油气管道内检测新技术举例

油气管道内检测新技术举例

摘要管道检测技术是完整性的一部分，也是获取管道有关信息的最佳手段。管道检测可以监测管道受到的危害或潜在危害，在管道未发生事故前进行有计划的修理，可以避免大量的不必要维修，节约资金，在管道的日常维护中占有非常重要的地位。本文主要针对管道检测技术中的常用的几种内检测技术作了简要的介绍，并指出了各种技术的要点。

关键词：管道内检测新技术

1.内检测器的分类

管道是输送危险液体和气体最为安全有效的方式。但随着时间的推移和周围环境的变化，会出现缺陷，也会导致事故的发生。

管道中可以被检测到的缺陷可以分为三个主要类型：

①几何形状异常（凹陷、椭圆变形、位移等）；

②金属损失（疲劳、划伤等）；

③裂纹（疲劳裂纹、应力腐蚀开裂等）。

管道内检测技术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、位臵的检测目的。

针对上述三种缺陷类型，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。内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损失检测器，用于裂纹、应力腐蚀开裂检测的裂纹检测器。

2.几何形状异常的检测技术

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臵可以检测各种原因造成的、影响管道有效内径的几何异常现象并确定其程度和位臵。

测径器是用于检测、定位和测量管壁几何形状异常的大小。正常的管线，应当有一个圆环形横断面。在管道铺设过程或长期运行中，第三方的干扰可以造成

凹陷。合格的测经器应可对任何管段横断面的临界变化进行检测并确定大小，是进行管道金属损失或裂纹内检测之前非常重要的一步。

常用的测径器使用一定排列的机械抓手或有机械抓手的辐射架。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、偏圆、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。讲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100-1500mm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%。

3.金属损失检测技术

漏磁（MFL）技术因其可检测出腐蚀或擦伤造成的管道金属损失缺陷，甚至能够检测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、夹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，所以，这种技术被广泛应用并在不断的发展。

对于很浅、长且窄的金属损失缺陷，MFL信号就难以检测出来。检测精度也受多种因素的影响。在对管道进行检测时，要求管壁达到完全磁性饱和，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12mm 以下。另外，检测器在管道中的运行速度也可影响检测结果的准确性。有关研究机构正在研究其速度控制技术，指在不影响正常输量的前提下提高检测的准确性。

近来，美国哥伦比亚输气公司结合现场经验及有关研究发现并已证实了MFL 数据的采集受管内废杂物的影响，影响有三个：损坏设备、速度偏差、检测器脱离管壁。设备损坏、脱离管壁和速度过高的现象可同时发生，也可互不相干，可对磁通泄露数据和结果分析产生很多影响。这些影响可能导致缺陷几何形状的确定及位臵估算错误，也可能失去探测腐蚀和管道特征的能力。为了确保能获得良好的检测结果，在管道内检测之前，进行清管作业是极为重要的，尤其对于含蜡高的原油管线、所有含铁锈的流体管线、含极细粉尘的干燥气管线等更为关键。

通过适当地维护和初步清理可减少或消除废杂物的影响。目前，对废杂物如何影响MFL数据的理解仍处于初级阶段，有待继续研究。

常规MFL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面的精度较差。通过把磁铁方向或磁力线方向调整为绕管道轴向，增大缺陷对此通的切面积，可增加对轴向缺陷的检测精度。

表1.MFL检测器规格及精度

4.裂纹检测技术

裂纹可能有管材的缺陷、材料空隙、夹杂物或者凹陷、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臵信度高。缺点是需要耦合剂，应用于输气管道时较复杂。GE-PII公司通过使用一个内臵有压电发生器的充液轮与管壁紧密接触，使所充液体提供一个良好的耦合机制，更好的传输和接收信号。这项技术以应用于PII公司开发的弹性波裂纹检测器上。英国BG公司采用了以弹性剪切波为基础的裂纹检测仪器在北美（加拿大IPL 和美国 Colonial）的油气管道上成功的检测出了管道裂纹。

PII公司研发的UltraScan WM和UltraScan CD牌号的超声波检测装臵，可对断面窄和长距离不变的内部沟蚀提供比漏磁方法更精确的测量，可检测到管壁中间的缺陷，对于管壁厚度变化大的管线和管壁厚度超出漏磁设备的规格时，在UltraScan WM的限度内能很好的适应需要。

表2. UltraScan WM检测器的技术规格

UltraScan CD检测器使用超声横波，以使其在管壁内传播角度为45°，如果超声波遇到一个裂纹就会返回传感器。这就能以高灵敏度和精确性检测内部或外部纵向的裂纹。通过检测声音传播的时间和折射波的振幅，缺陷的位臵和大小就能被计算出来。

表3. UltraScan CD 检测器的技术规格

多达896个传感器装在可伸缩的聚氨酯传感器携带滑架上，当检测器通过管道时，持续向管壁内“开火”。这保证每个裂纹都被许多传感器检测到。为了进一步提高可靠性，对每节管壁都重复测量两次，一次顺时针方向，另一次逆时针方向。

目前，UltraScan CD是可靠地检测各种最浅的和最窄的裂纹以及细微的应力腐蚀开裂（SCC）的唯一的检测器。检测器检测到的缺陷位臵和大小已经为200多次开挖证明，而且测量到的所有严重开裂都被证实。在所有开挖中没有错误信号，而且所有被预测为不严重的裂纹，也被证实确实如此。

德国TUV公司以确定将UltraScan WM 和UltraScan CD 检测的组合，作为替代管道液压试验的选择。

此外，一种最新的超声波检测技术即电磁声波传感检测技术（EMAT）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，以新的传感器代替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、外表面作为“波导器”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。由于基于电磁声波传感器的超声波检测最重要的特征是不需要液体耦合剂来确保其工作性能，因此该技术可应用于输气管道，是替代漏磁通检测的有效方法。然而，这种检测技术也同样存在着不足，检测器需距离被检测物体表面1mm，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，而不能使用高频。PII公司研发的EMAT检测器在914.4mm 和609.6mm输气管道上试运行后，目前已经通过了商业运行。

超声波技术虽已成功的用于管道的缺陷检测，但在用于输气管道上仍有大量的工作要做。例如，研究如何利用EMAT和垂直于水平剪切波的方法充分的诠释管道的缺陷，正确的选择波的模式和传感器的定位方法充分捕获管道的裂纹缺陷。将裂纹缺陷模式化，加强实验确认使EMAT设计的有效性最大化。