摘要:國(guó)內(nèi)外大量事故分析表明，腐蝕、螺旋焊縫缺陷、機(jī)械損傷等各類缺陷是危脅管道安全運(yùn)行的高風(fēng)險(xiǎn)因素，為了保障管道的安全運(yùn)行，最可行的解決方案是開展基于內(nèi)檢測(cè)的完整性評(píng)價(jià)三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器在檢測(cè)能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器，提高了檢測(cè)范圍、檢測(cè)精度和置信度，具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測(cè)能力基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的完整性評(píng)價(jià)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):缺陷定位精確、類型定性、尺寸量化;螺旋焊縫缺陷信號(hào)識(shí)別和尺寸評(píng)定填補(bǔ)國(guó)際空白;缺陷評(píng)價(jià)方法適用性強(qiáng)，評(píng)價(jià)軟件界面友好，可實(shí)現(xiàn)批量評(píng)價(jià)和缺陷的分級(jí)排序基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)的完整性評(píng)價(jià)技術(shù)，已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)管道的完整性評(píng)價(jià)，為國(guó)內(nèi)管道缺陷修復(fù)、安全運(yùn)行提供了決策依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:漏磁、三軸、內(nèi)檢測(cè)、完整性評(píng)價(jià)

1前言

近年來(lái)，發(fā)生了多起管道泄漏、開裂甚至爆炸事故，調(diào)查事故的原因發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)失效事件均與管道缺陷有關(guān)，這些缺陷包括焊縫缺陷、腐蝕、機(jī)械損傷等。面對(duì)管線的高風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)管道運(yùn)營(yíng)者提出如下問(wèn)題:

(1)什么時(shí)間會(huì)發(fā)生泄漏?位置在哪里?

(2)應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)?

(3)安全運(yùn)行壓力是多少?

(4)這條管道還能用多少年?

要回答這些問(wèn)題，就要對(duì)管道進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)完整性評(píng)價(jià)是管道完整性管理的核心步驟，它是通過(guò)特定技術(shù)手段獲取管道缺陷信息來(lái)對(duì)管道的完整性進(jìn)行評(píng)估，以明確現(xiàn)在和將來(lái)管道達(dá)到安全運(yùn)行狀態(tài)的能力和水平的過(guò)程完整性管理的價(jià)值最終體現(xiàn)在合理有效的維修維護(hù)計(jì)劃卜來(lái)，通過(guò)維修維護(hù)來(lái)降低管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和提高安全水平，而完整性評(píng)價(jià)則是為維修維護(hù)計(jì)劃的制汀提供依據(jù)通常而言，完整性評(píng)價(jià)是基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)段的管道缺陷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)缺陷的剩余強(qiáng)度和剩余壽命進(jìn)行評(píng)估，并頂測(cè)缺陷導(dǎo)致管道失效的發(fā)展趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)卜給出管道整體安全運(yùn)行卜限條件，并制汀有針對(duì)性的維修維護(hù)計(jì)劃。

完整性評(píng)價(jià)主要有3種方法:

(1)內(nèi)檢測(cè)法

通過(guò)內(nèi)檢測(cè)，找出缺陷，根據(jù)缺陷尺寸評(píng)定管體完整性。

(2)壓力試驗(yàn)法

通過(guò)打壓試驗(yàn)，暴露不能夠承載的缺陷。對(duì)在役管道，受停輸、清管、污水處理等條件的制約此外，容易造成某些缺陷惡化，增加風(fēng)險(xiǎn)。

(3)直接評(píng)估法

通過(guò)地面檢測(cè)、開挖驗(yàn)證等綜合分析管道整體狀態(tài)。此方法缺陷數(shù)據(jù)采集不全面，評(píng)價(jià)不充分，而且無(wú)法檢測(cè)管體缺陷。

綜合分析，為了保障管道的安全運(yùn)行，最可行的解決方案是開展內(nèi)檢測(cè)，確定缺陷的位置和尺寸，然后根據(jù)尺寸進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性修復(fù)。三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器在檢測(cè)能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器，提高了檢測(cè)范圍、檢測(cè)精度和置信度，具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測(cè)能力，相比較其它檢測(cè)器，適用范圍也更廣，基本適用于國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸油氣管道的檢測(cè)。

