上海燃?xì)?集團(tuán))有限公司 顏達(dá)峰

油氣管道超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展

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超聲波內(nèi)檢測(cè)器是油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)中最精確和最可信的內(nèi)檢測(cè)器，其可以在管線中行走并采集數(shù)據(jù)，在多數(shù)情況下，超聲波內(nèi)檢測(cè)器可以在不影響管道運(yùn)行的情況下進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)。超聲波內(nèi)檢測(cè)器相對(duì)于漏磁內(nèi)檢測(cè)來(lái)說(shuō)具有數(shù)據(jù)精確的特點(diǎn)，通過(guò)內(nèi)檢測(cè)器上的探頭發(fā)射超聲波測(cè)量管壁的缺陷，并且記錄數(shù)據(jù)，最終由數(shù)據(jù)分析中心分析并出具報(bào)告。隨著科技的進(jìn)展，超聲波內(nèi)檢測(cè)器可以通過(guò)不同的特殊配置滿足管道運(yùn)營(yíng)商的需要。

油氣管道 超聲波內(nèi)檢測(cè)器 特殊配置 技術(shù)進(jìn)展

1 管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)概述

隨著西氣東輸一、二線和各省市天然氣管網(wǎng)的修建，已經(jīng)初步形成了覆蓋全國(guó)的天然氣管網(wǎng)。在我國(guó)，多數(shù)管道都已經(jīng)運(yùn)行了近20年，已經(jīng)到了事故的高發(fā)期，如我國(guó)四川省的輸氣管網(wǎng)投運(yùn)后，因天然氣H2S含量偏高，導(dǎo)致管道出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂事故。

中石化青島管道爆炸事故發(fā)生后，我國(guó)對(duì)于管道的安全運(yùn)營(yíng)提出了更高的要求，并且要求對(duì)全國(guó)油氣管道進(jìn)行安全排查。管道完整性管理的日趨嚴(yán)格，管道檢測(cè)起到非常重要的作用，其中油氣管道內(nèi)檢測(cè)由于能夠定量定性并且精確確定管道的腐蝕和裂紋情況，作為重要的檢測(cè)技術(shù)，被廣泛用于管道檢測(cè)中。

現(xiàn)有的管道內(nèi)檢測(cè)可采用智能化的內(nèi)檢測(cè)器。通過(guò)油氣管道的收發(fā)球筒發(fā)射和接收，管道內(nèi)的壓差推動(dòng)內(nèi)檢測(cè)器在管道內(nèi)行走，管道內(nèi)檢測(cè)器利用自身攜帶的探頭，掃描和探測(cè)管壁，通過(guò)自身配備的存儲(chǔ)器記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)內(nèi)檢測(cè)器從接收球筒取出后，技術(shù)人員即可對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且出具管道檢測(cè)報(bào)告，為業(yè)主提供管道腐蝕的詳細(xì)情況以及管道缺陷的具體位置，為業(yè)主管道的完整性管理提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料。

目前管道在線內(nèi)檢測(cè)器技術(shù)方法主要有漏磁檢測(cè)法和超聲波檢測(cè)法。

上世紀(jì)60年代美國(guó)Tuboscope公司采用漏磁檢測(cè)法首先研制出管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器，并在管道內(nèi)進(jìn)行了在線檢測(cè)。70年代英國(guó)天然氣公司(British Gas)采用漏磁法，并且引用了定量分析方法，對(duì)旗下天然氣管道的管道壁腐蝕減薄狀況進(jìn)行了在線檢測(cè)。隨后，德國(guó)Pipetronix公司推出以超聲波作為技術(shù)原理的管道超聲波內(nèi)檢測(cè)器，其通過(guò)液體耦合劑傳導(dǎo)超聲波，使用專用超聲波探頭發(fā)生與接收超聲波，并定量測(cè)量管道壁厚。

2 漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)與超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)比

2.1 漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)概述

漏磁內(nèi)檢測(cè)器的原理是基于漏磁原理制成的一種可以在管線中進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)的儀器，被磁化的管壁中如果有異?；蛘呓饘贀p耗，將造成磁場(chǎng)的泄露，其技術(shù)原理見(jiàn)圖1。

圖1 漏磁檢測(cè)技術(shù)原理

如圖1所示，當(dāng)內(nèi)檢測(cè)器在管線中運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)器上的探頭可以探測(cè)到漏磁線的變化，從而記錄管線的異常。若被測(cè)管道管壁表面光滑沒(méi)有缺陷且內(nèi)部沒(méi)有夾層等缺陷，則磁通將全部通過(guò)被測(cè)的管道管壁，如果管道管壁內(nèi)壁或外壁存在缺陷，如腐蝕坑、片狀腐蝕、點(diǎn)蝕等，則會(huì)導(dǎo)致缺陷處及附近的磁阻增大，使附近的磁場(chǎng)發(fā)生畸變，通過(guò)裝載在內(nèi)檢測(cè)器上的霍爾元件或移動(dòng)的感應(yīng)線圈可測(cè)得磁場(chǎng)發(fā)生畸變的程度，定性地測(cè)量管壁的缺陷。

