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        內(nèi)檢測技術(shù)在城市燃?xì)夤艿赖膽?yīng)用

        2021-03-02 08:42:04劉傳慶
        煤氣與熱力 2021年1期
        關(guān)鍵詞:皮碗清管供氣

        劉傳慶

        (深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司,廣東 深圳 518049)

        1 概述

        管道燃?xì)馐浅擎?zhèn)燃?xì)庵饕?yīng)方式,正朝著高壓力、大口徑的方向發(fā)展,燃?xì)夤艿腊踩允艿礁叨戎匾暋B/T 27699—2011《鋼質(zhì)管道內(nèi)檢測技術(shù)規(guī)范》明確要求,新建管道應(yīng)當(dāng)在投產(chǎn)3年內(nèi)進(jìn)行首次管道內(nèi)檢測(也稱基線檢測),管道內(nèi)檢測周期應(yīng)不超過8年,當(dāng)管道防腐層損壞嚴(yán)重、管道運(yùn)行環(huán)境惡劣、處于環(huán)境敏感地帶或人口密集區(qū)的應(yīng)當(dāng)將管道內(nèi)檢測周期縮短。

        通過開展管道清管、變形檢測和漏磁檢測等內(nèi)檢測活動(dòng),可以有效清理管道內(nèi)部雜質(zhì),定位管道位置、彎頭、絕緣接頭等管道特征信息,準(zhǔn)確掌握管道本體缺陷分布情況,指導(dǎo)管道預(yù)知性維修維護(hù),減少事故發(fā)生。目前,深圳燃?xì)?、新奧燃?xì)?、蘇州燃?xì)?、沈陽燃?xì)?、貴州燃?xì)獾葒鴥?nèi)具有一定規(guī)模的城市燃?xì)馄髽I(yè)均采用管道內(nèi)檢測技術(shù)指導(dǎo)管道運(yùn)營管理。因此,開展城市燃?xì)夤艿纼?nèi)檢測,對保障燃?xì)夤艿腊踩?、?jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行具有重要意義。

        2 內(nèi)檢測原理

        管道內(nèi)檢測是指檢測器由管道介質(zhì)在檢測器前后端產(chǎn)生的壓差推動(dòng)向前運(yùn)行[1],在運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)檢測和記錄管道腐蝕、變形、焊縫損傷等情況,并能精確定位管道特征的作業(yè)活動(dòng)。管道內(nèi)檢測通常包括管道清管和智能檢測,管道清管的目的是借助清管設(shè)備刮削管壁,清除管道內(nèi)部沉積雜質(zhì),并檢驗(yàn)管道的通過能力,為判斷后續(xù)智能檢測設(shè)備能否順利通過提供依據(jù)。清管設(shè)備有泡沫清管器、皮碗清管器和鋼刷清管器,其中,皮碗清管器主要由中心軸、皮碗及其他部件組成,常見的皮碗類型有直板皮碗、錐形皮碗、圓形皮碗和蝶形皮碗4種。

        智能檢測主要包括變形檢測和漏磁檢測,變形檢測的目的是檢測管道彎頭曲率、凹陷變形和橢圓變形等缺陷。變形檢測一般采用變形檢測器,利用檢測器上呈圓周均勻分布的傳感觸臂直接測量管道內(nèi)變化。變形檢測器可攜帶陀螺儀同步檢測,一方面利用帶有電子測距系統(tǒng)的變形檢測器在管道內(nèi)部產(chǎn)生的信號,測量管道幾何變形點(diǎn),辨別凹坑的類型,精確地量化凹坑;另一方面利用陀螺儀記錄檢測器運(yùn)行過程中向上下左右偏轉(zhuǎn),并通過地面參考點(diǎn)計(jì)算整條管道的路由和詳細(xì)的地理位置。

        漏磁檢測目的是檢測管道內(nèi)、外金屬損失位置和大小。工作原理是管壁的腐蝕處會(huì)引起磁通量泄漏,這些泄漏的磁通量可被傳感器檢測到,作為管道腐蝕缺陷分析的特征信號。通過分析傳感器的數(shù)據(jù),獲得管道內(nèi)、外金屬損失缺陷的長度、寬度和深度等詳細(xì)信息。

