崔礦慶 宋通 陳秋華 劉洋 李志華

摘 要：本文以海底管道超聲內(nèi)檢測(cè)器及其綜合試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)及方法為研究對(duì)象，研究了超聲內(nèi)檢測(cè)器在海試前的陸地綜合驗(yàn)證平臺(tái)的建設(shè)及驗(yàn)證的必要性，并對(duì)綜合驗(yàn)證平臺(tái)所包含的管道特征、工藝參數(shù)、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)流程進(jìn)行了研究及試驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：海底管道；超聲內(nèi)檢測(cè)；綜合驗(yàn)證平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP274.53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0153-03

1 概述

石油、天然氣資源是我國(guó)科技、經(jīng)濟(jì)賴以生存和發(fā)展的支柱，隨著陸地石油、天然氣資源的日漸枯竭，人們將目光投向深邃的海洋，海底石油的開采、運(yùn)輸離不開管道，管道運(yùn)輸已與鐵路、公路、航空、水運(yùn)并稱為五大運(yùn)輸方式[1-2]。

海底管道運(yùn)輸技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，安全問(wèn)題不容忽視，管道的老化、腐蝕、施工缺陷等因素導(dǎo)致管道泄漏，為掌握海底管道的損壞情況，以保證管道運(yùn)行安全可靠，管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，提高管道的安全性運(yùn)行具有重大意義[3]。管道在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到各種環(huán)境因素的影響，必須對(duì)海底管道進(jìn)行定期檢查和維修，以保障在役管道的安全運(yùn)行。管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。

海管與陸地管道工況基本相同，差別在于陸地管道可以對(duì)內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行管道外的跟蹤和精確定位，能夠準(zhǔn)確獲得內(nèi)檢測(cè)器的位置，一旦卡堵進(jìn)行開挖維修相對(duì)容易。然而，對(duì)于海底管道，目前尚無(wú)法對(duì)管道內(nèi)運(yùn)行的內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行跟蹤定位，一旦卡堵，無(wú)法獲取內(nèi)檢測(cè)器卡堵位置信息，維修成本極高。因此，海底管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)對(duì)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的功能、性能、環(huán)境適應(yīng)性均提出了更高的要求，因此在內(nèi)檢測(cè)設(shè)備正式進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)前，需要對(duì)真實(shí)海管環(huán)境在陸地進(jìn)行充分的模擬試驗(yàn)，充分驗(yàn)證產(chǎn)品的功能、性能，最大程度降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

2 超聲內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)使用較多的是漏磁內(nèi)檢測(cè)和超聲內(nèi)檢測(cè)。與漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)相比，超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)可以直接測(cè)量管道的剩余壁厚，可以發(fā)現(xiàn)管道的裂紋缺陷，檢測(cè)精度高，特別是在基線檢測(cè)中，往往使用超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，可以全面了解管道安裝完成后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

不同于漏磁檢測(cè)，超聲檢測(cè)需要液體介質(zhì)，因此無(wú)法利用陸地牽拉試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)對(duì)超聲內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的功能、性能驗(yàn)證，為保證超聲內(nèi)檢測(cè)設(shè)備在正式投入使用前滿足待檢測(cè)管道的工況需求，需要建立能夠模擬真實(shí)海管環(huán)境的陸地綜合試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，模擬各種工況下的真實(shí)海管，對(duì)超聲內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的功能、性能等進(jìn)行綜合驗(yàn)證。超聲內(nèi)檢測(cè)設(shè)備如圖1所示。

3 綜合驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 綜合驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)

綜合驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)中包含海管系統(tǒng)中常見的典型管道，主要有水平直管、立管、彎頭、三通、閥門等，試驗(yàn)平臺(tái)中管道特征包括人工缺陷（內(nèi)、外缺陷），縮徑、局部焊瘤、焊縫、焊渣、鐵粉、法蘭等障礙。綜合上述管道特征，建造陸地環(huán)路綜合試驗(yàn)平臺(tái)，并排布置若干口徑規(guī)格的環(huán)路管道，管道兩端設(shè)有收發(fā)球筒，實(shí)現(xiàn)在同一作業(yè)區(qū)域完成收、發(fā)球作業(yè)，提升作業(yè)效率。收發(fā)球筒設(shè)有過(guò)球指示器，用來(lái)監(jiān)測(cè)檢測(cè)器是否成功收、發(fā)球。綜合驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)收發(fā)球作業(yè)區(qū)域如圖2，環(huán)路試驗(yàn)管線如圖3。

