＊張祥宇 馬冶輝 王晉魯

（合肥燃?xì)饧瘓F有限公司 安徽 230075）

引言

油氣管道在復(fù)雜的環(huán)境中長期運行，在腐蝕的環(huán)境中，不可避免地會發(fā)生管道的腐蝕和變形。外部因素導(dǎo)致管壁厚度減小，并導(dǎo)致油管的壓力降低。當(dāng)管道沒有進行及時檢修和維護時，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，對管道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要有精確的了解，確保油氣運輸活動正常運行。

1.油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)原理

在油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)應(yīng)用中，目前最常見的是超聲波原理和漏磁原理檢測。在油氣管道檢測中，超聲波檢測裝置需要通過超聲波技術(shù)測量管道的壁厚。由于腐蝕情況的存在，可以有效檢測管道腐蝕厚度。漏磁原理是運用檢測器中的磁體檢測管道，操作設(shè)備時分析磁流。該方法的靈敏度低于超聲波檢測?；诖呕蟮拇艌隽Ρ砻鏈y量，根據(jù)細(xì)節(jié)分析缺陷位置數(shù)據(jù)。在檢測期間存在管道缺陷，檢測器會使磁場和環(huán)境磁阻增長。油氣管道檢測對于管道管徑不存在統(tǒng)一的情況，需要結(jié)合油管管線的大多數(shù)直徑標(biāo)準(zhǔn)，因此，在油氣管道檢測時存在合理的選擇探測器的問題，以此來準(zhǔn)確的執(zhí)行管道檢測。檢測器需要檢測不同的直徑管，并有效地解決每個管道直徑的問題。泄漏磁檢測器是利用幾何變形探測器的原理，確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是非常重要的原則。

2.油氣管道內(nèi)檢測新技術(shù)

(1)軸向應(yīng)變組合檢測技術(shù)

軸向應(yīng)變組合內(nèi)檢測應(yīng)用是采用可對鐵磁性材料的應(yīng)變的壓力探針，并且需要組合多種傳感器與漏磁技術(shù)應(yīng)用模塊，通過組合檢測技術(shù)的應(yīng)用，可以有效的測量監(jiān)控油氣輸送管道內(nèi)的軸向應(yīng)變。在內(nèi)檢測過程中，結(jié)合慣性測量單元，以此來獲得幾何數(shù)據(jù)，并根據(jù)內(nèi)在聯(lián)系建立它們之間的關(guān)系。還需要結(jié)合不同傳感器及漏磁模塊的數(shù)據(jù)，可以有效的了理解管道的情況。

(2)電磁渦流技術(shù)

電磁渦流技術(shù)采用數(shù)字電極，檢測油氣管道彎曲的磁力計，基于陣列磁力的電磁渦旋技術(shù)判斷裂縫缺陷的尺寸。當(dāng)交流電通入電感器置于導(dǎo)體時，在電磁作用下產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)交變磁場靠近導(dǎo)體時，磁通量發(fā)生變化，閉合電路也產(chǎn)生交流電，即渦流。渦流再次感應(yīng)產(chǎn)生反向磁場，渦流密度和導(dǎo)體中電流會隨著試樣中的缺陷而變化，這將影響次級磁場產(chǎn)生的分量場，并從接收器接收信號。圖1為電磁渦流檢測內(nèi)部缺陷圖。

圖1 電磁渦流檢測內(nèi)部缺陷圖

(3)超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用是在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播具有頻散特性的超聲波。超聲導(dǎo)波技術(shù)的原理是利用導(dǎo)波在不同介質(zhì)和形狀中傳播的不同頻率和速度，及其特定關(guān)系形成的曲線，檢測油氣管道被測試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)。當(dāng)被測試件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形時，檢測過程中接受到的導(dǎo)波回波曲線會發(fā)生異常，專業(yè)技術(shù)檢測人員通過分析波形，可判定管道缺陷，并可以確定管道缺陷的位置。由于超聲波相控陣換能器與單源器晶片為壓電材料，通過壓電完成聲信號轉(zhuǎn)換，換能器對超聲波接收原理為相控陣對發(fā)射與接收奠定基礎(chǔ)。單源換能器發(fā)射和超聲波系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 單源換能器發(fā)射和超聲波系統(tǒng)