2三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

2.1技術(shù)原理及特點(diǎn)

漏磁檢測(cè)器在管道內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中，其攜帶的永久磁鐵將管壁飽和磁化，管壁與鋼刷、磁鐵及鐵心形成磁回路，當(dāng)管壁沒有缺陷時(shí)，磁力線在管道內(nèi)均勻分布，形成勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)管壁有缺陷時(shí)，磁力線在缺陷處扭曲，穿出管壁產(chǎn)生漏磁。在里程輪脈沖信號(hào)觸發(fā)下，探頭模塊將表征管道特征的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)集中處理模塊后進(jìn)人電子包，并記錄在電子包的存儲(chǔ)器內(nèi)，這些原始數(shù)據(jù)在檢測(cè)器運(yùn)行完畢后導(dǎo)出到計(jì)算機(jī)中，由專業(yè)數(shù)據(jù)分析人員進(jìn)行分析處理。

如下情況會(huì)使磁力線產(chǎn)生扭曲:(1)管壁中有金屬損失點(diǎn);(2)如果有金屬接近管壁;(3)材質(zhì)變化。

三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器可區(qū)分內(nèi)外缺陷，ID/OD探頭的原理是利用較弱的局部磁場(chǎng)磁化管道的內(nèi)壁，形成局部小磁場(chǎng)區(qū)，當(dāng)管道內(nèi)壁出現(xiàn)缺陷時(shí)，局部小磁場(chǎng)區(qū)的磁場(chǎng)被擾動(dòng)，通過(guò)ID/OD探頭探測(cè)這種擾動(dòng)，從而發(fā)現(xiàn)缺陷。由于形成局部小磁場(chǎng)區(qū)的磁鐵非常弱，管道外壁的缺陷對(duì)該局部磁場(chǎng)區(qū)不能產(chǎn)生擾動(dòng)，也就不能探測(cè)到管壁外部的磁場(chǎng)，從而區(qū)分管道內(nèi)外缺陷。

三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器，是指具備能夠同時(shí)記錄磁場(chǎng)三維空間分量的高清晰度內(nèi)檢測(cè)器三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器的基本工作原理與傳統(tǒng)漏磁內(nèi)檢測(cè)器完全相同，主要區(qū)別是三軸漏磁檢測(cè)器在一個(gè)探頭中放置了三個(gè)方向的傳感器，可以同時(shí)記錄泄漏磁力線的三維分量，提高了對(duì)缺陷的識(shí)別和評(píng)定能力;而傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器只能記錄一個(gè)方向的磁力線強(qiáng)度變化。

由于三軸漏磁內(nèi)檢測(cè)器在同一位置記錄了磁場(chǎng)的三維矢量，通過(guò)專門的漏磁數(shù)據(jù)讀取工具分析管道缺陷處三個(gè)方向的漏磁分量，可以判斷出缺陷的深度、長(zhǎng)度、寬度等特征信息，清晰地回歸出缺陷的兒何變化特征，提高了根據(jù)缺陷信號(hào)特征回歸缺陷兒何尺寸的精度。三軸方向信號(hào)的記錄使得三軸高清漏磁檢測(cè)器在檢測(cè)能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器，主要具有三個(gè)方面的特點(diǎn)。

（1）增加了對(duì)不同缺陷的檢測(cè)能力，提高了檢測(cè)范圍，在一次檢測(cè)中可以準(zhǔn)確測(cè)量日}不同方向分布的狹長(zhǎng)類裂紋缺陷。

(2)提高了檢測(cè)精度和置信度

(3)具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測(cè)能力，可以檢測(cè)出具有一定開口尺寸的各類裂紋缺陷。

雖然三軸漏磁檢測(cè)器提高了對(duì)金屬損失缺陷的檢測(cè)精度和置信度，但依然對(duì)沒有開[lI的微小裂紋缺陷不敏感，具有一定的局限性，檢測(cè)成本高也是該檢測(cè)器的一個(gè)缺點(diǎn)。

