔn)備工作、漏磁檢測(cè)法的應(yīng)用、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理、檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證4個(gè)方面對(duì)漏磁檢測(cè)技術(shù)全過(guò)程進(jìn)行分析研究。

1 前期準(zhǔn)備工作

檢測(cè)前檢測(cè)服務(wù)方對(duì)咸寶線管道建設(shè)、維修及維護(hù)情況進(jìn)行了全面細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)勘察，充分了解管道的物理特性，包含管道規(guī)格及材質(zhì)、收發(fā)球筒適用性、清潔程度及有無(wú)內(nèi)涂層等；了解輸送流體的特性，包含管道運(yùn)輸流體類型、壓力、溫度、流量等。檢測(cè)服務(wù)方根據(jù)勘察結(jié)果和檢測(cè)要求從檢測(cè)精度和能力、靈敏度、目標(biāo)缺陷類型識(shí)別能力、量化精度、定位精度及評(píng)價(jià)要求等多方面考慮選擇確定了檢測(cè)器，并明確提出檢測(cè)器運(yùn)行的各項(xiàng)工藝要求。勘察過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)不滿足檢測(cè)器通過(guò)性能指標(biāo)的管道及附屬設(shè)施，檢測(cè)服務(wù)方應(yīng)提出改造意見，或?qū)z測(cè)器進(jìn)行改造，使得檢測(cè)器滿足要求[4]。經(jīng)過(guò)對(duì)咸寶線勘察后發(fā)現(xiàn)咸寶線除運(yùn)行工藝條件需調(diào)整外，其他方面均滿足檢測(cè)器運(yùn)行要求，我公司通過(guò)調(diào)整干支線連接狀態(tài)、管道下載量等多種方式使咸寶線工藝條件滿足檢測(cè)器運(yùn)行要求。

2 漏磁檢測(cè)法的應(yīng)用

2.1 檢測(cè)前清管作業(yè)

內(nèi)檢測(cè)作業(yè)前，由于管道內(nèi)部狀況尚不清楚，會(huì)使運(yùn)行檢測(cè)器存在很多不確定因素。天然氣長(zhǎng)輸管道中的黑粉會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)徑減少、摩阻力增大，造成檢測(cè)器卡堵、偏磨，而黑粉覆蓋檢測(cè)器探頭會(huì)造成檢測(cè)精度降低；管道建設(shè)時(shí)施工不規(guī)范、管道管件制造不達(dá)標(biāo)、運(yùn)行過(guò)程中第三方施工導(dǎo)致管道變形等情況都會(huì)影響檢測(cè)器通過(guò)，造成檢測(cè)器卡堵甚至損傷。因此，在投運(yùn)檢測(cè)器前需利用清管器清除管道內(nèi)黑粉等雜質(zhì)，通過(guò)清管器在管道內(nèi)運(yùn)行狀況的分析、運(yùn)行前后數(shù)據(jù)的對(duì)比、磨損部位和程度的判斷，初步了解管道內(nèi)部狀況，為保障檢測(cè)器順利運(yùn)行、檢測(cè)數(shù)據(jù)完整可靠提供保障[5-6]。

2.1.1 投運(yùn)通過(guò)能力強(qiáng)的清管器

每條管道運(yùn)行年限、輸氣量、氣質(zhì)等情況各不相同，選擇的清管器類型和清管次數(shù)也有所不同，但首次清管一般使用通過(guò)性能高、不宜造成卡堵的清管器，以便初步判斷管道清潔度以及通過(guò)能力。為了保險(xiǎn)起見，咸寶線采用先運(yùn)行泡沫清管器，再運(yùn)行該線路常用的皮碗清管器的方式，通過(guò)清管初步判斷管道內(nèi)沒有大量變形等影響清管器通過(guò)的情況，但黑粉量較大。

