海底管道内检测技术发展及研究趋势

2022-09-11

一、引言

长输管道是油田远距离输送油气介质最为安全有效的工具, 但是随着服役时间增长, 管道腐蚀成为威胁管道安全运行的隐患之一。山东省青岛市“2013.11.22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸事故管道于1985年建设, 1986年7月投入运行, 使用时间将近30年, 输油管道所处区域土壤盐碱和地下水氯化物含量高, 排水暗渠内随着潮汐变化海水倒灌, 输油管道长期处于干湿交替的海水及盐雾腐蚀环境, 最终导致了管道加速腐蚀减薄, 造成原油泄漏。由此可见, 定期对现役管道进行检测, 并及时发现和整改隐患, 是保证管线长期安全运行的重要措施。目前传统的管道检测技术是通过对管道的阴极保护系统进行的管道外检测技术, 但是该技术对海底管道还无法适用, 为满足海洋等区域管道的检测要求, 管道内检测技术逐渐成为研究热点。

二、主要技术及优势

管道内检测是涵盖检测方案决策、管道检测、检测数据解释分析和管道安全评价等过程的系统工程。利用智能检测器进行管线内检测是目前较为普遍的方式, 该方法是通过运行在管道内的智能检测器收集、处理、存储管道检测数据, 包括管道壁厚、管道腐蚀区域位置、管道腐蚀程度、管道裂纹和焊接缺陷, 再将处理数据与显示技术结合描绘管道真实状况的三维图像, 为管道维护方案的制定提供决策依据。超声波内检测技术和漏磁检测技术是现在最常用的海管内检测技术。

超声波内检测技术是在检测器中心安放一个水平放置的超声波传感器, 传感器沿着平行于管壁的方向发射声波, 声波沿着平行于管壁的方向行进直至被一个旋转镜面反射后, 垂直穿透管道壁, 声波触碰管道外壁后按照原路径反射回传感器, 计算机计算声波发射及反射回传感器的时间, 该时间就被转换为距离及管道壁厚的测量值。声波反射镜面每秒旋转2周, 检测器每米可以采集3万个左右的测量值。超声波内检测技术可以原理简单, 数据准确可靠, 该方法可以精确测量管道的壁厚, 不仅可以测量金属管线, 对于非金属管线, 如高密度聚乙烯管也能够有效测量, 并且可测管道管径的尺寸范围较大, 甚至能够测量壁厚等级80以上的大壁厚管道, 对于变径管道同样适用。

管道漏磁检测技术利用磁铁在管壁上产生的纵向回路磁场来探测管道内外壁的金属损失以及裂纹等缺陷, 确定上述缺陷的准确位置, 检测器所带磁铁将检测器经过的管壁饱磁化, 使管壁周圈形成磁回路。若管道的内壁或外壁有缺陷, 围绕着管道缺陷, 管道壁的磁力线将会重新进行分布, 部分磁力线会在这个过程中泄露从而进入到周围的介质中去, 这就是所谓的漏磁场。磁极之间紧贴管壁的探头检测到泄漏的磁场, 检测到的信号经过滤波、放大、转换等处理过程后会被记录到存储器中, 通过数据分析系统的处理对信号进行判断和识别。管道的漏磁检测技术具有准确性高的优点, 通过在气管线中低阻力和低磨损的设计取得较高质量的数据, 可以在没有收球和发球装置的情况下完成检测, 对于路径超过200公里的长输管道能够以每分钟200米左右的速度进行检测。

三、技术比较

对海底管道内检测时采用超声波内检测技术还是漏磁检测技术是主要由以下关键因素决定:

1.海底管道的属性, 主要包含海底管道的壁厚, 管径及管道材质等, 超声波内检测技术比漏磁检测技术更加适用于厚壁管, 特别是壁厚2.5毫米以上的管道, 对于小管径和管壁相对较薄的海底管道而言, 漏磁检测技术则是优先的选择。

2.管道缺陷特点, 主要指环焊缝裂缝、坑状或沟槽状的腐蚀、管道打磨的金属损失等缺陷, 对于这些缺陷而言, 超声波内检测技术较漏磁检测技术精度高。

3.长输管道管径的变化范围也是选择内检测技术需要考虑的因素之一, 超声波内检测技术适应管径变化的范围较大, 更适用于变径管线的检测。

4.管道输送介质也决定了采用何种内检测技术, 漏磁检测技术在输气管道的应用中具有强大优势, 而超声波内检测技术宜应用于液体管道的检测中。

5.超声波内检测技术受管道壁或液体介质中结蜡影响导致检测精度下降, 在探测时需要清洗管道, 而漏磁检测技术则不受管道结蜡影响, 但是检测精度比超声波检测技术低。

四、问题与建议

管道内检测技术已经在国内外各大油田陆上长输管线和海底管线的检测中广泛应用, 但目前仍旧存在一些值得研究探讨的问题。超声波内检测技术和漏磁检测技术结合使用是内检测技术的发展趋势, 开发适用于多种环境条件及多种检测功能的检测设备也是今后的发展方向之一。现有内检测技术在缺陷检测、定位、描述的精确度等问题上仍有提高的空间。此外每条管线的内部情况不同, 甚至同条管线的不同管段情况也不尽相同, 只能检测器在工作中因管内压力和温度环境的因素的不同导致检测结果存在偏差。对检测结果的解释和评价的准确性依靠计算机的算法和技术人员的经验来决定, 而各内检测机构都有自己的算法和评价方式, 这在很大程度上限制了海管内检测技术的发展, 不能形成统一认可的评价标准, 完善检测标准, 编制国家权威认可的管道内检测的相关规范可能成为解决这一问题的有效方法。此外, 管道运行单位还应收集和整理管道历年的检测数据和维修记录等重要原始资料, 并建立档案数据库方便查询, 为提高管道运行管理水平和能力, 通过对管道的完整性评价报告分分析, 制定合理有效的改造和维护方案。

摘要：超声波检测技术和漏磁检测技术是目前常用的管道内检测技术, 通过两种技术的特点介绍以及应用范围的比较, 分析了海管内检测技术存在的问题, 并结合内检测技术的发展现状和趋势提出了几点相关建议。

关键词：管道内检测,超声波检测,漏磁检测