2.2缺陷信號(hào)特征

對(duì)于典型的缺陷，例如腐蝕缺陷，三軸高清漏磁檢測(cè)可以較為準(zhǔn)確的檢測(cè)出來(lái)，對(duì)其檢測(cè)信號(hào)的識(shí)別，缺陷尺寸的頂測(cè)都有成熟的方法，而且得到了實(shí)踐的檢驗(yàn)。下圖為典型腐蝕缺陷軸向、徑向和周向磁力線的信號(hào)。對(duì)于螺旋焊縫缺陷，國(guó)際卜沒有針對(duì)性的檢測(cè)分析技術(shù)，牽拉試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證表明現(xiàn)有三軸高清漏磁檢測(cè)器可以發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷信號(hào)異常，但無(wú)法有效解讀信號(hào)。

中國(guó)石油管道研究中心首次在國(guó)際卜提出了三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)螺旋焊縫缺陷信號(hào)識(shí)另of方法，研究出了信號(hào)判定和尺寸評(píng)定模型，實(shí)現(xiàn)了從螺旋焊縫缺陷三軸漏磁信號(hào)特征卜判讀出缺陷的類型和尺寸大小，填補(bǔ)了國(guó)際卜在此方面的空自。

3工程適用性評(píng)價(jià)

由于三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的特性，可檢測(cè)出螺旋焊縫未熔合和未焊透、環(huán)焊縫缺陷、腐蝕、凹陷等各類缺陷，而且可以給出大部分缺陷的尺寸，這就為缺陷的工程適用性評(píng)價(jià)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因?yàn)樵�始�?nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，檢測(cè)商只典型地評(píng)估這些信息并給管道運(yùn)營(yíng)公司提供結(jié)果。管道運(yùn)營(yíng)公司的責(zé)任則是隨后的分析和評(píng)估這些數(shù)據(jù)，并制定修理和減緩風(fēng)險(xiǎn)的措施。這就要求管道運(yùn)營(yíng)公司具備成熟、先進(jìn)、適用的工程適用性評(píng)價(jià)技術(shù)。對(duì)于某類缺陷，例如腐蝕缺陷，評(píng)價(jià)方法較為成熟，根據(jù)腐蝕缺陷尺寸提供的精度，可以采用不同的評(píng)價(jià)方法。而對(duì)于某些缺陷，例如螺旋焊縫缺陷，國(guó)際卜尚沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)石油管道研究中心采用應(yīng)力分解的方法，消除了原有投影法只近似適用于裂紋面法向與主應(yīng)力方向比較接近情況的限制，豐富、修正和改進(jìn)了對(duì)螺旋焊縫適用性評(píng)價(jià)的方法。建立了四種管道螺旋焊縫缺陷評(píng)價(jià)模型，研究并修正了螺旋焊縫缺陷評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)了螺旋焊縫缺陷嚴(yán)重程度的等級(jí)劃分與排序。在對(duì)各種缺陷評(píng)價(jià)方法研究的基礎(chǔ)卜，開發(fā)了管道完整性評(píng)價(jià)軟件，該軟件缺陷評(píng)價(jià)方法適用性強(qiáng)，評(píng)價(jià)軟件界面友好，可實(shí)現(xiàn)批量評(píng)價(jià)和缺陷的分級(jí)排序。