陸地環(huán)路綜合試驗(yàn)平臺(tái)配有液壓系統(tǒng)，為內(nèi)檢測(cè)器在管道內(nèi)運(yùn)行提供動(dòng)力壓差，并可監(jiān)測(cè)管線的入口壓力、出口壓力、流量等參數(shù)，可根據(jù)工況調(diào)整運(yùn)行壓差、流速等，模擬檢測(cè)器的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 超聲內(nèi)檢測(cè)器的環(huán)路試驗(yàn)方法

環(huán)路試驗(yàn)是在地面驗(yàn)證內(nèi)檢測(cè)器的檢測(cè)性能、結(jié)構(gòu)通過(guò)性等指標(biāo)。通常環(huán)路試驗(yàn)分兩部分進(jìn)行，首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)通過(guò)性試驗(yàn)，主要驗(yàn)證內(nèi)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)通過(guò)性及路由自適應(yīng)性；結(jié)構(gòu)通過(guò)性全部驗(yàn)證通過(guò)后再進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)性能試驗(yàn)。

結(jié)構(gòu)通過(guò)性試驗(yàn)要循序漸進(jìn)，指標(biāo)范圍內(nèi)縮徑從小到大、彎頭半徑從大到小依此進(jìn)行（試驗(yàn)彎頭包含5D、4D、3D、2.5D、1.5D等多種規(guī)格），試驗(yàn)中再特定區(qū)域更換不同管道壁厚的直管段，以及不同曲率半徑的彎頭，先進(jìn)行獨(dú)立彎頭后進(jìn)行連續(xù)彎頭的順序依此試驗(yàn)。內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)性能試驗(yàn)中，綜合不同的缺陷管道、壓力、速度等參數(shù)進(jìn)行多次試驗(yàn)。

3.3 內(nèi)檢測(cè)綜合驗(yàn)證試驗(yàn)作業(yè)的流程

3.3.1 發(fā)球前測(cè)試

內(nèi)檢測(cè)器發(fā)球前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，主要包括產(chǎn)品組成、產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)、多余物檢查、裝配是否完整、連接是否牢靠、易損件是否為良好狀態(tài)等；試驗(yàn)前需對(duì)檢測(cè)器各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢查，確保產(chǎn)品各項(xiàng)結(jié)構(gòu)、電氣技術(shù)指標(biāo)正常，并做好檢查記錄。

3.3.2 內(nèi)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

啟動(dòng)電源開關(guān)，連接現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品測(cè)試計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)應(yīng)用軟件，進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試檢查，確定產(chǎn)品各傳感器、電源、里程等工作正常后，結(jié)束測(cè)試。

3.3.3 發(fā)球作業(yè)

（1）將裝有檢測(cè)器運(yùn)送到發(fā)球筒附近；

（2）將發(fā)球托盤送至發(fā)球筒附近位置；

（3）將檢測(cè)器吊到發(fā)射平臺(tái)上并放到發(fā)球托盤上；

（4）對(duì)檢測(cè)器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、裝訂；

（5）裝訂完成并封好艙蓋后將發(fā)球托盤和檢測(cè)器一起移到發(fā)球筒前，并使檢測(cè)器軸向與發(fā)球筒軸向一致；

（6）將發(fā)球托盤、檢測(cè)器、推桿按環(huán)路試驗(yàn)的方法一同送入發(fā)球筒到預(yù)訂位置，通過(guò)測(cè)量檢測(cè)器末端距發(fā)球筒口距離確認(rèn)；

（7）拉出托盤、推桿，關(guān)閉盲板，進(jìn)入發(fā)球流程。

3.3.4 收球作業(yè)