3.油氣管道內(nèi)檢測新技術(shù)優(yōu)勢

油氣管道內(nèi)檢測新技術(shù)方法可以滿足各種管道直徑的檢測要求。由于探測器有靈活的直徑設(shè)定，可以有效地在不同的油氣管道直徑中進行全面的檢測，檢測技術(shù)的應(yīng)用可以有效地確保檢測數(shù)據(jù)的精確性。在檢測到管道檢測數(shù)據(jù)后，可以應(yīng)用安裝在計算機上的相關(guān)軟件，來分析詳細(xì)的管道內(nèi)部掃描細(xì)節(jié)圖像，根據(jù)管道實際視覺狀態(tài)，可以有效地執(zhí)行相關(guān)操作。對于一些有一定深度的油氣管道，傳統(tǒng)的檢測可用于從管道數(shù)據(jù)中獲取信息，對于深埋管道段難以檢測，應(yīng)用油氣管道內(nèi)檢測新技術(shù)方法是有利于解決傳統(tǒng)檢測技術(shù)應(yīng)用中的缺陷和不足。

4.油氣管道常規(guī)檢測現(xiàn)狀

國內(nèi)油氣管道內(nèi)檢測最初只能檢測出一部分承受壓力，并且不能夠準(zhǔn)確提供準(zhǔn)確的內(nèi)部詳細(xì)的情況。在油氣管道內(nèi)檢測過程中，必須要停止油氣的正常運輸，才能進行管道的檢測工作。對于停止油氣工作將直接耽誤油氣輪流工作效率，同時會間接的造成油氣管道內(nèi)檢測成本的增加。

目前在油氣管道內(nèi)檢測中，利用檢測器進行檢測，實現(xiàn)了油氣運輸工作過程中對管道的檢測，并且在這個過程中具有較低的檢測成本，還能有效的提高檢測工作效率。對于油氣管道的檢測可以根據(jù)設(shè)備不同位置進行油氣輸送管道外側(cè)與內(nèi)側(cè)的檢測，大大提高了傳統(tǒng)檢測技術(shù)的不足。對于管道外部檢測是在管道外部進行檢查，檢查油氣管道外層的防腐層是否存在泄漏，還可以檢測管道的埋深情況等。油氣管道內(nèi)檢測是將檢測器放置在油氣管道內(nèi)部，通過運輸介質(zhì)與檢測器形成差壓，使采用的油氣檢測器可以隨著物質(zhì)的流動產(chǎn)生必要的運動。這一過程可以使內(nèi)檢測器通過感應(yīng)裝置對內(nèi)部進行掃描儲存，通過計算機對數(shù)據(jù)進行分析，從而獲得管道內(nèi)部情況，精確得知油氣管道內(nèi)是否存在變形和腐蝕等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷。

5.油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)應(yīng)用

(1)超聲檢測技術(shù)

超聲檢測是非破壞性測試的重要形式之一，通常用于管道檢測?？紤]到接觸式探測會損壞管壁層，使用超聲波脈沖原理應(yīng)用具有一定的意義。超聲檢測需要通過超聲波探頭傳輸信號，在油氣管道內(nèi)檢測操作中，沖擊信號浸入管中，可以檢測管道的凹陷、壁厚和裂縫等。超聲波相控制基質(zhì)可以完成裂紋和腐蝕的檢測，并獲得裂縫試驗。作為未破壞性技術(shù)，超聲檢測用于確定管道的軸向徑向裂縫，可以直接測量到金屬壁上管道損失。憑借其非破壞性的技術(shù)，檢測超聲波導(dǎo)向器是沿波的方向傳播更高介質(zhì)的方法。如果超聲在擴散中反射轉(zhuǎn)換和模態(tài)變換，確保管道是否存在缺陷或變形。檢測超聲波受高靈敏度噪聲的影響，為了防止外部噪聲效應(yīng)，需要根據(jù)隨機共振的信號檢測方法差，與傳統(tǒng)檢測方法相關(guān)，超聲波具有準(zhǔn)確率高和低成本檢測的應(yīng)用優(yōu)勢。