2.1.2 投運(yùn)鋼刷磁力清管器

初步確認(rèn)管道通過(guò)能力后，需要清除管道內(nèi)雜質(zhì)使管道內(nèi)清潔度達(dá)到漏磁檢測(cè)器運(yùn)行要求，可以通過(guò)鋼刷清管器刮除附著在管壁上的雜質(zhì)，利用磁力清管器吸附管道內(nèi)鐵磁性雜質(zhì)。為了提高清管效率，咸寶線采用的是將鋼刷清管器與磁力清管器結(jié)合的方式一次性完成刮除和吸附，但如果是有內(nèi)涂層的管道則需用尼龍刷替換鋼刷，防止鋼刷損傷管道內(nèi)涂層。

2.1.3 投運(yùn)測(cè)徑清管器

在漏磁檢測(cè)前至少需投運(yùn)一次帶測(cè)徑板的清管器，測(cè)徑板的直徑不應(yīng)小于檢測(cè)器的最小通過(guò)直徑，通過(guò)測(cè)徑板損傷情況，及時(shí)分析損傷原因，進(jìn)一步判斷管道通過(guò)能力[7-8]。咸寶線通過(guò)測(cè)徑清管器判斷出可能存在影響檢測(cè)器通過(guò)的情況，但影響因素有很多種，可能是管道變形、閥門閥位不正、干線放空管伸入量過(guò)大等原因，可投運(yùn)幾何變形檢測(cè)器精準(zhǔn)定位并進(jìn)一步分析。

2.2 幾何變形檢測(cè)器

投運(yùn)幾何變形檢測(cè)器費(fèi)用較高，但可避免盲目投運(yùn)漏磁檢測(cè)器帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，為了保證漏磁檢測(cè)作業(yè)順利進(jìn)行同時(shí)獲得管道幾何變形缺陷數(shù)據(jù)，我公司決定在咸寶線漏磁檢測(cè)作業(yè)前投運(yùn)幾何變形清管器進(jìn)一步了解管道內(nèi)部狀況。幾何變形檢測(cè)器不僅能精確定位管道變形的部位、時(shí)鐘方位，同時(shí)可以測(cè)得管道的幾何參數(shù)，如曲率半徑、橢圓度、凹陷程度等，以及管道內(nèi)介質(zhì)的操作數(shù)據(jù)，如流速、壓力、溫度等，為后續(xù)漏磁檢測(cè)提供了必要的保障。

幾何變形檢測(cè)器的主體結(jié)構(gòu)同其清管器的主體結(jié)構(gòu)相同，只是增加了測(cè)量裝置、電子儀器、記錄儀器和里程表，多個(gè)渦流記錄通道和額外的電子機(jī)械距離記錄通道，可做到360°圓周覆蓋，如圖1所示，其中白色箭頭表示檢測(cè)器運(yùn)行方向，紅色箭頭表示渦流記錄通道，避免檢測(cè)器被管道內(nèi)的雜質(zhì)干擾，可提供準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖1 幾何變形檢測(cè)器工作原理示意圖

幾何變形檢測(cè)器通過(guò)管道的某一個(gè)特征點(diǎn)時(shí)，一個(gè)特定的信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生，檢測(cè)服務(wù)方對(duì)各種特征進(jìn)行分類記錄，通過(guò)計(jì)算對(duì)其進(jìn)行區(qū)分、辨別，確定缺陷信息。

咸寶線通過(guò)運(yùn)行幾何變形檢測(cè)器獲取了管道幾何變形缺陷數(shù)據(jù)，沒有影響漏磁檢測(cè)器通過(guò)的變形缺陷，同時(shí)判斷出導(dǎo)致測(cè)徑清管器變形的原因是沿線一個(gè)干線閥門閥位不正，檢測(cè)結(jié)果顯示該閥門開位有5°左右偏差，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)閥門限位進(jìn)行調(diào)整后再次運(yùn)行測(cè)徑清管器測(cè)，測(cè)徑板無(wú)損傷變形情況，分析后認(rèn)為可以投運(yùn)漏磁檢測(cè)器。