漏磁檢測(cè)器通過(guò)感應(yīng)線圈測(cè)量到的是管道管壁的磁場(chǎng)變化，需要數(shù)據(jù)分析師對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和編譯后得到管壁的缺陷數(shù)據(jù)。這是一種間接的測(cè)量方法，有很多局限性：

(1)漏磁檢測(cè)器對(duì)于軸向缺陷或者裂紋感應(yīng)不敏感，因?yàn)楣艿辣谏系拇啪€平行于磁力線，軸向的缺陷或裂紋不能對(duì)磁線產(chǎn)生有效干擾，導(dǎo)致檢測(cè)器無(wú)法有效感應(yīng)磁場(chǎng)變化，故漏磁內(nèi)檢測(cè)器無(wú)法有效探測(cè)到軸向缺陷或者裂紋。

(2)漏磁檢測(cè)器會(huì)在焊縫區(qū)域出現(xiàn)漏檢，這是因?yàn)槁┐艡z測(cè)器探頭本身有一定長(zhǎng)度當(dāng)內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行到焊縫區(qū)域時(shí)，探頭無(wú)法緊貼管壁，造成焊縫區(qū)域的信號(hào)丟失，出現(xiàn)漏檢的情況。

(3)漏磁內(nèi)檢測(cè)器對(duì)于管壁的厚度有所要求，由于需要磁化管壁，對(duì)于管壁較厚的管道，無(wú)法完全磁化管壁，導(dǎo)致不能保障傳感器能夠感應(yīng)到管壁的磁通量的變化，所以對(duì)于管壁比較厚的管道，進(jìn)行漏磁內(nèi)檢測(cè)不能取得良好的效果。

2.2 超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)概述

超聲波內(nèi)檢測(cè)器自面世以來(lái)，以其卓越的精確度為油氣管道提供了完善的保障和精確的檢測(cè)，在油氣管道中運(yùn)行時(shí)，通過(guò)超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)采集缺陷數(shù)據(jù)，最新一代的超聲波內(nèi)檢測(cè)器可以提供管壁厚度和裂紋的精確測(cè)量，無(wú)論是軸向還是環(huán)向的缺陷，甚至是小范圍的點(diǎn)腐蝕，超聲波內(nèi)檢測(cè)器均可以進(jìn)行精確檢測(cè)。

一套典型的超聲波內(nèi)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)包含：驅(qū)動(dòng)模組、電池模組、里程輪模組、數(shù)據(jù)模組和探頭載具模組，超聲波內(nèi)檢測(cè)器自身不具備動(dòng)力，通過(guò)管道的壓差推動(dòng)超聲波內(nèi)檢測(cè)器在管道中行進(jìn)。通過(guò)自身配備的電池供電，使超聲波探頭發(fā)射超聲波，并且將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)模組中，待超聲波內(nèi)檢測(cè)器接收后，由技術(shù)人員下載其中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

2.2.1 管壁厚度的定量測(cè)量

超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)是可以提供對(duì)于管壁厚度的定量測(cè)量，其技術(shù)原理見(jiàn)圖2。

圖2 超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)原理

圖2 表示了超聲波內(nèi)檢測(cè)器對(duì)于管道壁厚(金屬損耗檢測(cè))的技術(shù)原理，由超聲波內(nèi)檢測(cè)器攜帶的超聲波發(fā)射探頭通過(guò)液體耦合介質(zhì)向管道管壁發(fā)射超聲波，超聲波信號(hào)部分由管道管壁內(nèi)表面反射，部分由管壁外表面反射，根據(jù)此提供投射距離和壁厚的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)，測(cè)量管道管壁的金屬損失。

2.2.2 管道裂紋檢測(cè)

管道使用時(shí)間的增長(zhǎng)，管道裂紋成為管道的重要風(fēng)險(xiǎn)，由于管道類型、材質(zhì)和運(yùn)行狀況不同，管道會(huì)產(chǎn)生不同類型的裂紋或裂紋狀缺陷，如應(yīng)力腐蝕開裂、焊縫開裂及軸向或環(huán)向熱影響區(qū)的裂紋。

超聲波裂紋內(nèi)檢測(cè)器提供了對(duì)于管壁裂紋缺陷的有效檢測(cè)。其技術(shù)原理見(jiàn)圖3。

圖3 超聲波管壁裂紋缺陷檢測(cè)技術(shù)原理示意

圖3表示超聲波內(nèi)檢測(cè)器的探頭通過(guò)一定角度和液體耦合劑向管壁發(fā)射超聲波，通過(guò)發(fā)射回波的情況，可判讀管壁的裂紋缺陷。

