張東杰

中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司

摘要：管道漏磁內(nèi)檢測(cè)是保證油氣管線安全運(yùn)行的重要手段，在超低流速管道內(nèi)開展內(nèi)檢測(cè)，由于漏磁檢測(cè)器運(yùn)行速度過(guò)慢會(huì)嚴(yán)重影響檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。為此，研發(fā)了具備新型探頭的漏磁檢測(cè)器進(jìn)行了超低流速管道內(nèi)檢測(cè)試驗(yàn)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用表明檢測(cè)數(shù)據(jù)可滿足要求。

關(guān)鍵詞：管道內(nèi)檢測(cè)；漏磁檢測(cè)；超低流速；特征峰值

管道漏磁內(nèi)檢測(cè)是保證油氣管道安全運(yùn)行的重要手段和有效措施。通過(guò)定期內(nèi)檢測(cè)作業(yè)，可以全面了解整條管線的腐蝕、變形等狀況，及時(shí)對(duì)管道進(jìn)行維護(hù)，達(dá)到保證管道完整性和長(zhǎng)期安全平穩(wěn)運(yùn)行的目的。由于漏磁內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)采集的最佳運(yùn)行速度區(qū)間為0.5 m/s～3.0 m/s，當(dāng)管線介質(zhì)流速低于0.5 m/s（超低流速）時(shí)，將影響檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。為此，研發(fā)了超低流速管道檢測(cè)技術(shù)，并開展了試驗(yàn)。

1  技術(shù)方案

1.1  檢測(cè)器探頭設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）漏磁檢測(cè)基本原理。線圈式漏磁檢測(cè)器進(jìn)行管道缺陷檢測(cè)的基本原理是管壁被檢測(cè)器自身所攜帶的強(qiáng)磁體磁化，當(dāng)管壁存在缺陷時(shí)，管壁內(nèi)的磁力線被缺陷阻隔，缺陷處的磁力線發(fā)生畸變，一部分磁力線泄漏出管壁內(nèi)外表面形成漏磁場(chǎng)（圖 1）。當(dāng)檢測(cè)器探頭傳感器內(nèi)的線圈貼著管道表面掃查時(shí)，缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)會(huì)引起穿過(guò)線圈磁通量的變化，從而線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成缺陷信號(hào)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)閉合電路的磁通量變化的快慢有關(guān)系：

E = nΔΦ/Δt    （1）

式中：E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V；n為線圈匝數(shù)；ΔΦ為磁通量，Wb；Δt為時(shí)間，s。當(dāng)檢測(cè)器運(yùn)行速度慢時(shí)，Δt增大，若E不變，則可以增加n或ΔΦ，即增加探頭內(nèi)線圈的匝數(shù)或在線圈內(nèi)部放置矽鋼片。

圖 1 漏磁原理

（2）試驗(yàn)分析。①線圈匝數(shù)與矽鋼片對(duì)缺陷信號(hào)捕捉強(qiáng)度的影響。分別制作500匝線圈和1000匝線圈無(wú)矽鋼片探頭，以及500匝線圈和1000匝線圈加矽鋼片探頭，對(duì)四種探頭施加同一低速移動(dòng)缺陷漏磁場(chǎng)，觀察其所捕捉到的模擬缺陷信號(hào)幅值，試驗(yàn)結(jié)果見表 1。表 1結(jié)果表明，通過(guò)增加線圈數(shù)量或添加矽鋼片可以提高線圈式探頭在低速條件下捕捉缺陷信號(hào)的強(qiáng)度，并且兩種方式結(jié)合對(duì)于信號(hào)捕捉有疊加增強(qiáng)效果。但過(guò)度增大缺陷信號(hào)強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行量化。為進(jìn)一步確定檢測(cè)器探頭合理結(jié)構(gòu)，應(yīng)用某國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室漏磁檢測(cè)器直線試驗(yàn)臺(tái)，模擬探頭采集管道缺陷和焊縫信號(hào)，比較相同特征位置峰峰值。②管道缺陷和焊縫信號(hào)相同特征位置峰峰值對(duì)比。從表 2試驗(yàn)結(jié)果可以看出，1000匝加矽鋼片探頭信號(hào)達(dá)到飽和，故不可取；500匝加矽鋼片和1000匝無(wú)矽鋼片探頭信號(hào)拾取能力比500匝無(wú)矽鋼片提高了一倍，但是500匝加矽鋼片探頭加裝因矽鋼片尺寸誤差對(duì)信號(hào)的偏差影響較大，并且加裝矽鋼片后探頭整體重量增加較多，在運(yùn)行距離較長(zhǎng)的情況下，容易導(dǎo)致探頭磨損加劇，而1000匝無(wú)矽鋼片探頭的個(gè)體統(tǒng)一性更好控制，故最終方案選用1000匝無(wú)矽鋼片探頭。

表 1 不同探頭類型缺陷信號(hào)捕捉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表 2 管道缺陷和焊縫信號(hào)相同特征位置峰峰值結(jié)果

1.2  牽拉試驗(yàn)

（1）探頭制作與安裝。批量加工制作選定的1000匝無(wú)矽鋼片探頭，并安裝到優(yōu)化后的直徑610 mm漏磁檢測(cè)器上，進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)。

（2）牽拉試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在某管道檢測(cè)器牽拉試驗(yàn)中心開展了優(yōu)化探頭的漏磁檢測(cè)器牽拉試驗(yàn)。漏磁檢測(cè)器主探頭與ID/OD探頭均采用了線圈形式。采用與被檢測(cè)管道相同的管材，9.5 mm、11.9 mm兩種壁厚鋼管。在管材上預(yù)制人工缺陷121處，涵蓋內(nèi)外部坑狀缺陷、普通缺陷、周向凹溝、軸向凹溝等缺陷類型。布管完成后分別以0.1 m/s、0.2 m/s的速度牽拉漏磁檢測(cè)器10次（牽拉5次后將管道翻轉(zhuǎn)180°再牽拉5次）。

