范 豆

陜西省天然氣股份有限公司 陜西 西安 710000

1 管道內(nèi)檢測(cè)的重要性及漏磁內(nèi)檢測(cè)原理

管道運(yùn)輸是國(guó)際油氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞街?，具有運(yùn)量大、不受氣候和地面其他因素限制、可連續(xù)作業(yè)及成本低等優(yōu)點(diǎn)。管道運(yùn)輸在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，層出不窮的管道泄漏等事故也給國(guó)家財(cái)產(chǎn)、人民生命安全帶來(lái)了巨大威脅。所以安全問題自始至終都是油氣管道輸送行業(yè)最為關(guān)鍵、首要解決的問題。國(guó)際上已有相關(guān)立法，明確了應(yīng)用內(nèi)檢測(cè)方法進(jìn)行管道檢測(cè)，確定管道的變形、腐蝕、裂紋、缺陷程度，為管道運(yùn)行、維護(hù)、安全評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。我國(guó)實(shí)施的SY6186-2007《石油天然氣管道安全規(guī)程》中規(guī)定，對(duì)管道外部一年至少檢測(cè)一次，對(duì)新建管道應(yīng)在投產(chǎn)后3年內(nèi)進(jìn)行首次全面檢驗(yàn)，以后根據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告和管道安全運(yùn)行狀況確定檢驗(yàn)周期，最多不超過8年。

管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)主要有壓電超聲檢測(cè)法、電磁超聲檢測(cè)法以及漏磁檢測(cè)法等。其中，壓電超聲檢測(cè)法精度高，但檢測(cè)期間需要耦合劑，對(duì)工作環(huán)境要求高；電磁超聲檢測(cè)技術(shù)是利用電磁耦合方法，不需要耦合介質(zhì)，但其換能效率低、受噪聲干擾嚴(yán)重。漏磁檢測(cè)技術(shù)可檢測(cè)出油氣管道金屬損失缺陷，準(zhǔn)確識(shí)別出管道全線各種特征及管道歷史修復(fù)記錄，對(duì)管道裂紋異常具有一定的檢出能力。相對(duì)于其他檢測(cè)技術(shù)，漏磁檢測(cè)技術(shù)不需要耦合劑，受外界干擾小，檢測(cè)速度快，對(duì)體積型缺陷十分敏感，能夠解決由于腐蝕引起的管道失效，更適合大面積、長(zhǎng)距離的管道的快速檢測(cè)，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)。

管道漏磁內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)（俗稱智能PIG）的工作原理是運(yùn)用漏磁檢測(cè)原理，以管道輸送介質(zhì)為行進(jìn)動(dòng)力在管道中行走，對(duì)管道進(jìn)行在線無(wú)損檢測(cè)。漏磁檢測(cè)法是建立在鐵磁性材料高磁導(dǎo)率特性基礎(chǔ)上的。鐵磁性材料被外加磁場(chǎng)磁化后，若材料的材質(zhì)是連續(xù)、均勻的，則材料中的磁力線將被約束在材料中，磁通是平行于材料表面的，幾乎沒有磁力線從被檢表面穿出，即被檢表面沒有磁場(chǎng)。但當(dāng)材料中存在著切割磁力線的缺陷時(shí)，由于缺陷的磁導(dǎo)率很小，磁阻很大，磁力線將會(huì)改變途徑，這種磁通的泄漏同時(shí)使缺陷兩側(cè)部位產(chǎn)生磁極化，形成所謂的漏磁場(chǎng)。檢測(cè)器根據(jù)這一原理將管道上各處磁通量泄露情況記錄下來(lái)，經(jīng)分析后可確定管道狀況。

2 內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度是管道內(nèi)檢測(cè)成功的重要因素

以漏磁檢測(cè)為原理的輸氣管道內(nèi)檢測(cè)器依靠輸氣管道內(nèi)氣體的推動(dòng)而運(yùn)行，自身并不提供動(dòng)力。皮碗位于內(nèi)檢測(cè)器外沿，緊貼管道內(nèi)壁，氣體推動(dòng)皮碗為整個(gè)內(nèi)檢測(cè)運(yùn)行提供動(dòng)力。圖1為管道漏磁內(nèi)檢測(cè)裝置在管道內(nèi)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。漏磁內(nèi)檢測(cè)的理想運(yùn)行速度為0-5m/s，超出這個(gè)速度范圍將直接影響管道的檢測(cè)精度。有效的控制內(nèi)檢測(cè)的運(yùn)行速度是管道內(nèi)檢測(cè)成功與否的關(guān)鍵[1]。