當(dāng)然，如果管道彎頭和內(nèi)徑信息可靠，且完整性管理評(píng)價(jià)不需要實(shí)施變形評(píng)價(jià)，可使用帶測(cè)徑板的清管器或模擬器代替變形檢測(cè)器。通過(guò)將清管器按照檢測(cè)器尺寸進(jìn)行改造或投運(yùn)退役的檢測(cè)器模擬檢測(cè)所需工況條件，同時(shí)可在模擬器上安裝管道數(shù)據(jù)記錄器(PDL)記錄模擬器運(yùn)行信息，通過(guò)對(duì)運(yùn)行結(jié)果分析調(diào)整運(yùn)行工況，并有針對(duì)性的對(duì)檢測(cè)器進(jìn)行改造。

2.3 漏磁檢測(cè)器

投運(yùn)清管器、幾何變形檢測(cè)器最終目的是實(shí)施漏磁檢測(cè)，漏磁檢測(cè)是內(nèi)檢測(cè)作業(yè)最后、也是最核心的步驟。咸寶線通過(guò)一系列的清管作業(yè)使管道內(nèi)清潔度達(dá)到了運(yùn)行漏磁檢測(cè)器的要求，通過(guò)投運(yùn)幾何變形檢測(cè)器確定了管道變形狀況，處理了影響漏磁檢測(cè)器通過(guò)的因素，達(dá)到了漏磁檢測(cè)器的運(yùn)行要求。

漏磁檢測(cè)是基于磁通量泄漏的工作原理，在管壁的金屬損失處會(huì)引起磁通量泄漏到管壁外面，這些泄漏的磁通量可被傳感器檢測(cè)到[9-10]，作為管道金屬損失缺陷分析的特征信號(hào)，如圖2所示，可精準(zhǔn)地檢測(cè)并定位管道金屬損失缺陷。另外，漏磁檢測(cè)器需要配合地面標(biāo)記器一同使用，以便更加精準(zhǔn)的定位特征信號(hào)，而檢測(cè)結(jié)果也需要專業(yè)人員和軟件進(jìn)一步分析獲取。

圖2 漏磁檢測(cè)器工作原理示意圖

通過(guò)漏磁檢測(cè)發(fā)現(xiàn)咸寶線存在多處金屬損失缺陷，但檢測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確、缺陷處置方案的制定需要通過(guò)開挖驗(yàn)證后確認(rèn)，通過(guò)開挖咸寶線多處缺陷點(diǎn)對(duì)比缺陷類型、特征、位置等特征參數(shù)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證結(jié)果基本一致，誤差在允許范圍，進(jìn)一步驗(yàn)證了漏磁檢測(cè)技術(shù)的可靠性，為后續(xù)制定管道維護(hù)計(jì)劃、確定再檢測(cè)周期提供了依據(jù)，避免因缺陷未及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 地面標(biāo)記器

地面標(biāo)記器是檢測(cè)器的配套設(shè)備之一，也是檢測(cè)器提高定位精度的主要輔助設(shè)備，它能夠檢測(cè)并記錄檢測(cè)器通過(guò)設(shè)標(biāo)參考點(diǎn)的時(shí)間，檢測(cè)前應(yīng)通過(guò)地面標(biāo)記器等坐標(biāo)工具設(shè)標(biāo)，將檢測(cè)器與地面標(biāo)記器數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)缺陷和特征進(jìn)行準(zhǔn)確定位[11-13]，設(shè)標(biāo)間距宜為1～2 km。因地面標(biāo)記器通過(guò)蓄電池供電，續(xù)航時(shí)間有限，為防止因電池電量不足導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，咸寶線在檢測(cè)時(shí)間確定后提前一天開始埋設(shè)。