2.2.3 超聲波內(nèi)檢測(cè)器的缺陷

與漏磁檢測(cè)法相比，超聲波檢測(cè)法更具有精確性和有效性，超聲波內(nèi)檢測(cè)器正在越來(lái)越廣泛地用于油氣管道檢測(cè)中，但超聲波內(nèi)檢測(cè)器也有一定的缺陷。對(duì)于目前的超聲波內(nèi)檢測(cè)器來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)液體耦合劑傳播超聲波，如果需要在天然氣管道中進(jìn)行超聲波內(nèi)檢測(cè)，只能在天然氣管道中添加多個(gè)密封清管器，在前后清管器中添加液體，使超聲波內(nèi)檢測(cè)器在液體的環(huán)境下運(yùn)行，從而完成在天然氣管道中的超聲波檢測(cè)。

3 超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展

3.1 超聲波內(nèi)檢測(cè)器通過(guò)性能

隨著管道運(yùn)營(yíng)商對(duì)于管道要求標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，管道內(nèi)檢測(cè)公司必須不斷發(fā)展以滿足管道運(yùn)營(yíng)商的要求，例如，舊款的超聲波裂紋和壁厚內(nèi)檢測(cè)器只能通過(guò)3D的彎頭，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的超聲波內(nèi)檢測(cè)器可以順利通過(guò)1.5D的彎頭。

3.2 高含蠟原油管道環(huán)境

超聲波內(nèi)檢測(cè)器在高含蠟原油管道中的檢測(cè)過(guò)程中，會(huì)被覆蓋大量的蠟，這樣會(huì)阻礙探頭發(fā)射超聲波，導(dǎo)致超聲波內(nèi)檢測(cè)器很難取得有效數(shù)據(jù)甚至不能取得數(shù)據(jù)，并且大量的蠟覆蓋在超聲波內(nèi)檢測(cè)器上有導(dǎo)致檢測(cè)器在管道內(nèi)卡管的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)階段最新發(fā)展的超聲波內(nèi)檢測(cè)器可以通過(guò)特殊的配置，如特殊探頭模塊設(shè)計(jì)、涂層和旁通系統(tǒng)使超聲波內(nèi)檢測(cè)器可以在高含蠟原油管道中獲得有效數(shù)據(jù)。

3.3 多尺寸超聲波檢測(cè)器

在部分管道中存在多管徑現(xiàn)象，這種情況不適宜使用單一管徑的內(nèi)檢測(cè)器，最新的超聲波內(nèi)檢測(cè)器可以提供適應(yīng)多種管徑的檢測(cè)器，同時(shí)還可根據(jù)管道具體情況定制特殊管徑的超聲波內(nèi)檢測(cè)器。另外，對(duì)于海洋管道尤其是海洋立管來(lái)說(shuō)，多數(shù)只有一處進(jìn)出口，即發(fā)射球筒和接收球筒為一個(gè)裝置，在這種情況下，現(xiàn)在可以提供雙向運(yùn)行的超聲波內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。

4 結(jié)論

隨著科技的日益發(fā)展和愈來(lái)愈高的安全和環(huán)境要求，對(duì)管道管理、運(yùn)營(yíng)提出了更高的要求，并且各個(gè)國(guó)家的法律法規(guī)日趨嚴(yán)格，因此對(duì)管道進(jìn)行高質(zhì)量的完整性管理顯得非常重要。

管道完整性管理的基石在于管道檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集，而管道內(nèi)檢測(cè)作為現(xiàn)階段最有效的檢測(cè)方法，發(fā)揮了重要的作用。管道超聲波內(nèi)檢測(cè)器具有卓越的檢測(cè)精度可以提供定量壁厚測(cè)量，并且能夠提供漏磁內(nèi)檢測(cè)器所不具備的管道裂紋精確檢測(cè)，為管道完整性評(píng)估、腐蝕生長(zhǎng)、壽命評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越完善，超聲波內(nèi)檢測(cè)器在管道檢測(cè)中發(fā)揮更重要的作用有期可待。

Development of Ultrasonic Technology in Oil and Natural Gas Pipeline Inspection

Shanghai Gas (Group) Co., Ltd. Yan Dafeng

The ultrasonic inspection machine is the most accuracy and reliable machine in the oil and natural gas pipeline inspection, which can move and obtain the data in the pipe and in most case, this process is made in the pipe. The defects of pipe wall can be found by the probe and analyzed in the data analysis center. With the development of science, it can meet the different needs by using different configuration.

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