圖1 管道漏磁內(nèi)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意

管道漏磁內(nèi)檢測(cè)前對(duì)管道的清潔度要求較高，運(yùn)行漏磁腐蝕檢測(cè)器前，檢測(cè)管道必須滿足以下清潔標(biāo)準(zhǔn)：1.清管器接收不到大于20毫米的固體污物；2.積聚在清管器上的碎片少于1Kg；3.清管器清除的總污物少于5Kg；4.沒有大于20mm的金屬物。因此管道在進(jìn)行漏磁內(nèi)檢測(cè)前已運(yùn)行多次皮碗清管器和泡沫清管器，不僅清除了管內(nèi)積液和污物，提高了管道運(yùn)行效率，也檢驗(yàn)了管道的通過能力。同時(shí)也可忽略管道中積水靜壓阻力和段塞流對(duì)內(nèi)檢測(cè)作業(yè)檢測(cè)器速度的影響。

3 起伏地形對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度的影響

依據(jù)《天然氣管道運(yùn)行規(guī)范》SY/T5922-2003的規(guī)定，輸氣流量可計(jì)算時(shí)清管器的運(yùn)行速度為：

式中：

v——清管器運(yùn)行速度， 單位為千米每小時(shí)（km/h）；

Q——?dú)怏w流量（P0=0.101325MPa，T0=293.15K），單位為立方米每天（m3/d）；

S——管道內(nèi)徑橫截面積，單位為平方米（m2）；

P——清管器后平均壓力，單位為兆帕（MPa）。

由于天然氣的密度小，高差所引起的能量損失也很小，式（1）表明，清管器運(yùn)行速度主要取決于清管器下游管段的輸氣流量和管道運(yùn)行壓力，其未考慮天然氣長(zhǎng)輸管道在地形起伏山區(qū)地段高程差較大時(shí)引起的誤差。

不考慮管段起點(diǎn)和終點(diǎn)相對(duì)高差的輸氣量的計(jì)算式

當(dāng)輸氣管道線路上出現(xiàn)有比管路起點(diǎn)高或低200m的就必須在計(jì)算中考慮高差和地形對(duì)輸氣量的影響。

式中：

Q——?dú)怏w流量（P0=0.101325MPa，T0=293.15K），單位為立方米每天（m3/d）；

d——輸氣管道內(nèi)徑，單位厘米（cm）；

P1，P2——輸氣管道起點(diǎn)、終點(diǎn)氣體壓力（絕），單位為兆帕（MPa）；

Z——?dú)怏w的壓縮系數(shù)；

T——?dú)怏w的平均溫度，單位為開爾文（K）；

G——?dú)怏w的相對(duì)密度；

E——輸氣管的效率系數(shù)，當(dāng)DN為300-800時(shí)，取0.8-0

9，當(dāng)DN＞800時(shí)，取0.91-0.94；

a——系數(shù)，單位為米-1（m-1）；

Δh——輸氣管道終點(diǎn)和起點(diǎn)的標(biāo)高差，單位為米（m）；

hi，hi-1——各分管段終點(diǎn)和起點(diǎn)的標(biāo)高，單位為米（m）；

Li——各分管段長(zhǎng)度，單位為千米（km）。

由此可見起伏地形可以明顯改變天然氣管道輸氣能力，未考慮高程差的輸氣量普遍大于考慮高差因素計(jì)算出的輸氣量[2]。

陜天然氣公司靖邊至西安第三條天然氣管道（靖西三線），于2012年建成投運(yùn)，管線全長(zhǎng)492.22km，設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，管徑Φ914mm，設(shè)計(jì)輸氣能力為90億方/年（2571萬(wàn)方/日），沿線地形地貌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地勢(shì)北高南低，最高海拔1646m，最低海拔410m，最大高程差1236m。寶雞至漢中天然氣管道（寶漢線），于2010年3月建成，管線全長(zhǎng)227.6km，設(shè)計(jì)壓力4.0MPa，管徑為Φ323.9mm，設(shè)計(jì)輸氣能力為3.4億方/年（97萬(wàn)方/日），地勢(shì)最高海拔1546m，最低海拔540m，最大高程差1006m。圖2，圖3為兩段管線高程圖。

圖2 靖西三線高程圖

圖3 寶漢線高程圖

文中分別選取靖西三線店頭分輸站至永樂分輸站地勢(shì)下降管段和寶漢線眉縣分輸站至太白分輸站地勢(shì)上升管段進(jìn)行漏磁檢測(cè)器運(yùn)行速度理論計(jì)算，并與生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行對(duì)比。

表1 靖西三線店頭分輸站—永樂分輸站漏磁內(nèi)檢測(cè)作業(yè)