        3 內(nèi)檢測實(shí)踐

        通常管道內(nèi)檢測作業(yè)采取循序漸進(jìn)、通過能力由強(qiáng)到弱的順序進(jìn)行。首先使用通過能力最強(qiáng)的泡沫清管器,初步判斷管道內(nèi)部情況,確保管道內(nèi)部沒有大的異物影響后續(xù)檢測設(shè)備運(yùn)行。然后再逐步發(fā)送一定過盈量的皮碗清管器,根據(jù)清理出來的雜質(zhì)質(zhì)量判斷管道內(nèi)部是否存在大量雜質(zhì),如連續(xù)多次清理出的雜質(zhì)質(zhì)量變化不大,則滿足變形檢測設(shè)備關(guān)于管道清潔度的要求。在管道表面清潔度和內(nèi)徑滿足變形檢測設(shè)備要求的情況下,再開展變形檢測。最后,根據(jù)管道變形檢測數(shù)據(jù)分析,確認(rèn)管道最小內(nèi)徑滿足漏磁檢測設(shè)備的通過要求,再進(jìn)行管道漏磁檢測。

        如果管道已經(jīng)具有內(nèi)檢測經(jīng)歷,在制定管道內(nèi)檢測計(jì)劃時(shí),不需要安排運(yùn)行泡沫清管器探明管道內(nèi)部情況,可以直接使用皮碗清管器進(jìn)行管道清管,在清管合格后依次進(jìn)行變形檢測和漏磁檢測。

        3.1 管道清管作業(yè)

        深圳燃?xì)馓烊粴廨斉湎到y(tǒng)可以用“一張網(wǎng)、雙氣源、三級壓力機(jī)制”進(jìn)行概括。整個(gè)系統(tǒng)采用高壓、次高壓和中壓3級壓力機(jī)制設(shè)計(jì),逾6 000 km天然氣管道互聯(lián)互通、功能互補(bǔ),確保安全穩(wěn)定供氣。其中,次高壓管道坪山門站至安托山門站段(以下簡稱安坪線)起點(diǎn)位于坪山門站,終點(diǎn)位于安托山門站,設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa,實(shí)際運(yùn)行壓力1.5 MPa,管道直徑為508 mm,壁厚為7.9~11.9 mm。為保障管道安全穩(wěn)定運(yùn)行,及時(shí)掌握管道本體缺陷的狀態(tài),2014年完成安坪線第1輪內(nèi)檢測,2019年啟動(dòng)安坪線第2輪內(nèi)檢測。由于已經(jīng)開展過管道內(nèi)檢測,且管道清潔度較好,所以,在進(jìn)行第2輪管道內(nèi)檢測時(shí),直接采用直板皮碗清管器和鋼刷清管器進(jìn)行管道清管,按照檢測器運(yùn)行速度為2 m/s的目標(biāo)控制管道輸送工藝,通過精準(zhǔn)調(diào)節(jié)上游管道供氣量和下游用氣量,并結(jié)合管道沿線預(yù)先放置的檢測器監(jiān)聽結(jié)果,保障管道清管順利實(shí)施。另外,為了不影響管道沿線5個(gè)支線正常供氣,選擇避開城市居民用氣高峰進(jìn)行檢查,并在檢測設(shè)備通過支線三通前10 min,適當(dāng)降低支線供氣量,待通過支線三通后緩慢增加供氣量。

        第1輪內(nèi)檢測連續(xù)清管29次,清理出來雜質(zhì)3 156 kg,第2輪內(nèi)檢測連續(xù)清管10次,內(nèi)檢測記錄見表1,清理出來雜質(zhì)111 kg。前后兩輪清理出雜質(zhì)質(zhì)量見表2和表3。