(2)渦流檢測技術(shù)

1879年英國人Hughes將渦流檢測應(yīng)用于實踐過程中，用于評估金屬和合金。但改進測試技術(shù)是德國Forsteridi。分析電流測試機理和阻抗分析，為設(shè)備研制提供了理論依據(jù)。電流定義的多維方法，多頻電流用頻率信號激勵探頭，比多頻激勵能接收到更多的信號，在檢測中可以抑制干擾因素。結(jié)合電壓和電流測量多頻渦流阻抗分析儀，通過同步來減少干擾信號，特別是分析檢測。

美國西南研究所采用理論分析對脈沖渦流進行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)磁場分布比理論輸出更寬。采用時域分析獲取信息，以鈦合金板為試件，分析斷裂深度。在先前工作的基礎(chǔ)上，新的波形和聲音波形，被用于檢測裂縫。使用絕對線圈，以磁電流為激勵，分析線圈變化并測試多層導(dǎo)電性和厚度。該測試需要基材，材料均為非磁性金屬。使用脈沖電流檢測來檢測結(jié)構(gòu)中的腐蝕缺陷，充分利用脈沖渦流信號，探針探傷被用于區(qū)分干擾因素。

渦流檢測技術(shù)方法是基于對電流效應(yīng)原理的測量環(huán)境和渦流分布，檢測異?；蛉毕菰诖艌龅淖兓?。為了優(yōu)化傳感器的范圍，需要與基于雙序列傘結(jié)構(gòu)和電流傳感器蓋的內(nèi)壁驗證可以是固定電流傳感器。目前已應(yīng)用的技術(shù)包括單頻、多頻、脈沖和深層渦流，以及阻抗平面技術(shù)和渦流成像技術(shù)。渦流測距法是以電渦流效應(yīng)為位移測量手段，在變化磁場中激發(fā)渦流，渦流因?qū)w結(jié)構(gòu)異常檢測而發(fā)生變化。為了優(yōu)化傳感器，采用雙排交錯的結(jié)構(gòu)固定傳感器，實現(xiàn)傳感器覆蓋管道內(nèi)壁。

隨著渦流技術(shù)的發(fā)展，脈沖渦流檢測應(yīng)用于無損檢測中，檢測原理與傳統(tǒng)檢測大致相同，區(qū)別在于激勵源，傳統(tǒng)檢測采用正弦交流激勵，脈沖渦流采用脈沖方波信號。感應(yīng)缺陷的大小和形狀，通過感應(yīng)便可以推斷出管壁缺陷。通過采用傳感器和改進探頭方式，提高靈敏度。渦流檢測技術(shù)可在管道運輸不停運的情況下進行檢測，并且效率高，脈沖渦流技術(shù)具有響應(yīng)速度快和缺陷檢測能力強的優(yōu)點，在管道內(nèi)檢測中的應(yīng)用彌補了渦流檢測對深度缺陷的缺點。

(3)成像檢測技術(shù)

成像檢測技術(shù)是應(yīng)用光學(xué)原理，也被用在非破壞性內(nèi)部檢測技術(shù)。使用成像方法已被開發(fā)出帶有閉路電視管連續(xù)通過分析繪制圖像，獲得管的變形。基于閉路電視攝像技術(shù)。安裝在特殊的照相機的前部，使油氣管道內(nèi)檢測速度和測量的靈敏度提高。如果在管顯示減少，被限制為不能被施加到長距離管道的信號的傳播。如果不處理，則次級端返回前置攝像頭，人眼無法識別一定區(qū)域的變形。