（3）牽拉試驗(yàn)結(jié)果。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示121處缺陷點(diǎn)均采集到信號(hào)，里程定位精度0.7‰，周向位置準(zhǔn)確，主探頭信號(hào)良好，在不同壁厚的管段上對(duì)各種類型的最小缺陷拾取能力如表 3、表 4所示。可以看出，該設(shè)備對(duì)坑狀金屬損失（2A×2A）的檢測(cè)閾值為12 %wt；一般金屬損失（4A×4A）的檢測(cè)閾值為5 %wt。11.9 mm壁厚鋼管最小缺陷A×A、2A×2A的信號(hào)全部能夠拾取到（圖 2、圖 3）。以上牽拉試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改造的漏磁檢測(cè)器，在0.1 m/s～0.2 m/s超低速條件下，能夠成功拾取管道上的小缺陷信號(hào)。

表 3 9.5 mm壁厚鋼管最小缺陷拾取能力

表 4 11.9 mm壁厚鋼管最小缺陷拾取能力



圖 2 壁厚11.9 mm 鋼管A×A缺陷拾取情況

圖 3 壁厚11.9 mm鋼管 2A×2A缺陷拾取情況

1.3  模型建立與軟件開發(fā)

（1）缺陷三維尺寸量化模型建立。管道漏磁檢測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是建立反映相應(yīng)漏磁場(chǎng)信號(hào)和缺陷尺寸的量化模型，以確定漏磁信號(hào)特征與缺陷特征之間的關(guān)系，缺陷量化模型的優(yōu)劣決定了管道檢測(cè)報(bào)告的可信度。對(duì)牽拉試驗(yàn)中獲得的121處不同缺陷類型的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理，結(jié)合有限元分析法、回歸分析法并聘請(qǐng)多位專家輔以人工經(jīng)驗(yàn)，匯總分析共計(jì)10萬(wàn)公里內(nèi)檢測(cè)開挖校驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建了新的缺陷三維尺寸量化模型。缺陷量化模型的長(zhǎng)度、寬度、深度誤差在±10 %wt以內(nèi)的精度指標(biāo)達(dá)95%以上，超過(guò)目前國(guó)內(nèi)外通用的90%指標(biāo)；缺陷檢測(cè)和識(shí)別概率達(dá)到95%，高于國(guó)際上通用的90%指標(biāo)。據(jù)此可以更加精準(zhǔn)的對(duì)缺陷點(diǎn)管道進(jìn)行剩余壽命評(píng)價(jià)，提高用戶維修準(zhǔn)確率，降低維修成本。

（2）缺陷點(diǎn)剩余強(qiáng)度模型建立。參考ASME B31G―2012中管道剩余壽命計(jì)算方法建立了缺陷點(diǎn)剩余強(qiáng)度模型。以該模型為基礎(chǔ)，給出不滿足當(dāng)前完整性管理要求需要立即維修的金屬損失缺陷點(diǎn)，結(jié)合管道腐蝕增長(zhǎng)率統(tǒng)計(jì)分析和運(yùn)營(yíng)條件對(duì)管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。據(jù)此確定管道缺陷的維修次序，制定合理的維護(hù)維修計(jì)劃。

（3）用戶軟件。開發(fā)的配套用戶軟件具有三大功能：可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)、分析查詢結(jié)果與各種統(tǒng)計(jì)圖表間的相互調(diào)用；具備開挖作業(yè)單自動(dòng)輸出功能，為用戶自動(dòng)生成任意缺陷的開挖信息，提供全面、準(zhǔn)確、直觀的開挖定位信息；可以全面查看檢測(cè)結(jié)果、原始檢測(cè)數(shù)據(jù)，快速查詢各種功能圖表及按條件檢索分析結(jié)果。

2  實(shí)施效果

應(yīng)用改造后的610 mm漏磁檢測(cè)器對(duì)某原油管線實(shí)施內(nèi)檢測(cè)作業(yè)，其中單一管段最長(zhǎng)距離280 km，最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間547 h，運(yùn)行最低速度0.139 m/s，漏磁檢測(cè)器收出后機(jī)械體完整，探頭采集信號(hào)狀態(tài)正常，檢測(cè)數(shù)據(jù)完整。

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，選取4處開挖驗(yàn)證點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證結(jié)果見表 5。

表 5 檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比

對(duì)比4處開挖驗(yàn)證點(diǎn)，深度誤差分別為0.1%、1.0%、5.0%、0.8%，均遠(yuǎn)小于10%，缺陷深度檢測(cè)結(jié)果符合驗(yàn)收要求；缺陷長(zhǎng)度與寬度檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果一致，符合驗(yàn)收要求；缺陷點(diǎn)最大偏差15°，符合驗(yàn)收要求。

改造后的漏磁檢測(cè)器突破了以往最低運(yùn)行速度不能小于0.5 m/s的限制，成功應(yīng)用到蘇丹三段原油超低流速管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證結(jié)果與漏磁檢測(cè)器檢測(cè)結(jié)果一致。

3  結(jié)語(yǔ)

具備新型探頭的漏磁檢測(cè)器經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)超低流速工況檢測(cè)作業(yè)中應(yīng)用，采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到要求，檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證結(jié)果基本一致。可應(yīng)用于超低流速工況管道漏磁檢測(cè)作業(yè)中。

作者簡(jiǎn)介：張東杰，1987年生，碩士研究生，工程師，現(xiàn)主要從事管道內(nèi)檢測(cè)工作，聯(lián)系方式：15954083988，771313297@qq.com。