（1）確認(rèn)檢測(cè)器到達(dá)收球筒并確保安全后打開盲板，觀察檢測(cè)器狀況；

（2）將收球車放在收球筒前，用專用拉鉤拉出檢測(cè)器到收球車上，檢查其外觀；

（3）擦去檢測(cè)器表面污垢，檢查外觀；

（4）進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取工作；

（5）將檢測(cè)器放入包裝箱；

（6）收球過(guò)程進(jìn)行攝、錄像。

3.3.5 數(shù)據(jù)讀取

自發(fā)球筒收球后，先進(jìn)行產(chǎn)品外觀清理，按照產(chǎn)品檢查表檢查產(chǎn)品狀態(tài)，并作記錄，拍照，給出產(chǎn)品通過(guò)性和結(jié)構(gòu)可靠性成功判定。現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品測(cè)試計(jì)算機(jī)開機(jī)準(zhǔn)備，連接現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品測(cè)試計(jì)算機(jī)串口與產(chǎn)品的對(duì)外接口，進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試檢查，確定產(chǎn)品各傳感器、電源、里程等工作正常后，結(jié)束測(cè)試，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)文件拷貝至現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品測(cè)試計(jì)算機(jī)，并進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3.4 綜合試驗(yàn)結(jié)果判定準(zhǔn)則

每次綜合驗(yàn)證試驗(yàn)成功判定準(zhǔn)則如下：

（1）按照本大綱完成了本次海底管道內(nèi)檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目，無(wú)安全事故發(fā)生。

（2）試驗(yàn)過(guò)程記錄完整。

（3）試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證的目的。

4 海試試驗(yàn)驗(yàn)證

2018年4月在渤海油田海上平臺(tái)間進(jìn)行了9公里真實(shí)海管超聲波內(nèi)檢測(cè)作業(yè)，管道特征包含：平直管、立管、縮徑管、法蘭、焊縫，試驗(yàn)管道規(guī)格為3D，局部最大縮徑23%；超聲內(nèi)檢測(cè)器順利完成收發(fā)球及檢測(cè)作業(yè)，驗(yàn)證了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通過(guò)性良好，對(duì)大尺寸縮徑和彎頭具有良好的自適應(yīng)性；檢測(cè)數(shù)據(jù)完整、有效，證明內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)功能良好，具有很強(qiáng)的工程意義，在實(shí)際內(nèi)檢測(cè)作業(yè)工程應(yīng)用方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證了超聲內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的實(shí)用性，也進(jìn)一步驗(yàn)證了真實(shí)海試作業(yè)前的綜合驗(yàn)證平臺(tái)及試驗(yàn)方法的正確性、合理性、完備性，試驗(yàn)后的內(nèi)檢測(cè)器如圖6。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以海底管道超聲內(nèi)檢測(cè)器及其綜合試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)及方法為研究對(duì)象，研究了超聲內(nèi)檢測(cè)器在海試前的陸地綜合驗(yàn)證平臺(tái)的建設(shè)及驗(yàn)證的必要性，并對(duì)綜合驗(yàn)證平臺(tái)所包含的管道特征、工藝參數(shù)、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)流程進(jìn)行了研究及試驗(yàn)驗(yàn)證，最終通過(guò)真實(shí)海管的海試試驗(yàn)驗(yàn)證，證明該綜合驗(yàn)證平臺(tái)對(duì)真實(shí)海管工況具有較好的覆蓋性，在海試作業(yè)前期的對(duì)內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行綜合功能、性能驗(yàn)證具有很好的效果，避免由于工況驗(yàn)證不充分而直接進(jìn)行海試作業(yè)造成較大的損失，也為內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的陸地綜合試驗(yàn)驗(yàn)證提供了一種新的解決途徑，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展、完善，以及對(duì)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)、綜合試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的進(jìn)一步深入研究與實(shí)踐，在實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)獲得更好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]周國(guó)雄.管道工業(yè)綜述[J].國(guó)外油氣儲(chǔ)運(yùn)，1990，（1）：60-63.

[2]楊祖佩.推進(jìn)管道技術(shù)發(fā)展的有關(guān)問(wèn)題的研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備，1994，（6）：1-4.

[3]劉海峰，胡劍，楊俊.國(guó)內(nèi)油氣長(zhǎng)輸管道檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].天然氣工業(yè)，2004，24（11）：147-151.