楊 劍,桑清蓮

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院,鄭州450016）

長(zhǎng)輸管道漏磁內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析

楊 劍,桑清蓮

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院,鄭州450016）

目前《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》要求只對(duì)管線進(jìn)行抽檢，常規(guī)超聲檢測(cè)等技術(shù)手段覆蓋面有限，無法實(shí)現(xiàn)管體缺陷檢測(cè)的全覆蓋，形成檢測(cè)盲區(qū)。因此，管道內(nèi)檢測(cè)完整性評(píng)價(jià)技術(shù)越來越得到企業(yè)用戶的重視。漏磁檢測(cè)作為一種無損檢測(cè)手段，對(duì)管道表面整體腐蝕具有較好的檢測(cè)能力，得到越來越廣泛的應(yīng)用。

長(zhǎng)輸管道；漏磁檢測(cè)；無損檢測(cè)

長(zhǎng)輸管道輸送介質(zhì)多具有腐蝕性，容易使管道內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕坑、沖刷磨損溝槽等，從而造成管道變形、減薄，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展極易導(dǎo)致管道泄漏，因而危害性較大。漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)屬于在線檢測(cè)技術(shù)，通過在管道內(nèi)部投運(yùn)帶有檢測(cè)裝置的設(shè)備，可以有效檢測(cè)出管道內(nèi)部發(fā)生的金屬變形、腐蝕等缺陷并進(jìn)行準(zhǔn)確定位，為長(zhǎng)輸管道安全運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持，是目前管道工業(yè)中應(yīng)用最成熟的檢測(cè)技術(shù)。

1 各類管道內(nèi)腐蝕無損檢測(cè)技術(shù)分析

隨著檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外在油氣管線內(nèi)腐蝕檢測(cè)方面應(yīng)用了一些新技術(shù)，有的技術(shù)逐步走向成熟，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要作用。相關(guān)技術(shù)主要有：電磁超聲檢測(cè)技術(shù)、渦流內(nèi)檢測(cè)技術(shù)、超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)、CCTV攝像和工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)技術(shù)、漏磁檢測(cè)技術(shù)。電磁超聲檢測(cè)技術(shù)屬于在線檢測(cè)技術(shù)，具有非接觸、無需耦合劑、不受材料形狀及表面粗糙度限制以及容易激發(fā)各種超聲波形等優(yōu)點(diǎn)，在高溫、腐蝕和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的熱鋼板在線檢測(cè)應(yīng)用較多，但在管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備成型少。渦流內(nèi)檢測(cè)技術(shù)依托內(nèi)穿式渦流探傷儀進(jìn)行，儀器需要和管道爬行機(jī)器人結(jié)合進(jìn)行，應(yīng)用于小直徑管材表面缺陷檢測(cè)，目前研究成果少，在線檢測(cè)受到一定制約。超聲導(dǎo)波技術(shù)，可以在一個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)一條管道長(zhǎng)距離范圍100％檢測(cè)，但不能對(duì)缺陷進(jìn)行定性，對(duì)可疑部位仍需其他檢測(cè)方法做出最終評(píng)價(jià)。CCTV攝像和工業(yè)內(nèi)窺鏡技術(shù)對(duì)管道內(nèi)檢測(cè)情況分析的精度取決于圖像的質(zhì)量及圖像分析軟件對(duì)缺陷的識(shí)別能力，當(dāng)管道內(nèi)成像條件較差時(shí)，圖像質(zhì)量會(huì)大受影響，由此造成的檢測(cè)誤差會(huì)大大增加。