        表1 第2輪內(nèi)檢測記錄

        表2 第1輪清管雜質(zhì)質(zhì)量

        表3 第2輪清管雜質(zhì)質(zhì)量

        針對第1輪內(nèi)檢測清理出來的雜質(zhì),選取部分樣品進(jìn)行檢測。根據(jù)測試結(jié)果分析,樣品中雜質(zhì)成分主要為Fe2O3、Fe3O4和泥土等,不含F(xiàn)eS。其中雜質(zhì)主要成分為泥土、沙石等不溶物,小部分為金屬氧化物。初步判斷泥土、沙石可能是管道施工期間進(jìn)入管道,金屬氧化物則是管道內(nèi)腐蝕的產(chǎn)物。因此,建議一方面加強(qiáng)管道施工質(zhì)量管理,保證無雜質(zhì)進(jìn)入管道。另一方面定期對城市燃?xì)夤艿肋M(jìn)行清管作業(yè),及時(shí)清理管道內(nèi)部積聚的雜質(zhì),進(jìn)一步提高管道輸送效率。

        3.2 變形檢測

        在前期管道清管和測徑的基礎(chǔ)上,選擇合適的變形檢測設(shè)備,本次變形檢測利用10 h順利完成。經(jīng)過仔細(xì)檢查,變形檢測器外觀完整,各機(jī)械部件工作正常,皮碗及探頭磨損均勻,檢測數(shù)據(jù)正常。

        本次變形檢測器安裝有IMU(Inertial Measurement Unit),即慣性測量單元,用以測算管道三維空間姿態(tài),從而獲得管道焊縫、彎頭以及應(yīng)變點(diǎn)的坐標(biāo)等空間信息,為管道三維可視化模型構(gòu)建,以及管道應(yīng)力應(yīng)變分析和管道安全可靠性分析提供詳細(xì)數(shù)據(jù),為全面掌握管道本體安全狀況奠定基礎(chǔ)。

        3.3 漏磁檢測

        三軸高清晰度漏磁檢測器經(jīng)13 h的運(yùn)行后順利進(jìn)入收球筒。經(jīng)過仔細(xì)檢查,檢測器記錄儀運(yùn)行正常,檢測器無機(jī)械損傷,檢測數(shù)據(jù)清晰完整。

        通過分析本次內(nèi)檢測報(bào)告提供的缺陷信息,可粗略掌握管道本體缺陷變化情況,后續(xù)將根據(jù)開挖驗(yàn)證結(jié)果,全面校準(zhǔn)檢測數(shù)據(jù)。并在獲得詳細(xì)檢測數(shù)據(jù)后,進(jìn)一步比對前后2輪檢測發(fā)現(xiàn)的管道本體缺陷發(fā)展變化,深入分析管道缺陷增長趨勢和管道剩余強(qiáng)度及壽命,全面評估各項(xiàng)管道保護(hù)措施的有效性,大力推進(jìn)管道完整性管理[2-4],進(jìn)一步提升管道安全運(yùn)行水平。

        4 城市燃?xì)夤艿纼?nèi)檢測難點(diǎn)及應(yīng)對措施

        4.1 工藝調(diào)度難度高

        由于安坪線主要承擔(dān)著城市供氣的重要任務(wù),沿線存在6處分輸支線,每條支線負(fù)責(zé)向周邊工業(yè)用戶和城市居民用戶提供生產(chǎn)生活用氣,在不同時(shí)段,工業(yè)用戶用氣量和居民用戶用氣量差異較大,呈現(xiàn)出顯著的用氣峰谷期,內(nèi)檢測期間氣量波動(dòng)劇烈,為氣量調(diào)度增加不小難度。因此,需要綜合考慮氣量對內(nèi)檢測影響,合理選擇內(nèi)檢測時(shí)間窗口。

        為了不影響城市居民正常生活用氣,需要綜合考慮管網(wǎng)沿線用氣情況,做好上下游氣源調(diào)度。特別是準(zhǔn)確掌握檢測設(shè)備運(yùn)行軌跡,準(zhǔn)確計(jì)算檢測設(shè)備運(yùn)行速度和時(shí)間,為氣源調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。我們通過做好每日用氣監(jiān)測,根據(jù)城市用氣量的變化,每10~30 min,對檢測設(shè)備上下游的流量和壓力進(jìn)行微調(diào),每次微調(diào)的氣量一般控制在5 000 m3/h,壓力控制在0.01 MPa,通過多次、微量調(diào)節(jié)管道壓力和流量,使管道上游進(jìn)氣量和下游出氣量保持平衡,確保檢測設(shè)備兩端氣量始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)。這樣既保證管網(wǎng)正常供氣,又不會(huì)造成檢測設(shè)備前后壓力變化劇烈,就可以控制檢測設(shè)備運(yùn)行速度處于合理區(qū)間。