2.5 定位裝置

此外，清管器、檢測(cè)器運(yùn)行過(guò)程中，需確認(rèn)其通過(guò)各監(jiān)聽點(diǎn)時(shí)間，且運(yùn)行過(guò)程中可能因工藝條件、管道變形等原因引起停球、卡球等現(xiàn)象，為保證能夠隨時(shí)檢測(cè)到其在管道內(nèi)的運(yùn)行位置，需配套使用定位裝置。定位裝置包括：帶有接收天線的手持定位儀和安裝在清管器、檢測(cè)器上的信號(hào)發(fā)射裝置。檢測(cè)定位裝置基于一個(gè)安裝在清管或檢測(cè)設(shè)備上能夠發(fā)出低頻脈沖的電磁發(fā)射器，將脈沖信號(hào)透過(guò)管壁發(fā)射到手持定位儀上，如圖3所示，來(lái)實(shí)現(xiàn)定位功能，手持接收器可記錄清管器、檢測(cè)器運(yùn)行通過(guò)時(shí)間，借助于設(shè)備內(nèi)置接口可以將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳到電腦上，以便更直觀的觀察檢測(cè)器的運(yùn)行情況。

圖3 定位裝置工作原理示意圖

3 檢測(cè)數(shù)據(jù)處理及檢測(cè)報(bào)告

3.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)完整性

檢測(cè)器運(yùn)行后，傳感器的物理?yè)p壞、通道數(shù)據(jù)丟失或噪聲覆蓋，以及運(yùn)行速度等都可能造成檢測(cè)數(shù)據(jù)丟失，故內(nèi)檢測(cè)作業(yè)完成后首先要確認(rèn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整性，各通道信號(hào)應(yīng)清晰、完整，地面標(biāo)記器數(shù)據(jù)應(yīng)健全，然后對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整，且影響檢測(cè)結(jié)果有效性的情況，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)缺失情況安排進(jìn)行再檢測(cè)。由于咸寶線在檢測(cè)作業(yè)前做了充分的準(zhǔn)備工作，檢測(cè)作業(yè)過(guò)程開展順利，數(shù)據(jù)完整健全。

3.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理

應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)完成檢測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理，如變形量超過(guò)管道外徑5%的幾何變形缺陷的相關(guān)信息、金屬損失大于管道公稱壁厚50%以上的金屬損失缺陷的相關(guān)信息等，并根據(jù)預(yù)處理結(jié)果出具現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告[14]。經(jīng)過(guò)對(duì)咸寶線數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，雖然該管線已運(yùn)行近20 a，但管道狀態(tài)較好，未出現(xiàn)超過(guò)管道外徑5%的幾何變形缺陷和金屬損失大于管道公稱壁厚50%以上的金屬損失缺陷。

3.3 檢測(cè)報(bào)告

經(jīng)過(guò)檢測(cè)服務(wù)方對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析提供了最終檢測(cè)報(bào)告，報(bào)告中包含缺陷點(diǎn)特征的類型、尺寸、時(shí)鐘方位、里程位置等具體信息及分布圖，如圖4所示(其中FLOW代表介質(zhì)流向；OD代表管道外徑；looking d/s看向下游的時(shí)鐘界面圖，d—down，s—stream)，以及管道長(zhǎng)度、壁厚、走向等基礎(chǔ)信息，沒有發(fā)現(xiàn)信息缺失，如已知的閥門或大內(nèi)徑三通等特征遺漏或沒有記錄，則需根據(jù)數(shù)據(jù)缺失情況判斷是否需要重新運(yùn)行檢測(cè)器。

圖4 缺陷點(diǎn)特征信息示意圖

咸寶線管道整體狀況較好，缺陷多為金屬損失缺陷，但實(shí)際上內(nèi)檢測(cè)可以檢測(cè)出多種缺陷，常見缺陷主要有金屬損失缺陷(包括外腐蝕、內(nèi)腐蝕、劃痕等)、類裂紋缺陷(包括應(yīng)力腐蝕開裂、疲勞裂紋、氫致裂紋等)、變形(凹陷、鼓脹、橢圓度等)以及各種部件(包括閥門、配件、彎頭等)。圖5是典型的信號(hào)樣本，它代表了管道的某種特征，其中：橫坐標(biāo)是記錄里程；縱坐標(biāo)是不同時(shí)鐘方位傳感器通道記錄的數(shù)據(jù)。