為了實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，降低檢測(cè)成本，相對(duì)準(zhǔn)確的定位缺陷，采用合適的檢測(cè)手段尤為重要。綜合分析，目前來看，管內(nèi)腐蝕檢測(cè)首推漏磁檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)一是能夠在線檢測(cè)，不需要管道停運(yùn)；二是性價(jià)比較高，傳感器與計(jì)算機(jī)結(jié)合適合組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)備自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，且檢測(cè)費(fèi)用較低；三是可同時(shí)檢測(cè)管道內(nèi)外部缺陷；四是適用性強(qiáng)，不需要耦合劑。該技術(shù)同其它檢測(cè)方法相比具有性價(jià)比高、可靠性強(qiáng)、在線檢測(cè)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)管道在線內(nèi)檢測(cè)而言優(yōu)勢(shì)明顯。在實(shí)際應(yīng)用中，漏磁檢測(cè)也存在一些缺點(diǎn)：一是對(duì)大面積缺陷檢測(cè)能力強(qiáng)，但對(duì)厚壁管材的內(nèi)部缺陷檢測(cè)靈敏度較弱；二是缺陷的量化理論有待進(jìn)一步的研究，缺陷的形狀特征和檢測(cè)的信號(hào)特征不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系[1]。

2 漏磁檢測(cè)技術(shù)原理及設(shè)備構(gòu)成

2.1 漏磁檢測(cè)技術(shù)基本原理

漏磁檢測(cè)技術(shù)是建立在鐵磁性材料高磁導(dǎo)率這一特性上的。材料在外加磁場(chǎng)作用下被磁化，當(dāng)材料中無缺陷時(shí)，磁力線絕大部分通過材料。當(dāng)材料表面出現(xiàn)裂紋或腐蝕坑點(diǎn)等缺陷時(shí)，磁力線發(fā)生彎曲，并且有一部分磁力線泄漏出材料表面，形成缺陷表面局部區(qū)域的漏磁場(chǎng)。漏磁信號(hào)隨缺陷幾何形狀的不同而變化，采用霍爾器件組織的磁敏傳感器檢測(cè)電路來檢測(cè)漏磁場(chǎng)變化，根據(jù)測(cè)得的漏磁信號(hào)可判別缺陷情況[2]。具體原理如圖1所示。

圖1 漏磁檢測(cè)原理

2.2 管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)組成

管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng)由漏磁在線內(nèi)檢測(cè)裝置、里程標(biāo)定裝置和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組成。其中，最為復(fù)雜和關(guān)鍵的部件為內(nèi)檢測(cè)器。在線內(nèi)檢測(cè)器為了適應(yīng)長(zhǎng)輸管道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常采用節(jié)狀結(jié)構(gòu)，節(jié)與節(jié)之問采用萬向節(jié)連接。并在動(dòng)力節(jié)上安裝比管道內(nèi)徑稍大的橡膠碗，利用它阻塞管道介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生推力，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)裝置前進(jìn)。管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)檢測(cè)裝置是以管道輸送介質(zhì)為行進(jìn)動(dòng)力，通過該裝置在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)獲取缺陷信息，對(duì)管道進(jìn)行在線無損檢測(cè)。主要由牽引節(jié)、測(cè)量節(jié)、信號(hào)記錄節(jié)和電池節(jié)組成[3]。牽引節(jié)主要依托動(dòng)力皮碗產(chǎn)生運(yùn)行動(dòng)力；測(cè)量節(jié)由磁化裝置和霍爾探頭傳感器組成。含永磁鐵和鋼刷的磁化裝置主要功能是對(duì)管壁進(jìn)行磁化，霍爾探頭主要是通過測(cè)量漏磁通完成缺陷檢測(cè)；信號(hào)記錄節(jié)是測(cè)量的核心部件，主要由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)部件控制和數(shù)據(jù)測(cè)量；電池節(jié)主要來給設(shè)備供電。附帶的里程輪與記錄節(jié)鏈接，確定檢測(cè)器在管道內(nèi)相對(duì)位置，與管外里程標(biāo)定裝置完成缺陷精確定位。

里程標(biāo)定裝置包括行走輪記錄裝置、管外標(biāo)記標(biāo)定和時(shí)間同步標(biāo)定裝置組成。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)分析處理軟件組成，生成最終的檢測(cè)結(jié)果。