三維激光掃描技術(shù)原理是利用激光測量，由此獲取管道表面的坐標(biāo)和數(shù)據(jù)，并經(jīng)過軟件對點云處理，以此來獲得三維立體模型。激光掃描系統(tǒng)主要包括測距系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，集成CCD、儀器控制和校正系統(tǒng)。手持三維激光掃描儀對長輸管道缺陷進行掃描，并保存數(shù)據(jù)。三維激光掃描在油氣管道的應(yīng)用仍有較大的提升空間。當(dāng)前其研究主要集中于數(shù)據(jù)的成像處理。目前三維激光掃描也無法適用于長距離埋地管道的檢測。對于最新發(fā)展的投射成像采用高功率的照射管道內(nèi)，通過透鏡將反射光形成環(huán)形圖像。通過處理圖像，可知管道的參數(shù)，檢測管道變形。激光投射成像結(jié)構(gòu)簡單，分辨率高，不受光束影響。但是在管道檢測工作中檢測效率低。目前處于實驗階段，實現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)用還需進一步研究。

6.檢測技術(shù)在管道檢測的發(fā)展趨勢

管道的安全關(guān)系到生命和財產(chǎn)的安全，對于檢測誤差范圍需要控制在合理的水平內(nèi)。對油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)不斷研發(fā)，確保檢測質(zhì)量狀況的實時評估，準(zhǔn)確預(yù)見危險管道的修復(fù)，使油氣管的使用壽命得以延長，并確保油氣輸送工作的順利展開。確保石油運輸?shù)陌踩?，并在今后的管道檢測中發(fā)揮重要的作用。通過自動化技術(shù)的發(fā)展，檢測方法傳遞給重要部門，通過自動化設(shè)備和現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用，所有在線掃描設(shè)備和檢測技術(shù)也得到了一定的應(yīng)用擴展。

目前，我國的管道尚未廣泛應(yīng)用，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)程序和驗收制度。因此，對于油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)研發(fā)和質(zhì)量的提高是未來的發(fā)展方向。在油氣管道內(nèi)檢測中，對于各種非破壞性檢測技術(shù)的應(yīng)用可以在檢測中及時發(fā)現(xiàn)管道存在的缺陷，很容易找到管道表面缺陷。在檢測技術(shù)應(yīng)用和選擇中，如超聲波探測技術(shù)的應(yīng)用，可以找到超聲波探測，并完成集成技術(shù)的優(yōu)勢。在自動化矢量的識別，將是未來的發(fā)展趨勢。油氣管道內(nèi)檢測所有技術(shù)的應(yīng)用，都需要具有較高級別的運營專業(yè)經(jīng)驗。

因此，對于大數(shù)據(jù)在油氣管道內(nèi)檢測中的應(yīng)用，開發(fā)測試數(shù)據(jù)自動定義，對于管道缺陷的智能檢測技術(shù)和缺陷自動警告將是一個總體的發(fā)展趨勢。

7.結(jié)束語

綜上所述，在油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)應(yīng)用中，需要針對不同的管道環(huán)境和具體的工作情況，采用不同的內(nèi)檢測方法。在油氣管道內(nèi)檢測工作中，基于目前無損檢測技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，檢測水平還需要進一步的提高，確保腐蝕能夠得到有效的檢測，并確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對于內(nèi)檢測屬于油氣管道管理中的重要部分，通過內(nèi)檢測工作可以實現(xiàn)管理策略，減少因管道腐蝕或變成而造成的油氣運輸經(jīng)濟損失，并且在確定精確檢測后對有問題的管道位置進行維修，可以降低實際的管道維修費用，使管道壽命能夠增長。