本文以腐蝕為例，簡(jiǎn)單介紹一下腐蝕缺陷的工程適用性評(píng)價(jià)對(duì)于腐蝕缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)估，國(guó)際卜有較多成熟的標(biāo)準(zhǔn)，其中，ASMEB31G、了ST了ENG  0.85dL、了ST了ENG有效面積法適合中低強(qiáng)度鋼的評(píng)價(jià)，DNV 了P F101適合中、高強(qiáng)度等級(jí)管道的缺陷評(píng)定。腐蝕管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)應(yīng)在以下兩個(gè)方面進(jìn)一步深人研究:用有限元方法研究腐蝕管道的剩余強(qiáng)度，應(yīng)該考慮更復(fù)雜的情況，如正確的考慮軸向載荷和彎曲載荷及其聯(lián)合作用下以及更復(fù)雜的腐蝕形狀等;進(jìn)一步研究在內(nèi)壓和附加載荷聯(lián)合作用下環(huán)向腐蝕缺陷的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管線進(jìn)行階段性的腐蝕檢測(cè)，得到腐蝕深度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，從而得到腐蝕速率發(fā)展趨勢(shì)，擬合出經(jīng)驗(yàn)公式，即可頂測(cè)下一階段的腐蝕速率。為了保證頂測(cè)的精度，頂測(cè)的時(shí)間不宜太長(zhǎng)，而是應(yīng)該隔一定時(shí)間后再進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合歷次檢測(cè)數(shù)據(jù)，給出下一階段的腐蝕速率。檢測(cè)的次數(shù)越多，所獲得的結(jié)果與實(shí)際腐蝕速率越相符合�；�于依據(jù)定期全線腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的剩余壽命頂測(cè)模型，在數(shù)據(jù)依據(jù)充分的條件下(三軸高清漏磁檢測(cè)技術(shù)可提供充分的數(shù)據(jù))，能充分顯示管段不同區(qū)段腐蝕發(fā)展差別，頂測(cè)精度和可信度高，可為管道再檢測(cè)周期決策提供支持。

4應(yīng)用案例

應(yīng)用基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)的完整性評(píng)價(jià)技術(shù)，已成功對(duì)某管道開展了完整性評(píng)價(jià)，提出了缺陷修復(fù)計(jì)劃和安全運(yùn)行建議，為該管道缺陷修復(fù)、安全運(yùn)行提供了決策依據(jù)。

通過(guò)內(nèi)檢測(cè)，檢測(cè)出了威脅該管道安全運(yùn)行的高風(fēng)險(xiǎn)因素，檢測(cè)出包括腐蝕引起的金屬損失、螺旋焊縫異常、環(huán)焊縫異常、凹陷等各類缺陷，同時(shí)還識(shí)別出大量管線修補(bǔ)補(bǔ)丁特征以及管線附屬物，并且結(jié)合信號(hào)分析技術(shù)對(duì)缺陷進(jìn)行了量化。

根據(jù)三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在缺陷的狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)對(duì)象包括腐蝕、螺旋焊縫缺陷、環(huán)焊縫缺陷、凹陷及其它缺陷等，評(píng)價(jià)內(nèi)容主要涵蓋了失效壓力、使用壽命頂測(cè)等，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果給出了修復(fù)建議和再檢測(cè)計(jì)劃建議。

管道運(yùn)營(yíng)單位根據(jù)修復(fù)建議和再檢測(cè)計(jì)劃建議對(duì)管道進(jìn)行了針對(duì)性地維修維護(hù)，由于基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)的完整性評(píng)價(jià)技術(shù)缺陷定位精確，可較為準(zhǔn)確的給出缺陷修復(fù)的位置，由于尺寸量化，可以頂先按缺陷尺寸準(zhǔn)備修復(fù)的材料可以徹底地將傳統(tǒng)的事后維修變?yōu)槭虑绊敺溃�真正做到管道的風(fēng)險(xiǎn)可控，事故可防。

5結(jié)論

（1）三軸高清漏磁檢測(cè)器在檢測(cè)能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器，增加了對(duì)不同缺陷的檢測(cè)能力，提高了檢測(cè)范圍，提高了檢測(cè)精度和置信度，具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測(cè)能力。

（2）基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的完整性評(píng)價(jià)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):缺陷定位精確、類型定性、尺寸量化;螺旋焊縫缺陷信號(hào)識(shí)別和尺寸評(píng)定填補(bǔ)國(guó)際空自;缺陷評(píng)價(jià)方法適用性強(qiáng)，評(píng)價(jià)軟件界面友好，可實(shí)現(xiàn)批量評(píng)價(jià)和缺陷的分級(jí)排序。

(3)基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)的完整性評(píng)價(jià)技術(shù)，已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)管道的完整性評(píng)價(jià)，為國(guó)內(nèi)管道缺陷修復(fù)、安全運(yùn)行提供了決策依據(jù)和技術(shù)支持。

《管道保護(hù)》2012年第1期（總第2期）