根據(jù)店頭分輸站和永樂分輸站的壓力和溫度用公式（3）計(jì)算得出管段的理論輸氣量為504萬(wàn)（m3/d），再用公式（1）得出該段漏磁檢測(cè)器理論運(yùn)行速度為2.7m/s，與生產(chǎn)實(shí)際平均球速2.9m/s對(duì)比的誤差值為7%。

表2 寶漢線眉縣分輸站—寶雞分輸站漏磁內(nèi)檢測(cè)作業(yè)

根據(jù)眉縣分輸站和太白分輸站的壓力和溫度用公式（3）計(jì)算得出管段的理論輸氣量為56萬(wàn)（m3/d），再用公式（1）得出該段漏磁檢測(cè)器理論運(yùn)行速度為2.92m/s，與生產(chǎn)實(shí)際平均球速2.69m/s對(duì)比的誤差值為8%。

由此得出漏磁內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度主要取決于輸氣量大小，速度隨輸氣量的增大而增加，檢測(cè)器的運(yùn)行時(shí)間隨輸氣量的增大而減?。惠敋饬恐饕c管道起終點(diǎn)壓力相關(guān)，靖西三線管徑粗，店頭站至永樂站間壓差僅有0.08MPa，寶漢線管徑細(xì)，眉縣站至太白站間壓差達(dá)0.5MPa，高壓力、大管徑在天然氣長(zhǎng)輸管道發(fā)展中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[3]。

4 生產(chǎn)工藝調(diào)整

在準(zhǔn)確計(jì)算漏磁檢測(cè)器運(yùn)行速度的基礎(chǔ)上，主要通過工藝調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)輸氣量的控制。一是協(xié)調(diào)上游調(diào)整接氣量，二是通過干線閥門控制上游出站流量，三是檢測(cè)器速度不符合要求的情況下，通過協(xié)商調(diào)減或增加用戶瞬時(shí)用氣量，從而增大或降低檢測(cè)器運(yùn)行壓差，使檢測(cè)器的運(yùn)行速度控制在所需范圍之內(nèi)。

5 漏磁腐蝕檢測(cè)器運(yùn)行期間丟球處理措施

若由于檢測(cè)器運(yùn)行速度變化導(dǎo)致跟球人員在估算的時(shí)間內(nèi)沒有在標(biāo)記點(diǎn)監(jiān)聽到檢測(cè)器通過，出現(xiàn)丟球情況，則需要立即與調(diào)度中心聯(lián)系，觀察管段間是否存在壓力升高的現(xiàn)象；若無(wú)較大壓力變化，則留一組人員繼續(xù)在原地監(jiān)聽，通知第二組人員到下一標(biāo)記點(diǎn)監(jiān)聽，以便將球“截住”。若因檢測(cè)器卡堵出現(xiàn)丟球情況，觀察管段間是否存在壓力升高的現(xiàn)象；若有較大壓力變化，則可能發(fā)生了卡堵，并據(jù)此分析可能發(fā)生卡堵的大致位置。跟球人員可從其未通過的最后一個(gè)跟球點(diǎn)向上游探查，直到找到檢測(cè)器的卡球位置。管道沿線按要求間距已擺放地面標(biāo)記器，若檢測(cè)器通過該標(biāo)記器點(diǎn)，則標(biāo)記器會(huì)記錄通過時(shí)間數(shù)據(jù)，從地面標(biāo)記器記錄即可判斷漏磁腐蝕檢測(cè)器是否通過該位置。從而得知漏磁腐蝕檢測(cè)器停在哪兩點(diǎn)之間。從上游和下游的定標(biāo)點(diǎn)同時(shí)沿管線相向探查，直至找到漏磁腐蝕檢測(cè)器的卡球位置。

6 結(jié)束語(yǔ)

漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)到管道腐蝕這類的金屬缺陷，還能測(cè)量到管道裂紋、凹痕、夾雜物等結(jié)構(gòu)異常，對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求不高，檢測(cè)結(jié)果受速度影響較大。而漏磁內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度隨輸氣量增大而增加，天然氣長(zhǎng)輸管道在地形起伏山區(qū)地段高程差較大時(shí)可以明顯改變管道輸氣能力。在生產(chǎn)實(shí)際中，通過工藝調(diào)整控制輸氣量的大小，調(diào)整檢測(cè)器的運(yùn)行速度在所需范圍之內(nèi)，同時(shí)要求現(xiàn)場(chǎng)人員做好檢測(cè)器監(jiān)聽工作，避免出現(xiàn)卡堵丟球情況，確保管道漏磁內(nèi)檢測(cè)工作順利完成。