        為防止管道內(nèi)部清理出來的雜質(zhì)被吸入調(diào)壓站,造成調(diào)壓站內(nèi)安裝的除塵器堵塞,一般在檢測器接近調(diào)壓站時(shí),提前20~30 min停止調(diào)壓站供氣,檢測器通過調(diào)壓站10~20 min后,可根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況是否局部或全面恢復(fù)供氣。在停供氣期間,需嚴(yán)密監(jiān)控調(diào)壓站周邊中壓壓力監(jiān)控點(diǎn)和上下游調(diào)壓站流量、壓差,防止發(fā)生供氣異常事件。

        4.2 定位難點(diǎn)

        安坪線三通、彎頭多,沿線地形地貌復(fù)雜,既有連續(xù)山地段,又有繁忙的高速公路和城市主干道,造成管道監(jiān)聽干擾源多、難度大,無法準(zhǔn)確及時(shí)判斷檢測器發(fā)出的信號。為準(zhǔn)確掌握檢測器運(yùn)行數(shù)據(jù),有效控制檢測器運(yùn)行速度,在總結(jié)線路跟蹤經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,先后優(yōu)化跟蹤人員組織架構(gòu),調(diào)整跟蹤方案,增加專門人員跟蹤閥室,結(jié)合閥門上安裝的壓力變送器數(shù)據(jù)變化情況,及時(shí)調(diào)整管網(wǎng)壓力和管輸流量,確保完成沿線供氣和內(nèi)檢測雙重任務(wù)。另外,規(guī)范跟蹤信息報(bào)送方式,通過標(biāo)定跟蹤計(jì)時(shí)和報(bào)送內(nèi)容,提高定位效率和精度。

        4.3 工藝操作難點(diǎn)

        在發(fā)球過程中,推球所需要的初始壓差較大,這就使得調(diào)壓器的開度較大。檢測設(shè)備突然啟動(dòng)后,瞬時(shí)流量大,而此時(shí)一旦檢測設(shè)備中止運(yùn)行,大流量的氣體會(huì)產(chǎn)生“水錘效應(yīng)”,導(dǎo)致調(diào)壓站至檢測設(shè)備段管道內(nèi)的壓力瞬間變大,達(dá)到切斷閥設(shè)定壓力,從而導(dǎo)致切斷氣源。為解決“水錘效應(yīng)”這一問題,一方面在發(fā)球過程中,升壓操作要緩慢;另一方面,對工藝空間有條件的廠站,在調(diào)壓出口增加流量調(diào)節(jié)閥,可解決發(fā)球過程中流量不穩(wěn)的問題。

        5 建議

        5.1 優(yōu)化收發(fā)球筒尺寸

        通過本次內(nèi)檢測,發(fā)現(xiàn)發(fā)球筒尺寸較長,收球筒尺寸較短。收球筒的尺寸較長,檢測設(shè)備在收球筒內(nèi)有足夠的緩沖距離,避免損壞檢測設(shè)備或收球筒。因此,建議后期新建的收發(fā)球筒,要合理設(shè)計(jì)收發(fā)球筒尺寸。

        5.2 優(yōu)化中壓管網(wǎng)

        通過本次內(nèi)檢測,發(fā)現(xiàn)部分調(diào)壓站的供氣負(fù)荷較大,部分調(diào)壓站處于閑置狀態(tài),調(diào)壓站的供氣能力分布不均,利用率不高。需要特別強(qiáng)調(diào)的是調(diào)壓站設(shè)計(jì)流量偏低,不能滿足日益增長的用氣需求。因此,需要根據(jù)實(shí)際用氣需求,優(yōu)化調(diào)壓站供氣能力,啟用閑置調(diào)壓站,在調(diào)壓站設(shè)計(jì)時(shí),充分考慮供氣效率,將調(diào)壓站設(shè)計(jì)流量提高或增加供氣管路。

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