3 管內(nèi)漏磁檢測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前,國(guó)際上漏磁檢測(cè)技術(shù)研究工作走在前列的有美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、加拿大等。美國(guó)的GE、PII,英國(guó)的BritishGas、德國(guó)的Pipctronix等公司開發(fā)的漏磁檢測(cè)裝置技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用較廣泛。美國(guó)PII公司是當(dāng)前世界上最大的管道檢測(cè)設(shè)備制造商和檢測(cè)服務(wù)提供商，能夠提供數(shù)十種型號(hào)的漏磁型、超聲型等檢測(cè)器對(duì)管徑從3英寸到80英寸的各種油氣、水、化學(xué)品管道進(jìn)行檢測(cè)[4]。

近年來,國(guó)內(nèi)對(duì)管道漏磁檢測(cè)技術(shù)研究越來越重視。相關(guān)基礎(chǔ)研究正在開展，其中清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)等相關(guān)研究及實(shí)驗(yàn)走在了前列。2001年，上海交通大學(xué)在國(guó)家863資助下開展了海洋油氣管道缺陷檢測(cè)研究工作，在電磁超聲非接觸傳感器研究上取得了一定成果。2002年，天津大學(xué)和深圳巨濤機(jī)械設(shè)備公司研制了油氣管道腐蝕缺陷中清晰度漏磁檢測(cè)器樣機(jī)。2005年，中油管道檢測(cè)技術(shù)有限公司聯(lián)合清華大學(xué)開發(fā)研制成功了我國(guó)第一套用于直徑1016毫米油氣管道的腐蝕缺陷高清晰度管道漏磁檢測(cè)器，填補(bǔ)了我國(guó)油氣管道高清晰檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的空白[5]。2013年，中國(guó)石油天然氣管道局檢測(cè)公司研發(fā)出國(guó)內(nèi)第一套直徑為711 mm的三軸高清漏磁檢測(cè)器，后來在西南油氣田管道檢測(cè)中投入應(yīng)用。這些裝置與國(guó)外檢測(cè)設(shè)備相比有一定差距，主要是在軟件設(shè)計(jì)上，還沒有系統(tǒng)建立起信號(hào)與缺陷特征參數(shù)一一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

4 結(jié)束語

管內(nèi)漏磁檢測(cè)技術(shù)屬于在線檢測(cè)技術(shù)，為在用管道企業(yè)節(jié)約檢測(cè)成本，目前相關(guān)研究開展較多，設(shè)備實(shí)踐運(yùn)用相對(duì)成熟。但管道內(nèi)檢相關(guān)缺陷分析技術(shù)一直沒有停滯，研究主要集中研究缺陷因素對(duì)漏磁檢測(cè)信號(hào)的影響、檢測(cè)信號(hào)的特征提取等方面。未來，檢測(cè)系統(tǒng)將朝著智能化、專家化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，必將為管道內(nèi)檢技術(shù)不斷發(fā)展提供強(qiáng)大技術(shù)支持。

[1]何敏,柴孟陽.三種電磁無損檢測(cè)方法綜述[J].測(cè)試技術(shù),2012,31（03）：1-4.

[2]楊理踐,王玉梅等.智能化管道檢測(cè)裝置的研究[J].無損檢測(cè),2002,24（03）：100-102.

[3]李鶯鶯.油氣管道在線內(nèi)檢測(cè)技術(shù)若干關(guān)鍵問題研究[D].2006（06）.

[4]黃輝,何仁洋,熊昌勝,張智.漏磁檢測(cè)技術(shù)在管道檢測(cè)中的應(yīng)用及影響因素分析[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2010（03）：17-19.

[5]黃松嶺,趙偉,王坤,董甲瑞.高清晰度油氣管道腐蝕檢測(cè)器研制[C].中間石油和化工自動(dòng)化第九屆年會(huì)技術(shù)論文集,2010：366-368.