圖5 典型信號(hào)樣本

4 檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證和利用

4.1 結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)管道運(yùn)行狀況、管線長(zhǎng)度、場(chǎng)站(閥室)間距、缺陷點(diǎn)分布情況、地理位置條件等，在檢測(cè)報(bào)告中選擇合適的缺陷點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證、測(cè)繪，每個(gè)場(chǎng)站(閥室)間距驗(yàn)證點(diǎn)宜為2個(gè)，每條管道的驗(yàn)證點(diǎn)應(yīng)不少于5個(gè)[14]，咸寶線選擇了10處缺陷點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證。通過(guò)檢測(cè)報(bào)告中缺陷點(diǎn)的里程位置、參考樁、距目標(biāo)環(huán)焊縫距離、時(shí)鐘位置等確定缺陷位置，對(duì)缺陷進(jìn)行測(cè)量，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示，其中圖6(a)橫坐標(biāo)代表記錄里程；第一個(gè)縱坐標(biāo)代表距12:00方向周向距離；第二個(gè)縱坐標(biāo)代表時(shí)鐘方位；FLOW代表介質(zhì)流向。對(duì)缺陷修復(fù)后防腐、回填[15]，并由檢測(cè)服務(wù)方出具缺陷評(píng)價(jià)報(bào)告，明確提出修復(fù)意見及再檢測(cè)周期。

圖6 檢測(cè)缺陷信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比

4.2 缺陷修復(fù)

開挖驗(yàn)證后對(duì)嚴(yán)重缺陷需進(jìn)行修復(fù)，通常采用堆焊、補(bǔ)丁、套筒、夾具、復(fù)合材料等方式對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)，使管道重新達(dá)到設(shè)計(jì)承壓能力，有效防止管道事故的發(fā)生，保證管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行[16]。通過(guò)對(duì)各種修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)從安全風(fēng)險(xiǎn)、補(bǔ)強(qiáng)效果、施工工藝、維修成本及服役壽命等方面進(jìn)行綜合對(duì)比，咸寶線有2處嚴(yán)重缺陷采用了碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，不僅可以使管道恢復(fù)正常使用條件，而且減少了換管帶來(lái)的社會(huì)影響和氣量損失，其余缺陷根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果確定再檢測(cè)周期。

4.3 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

隨著管道完整性管理的全面開展，部分天然氣長(zhǎng)輸管道已開展過(guò)多輪次內(nèi)檢測(cè)，但不同輪次的內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)比，使管道內(nèi)檢測(cè)缺陷評(píng)價(jià)、維修計(jì)劃制定、再檢測(cè)周期確定等更加科學(xué)準(zhǔn)確，充分利用其數(shù)據(jù)作為管道完整性管理的重要依據(jù)[17]。對(duì)于管道運(yùn)營(yíng)方而言，不應(yīng)將查找并修復(fù)影響管道完整性的本體缺陷作為唯一目的，還應(yīng)全面掌握缺陷的成因、發(fā)展趨勢(shì)以及如何終止或者減緩缺陷的增長(zhǎng)[18-19]。

5 結(jié)束語(yǔ)

管道內(nèi)檢測(cè)作為管道完整性管理的重要手段，應(yīng)依據(jù)規(guī)范要求全面開展管道內(nèi)檢測(cè)，并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，充分利用檢測(cè)數(shù)據(jù)。但目前檢測(cè)器受管道物理特性和輸送流體特性等限制，導(dǎo)致早期建設(shè)的管道或流量過(guò)小的管道很難進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，相信通過(guò)檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，可以研制出適用各種檢測(cè)條件的檢測(cè)設(shè)備。