中國石油冀東油田分公司油氣集輸公司

冀東油田緊鄰渤海灣地帶，且部分采油區內穿插于濕地保護區，周邊的自然環境極其敏感。油、氣、水集輸管道多為2008年及以前建設，服役均超過10年，部分管道超過20年。

由于近年來二氧化碳吞吐、酸化措施等技術在采油過程的應用，加劇了集輸管線的內腐蝕風險，失效事件頻次快速增長。據統計， 2016年全油田發生管道穿孔事件612次， 2017年采取相關措施后管道穿孔事件降至454次，嚴重影響油田集輸系統的安全運行,全面開展管道本體腐蝕檢測迫在眉睫。

1 管道檢測技術現狀對比

按照GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》要求，管道檢測是管道完整性評價的基礎。管道外檢測方法較多，大多針對管道的涂層、腐蝕防護系統、陰極保護系統等進行檢測評價，無法對管道缺陷進行定量檢測和評估，通常需要結合開挖檢測，不具備普遍意義。

非接觸式磁應力檢測(PMT檢測)是一種無損外檢測方法，基本原理是利用金屬磁記憶效應來檢測部件應力集中部位，采集數據并開挖幾個校驗坑即可完成，并可得出較為豐富的缺陷數據和評估結果，達到部分漏磁檢測效果。各種檢測技術對比見表 1。

由于油田集輸管網管徑小，彎頭倍數低，部分老管道收發球筒的建設標準低，不能滿足內檢測器通過要求。經多方論證，確定采取PCM+/DM結合非接觸磁應力技術進行管道檢測，實現外腐蝕、金屬損失、焊縫缺陷等方面的有效檢測。

2 PMT檢測技術

2.1 技術原理

當鐵磁性構件受到外部載荷作用時，受地球磁場激勵，在應力和變形集中區域會發生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，磁疇組織的重新取向會導致構件內部產生新的磁狀態。金屬構件表面的這種磁狀態記憶了微觀缺陷或應力集中的位 置，即所謂的磁記憶效應（圖 1）。

在地面沿管道上方檢測和記錄這些磁場數據，對缺陷處管道的受力狀況進行分析計算和缺陷評估，得出缺陷處管道的應力水平、危險程度、最大允許操作壓力、維修等級，估算缺陷尺寸和類型等信息，給出修復建議。

2.2 檢測分級

PMT檢測結果將發現的異常分為三級，Ⅰ級為不允許狀態，需立刻修理；Ⅱ級為允許存在狀態，需計劃修理；Ⅲ級為良好狀態，不需修理（表 2）。

通過管道局部應力水平的變化來評價缺陷的安全性，是管道埋地狀態的真實應力反應，而不是以缺陷的幾何參數計算的應力水平。

3 PMT技術在油田集輸管道的應用

3.1 檢測步驟

（1）背景磁場收集

分別收集不同區段管道的背景磁場，為后期磁場強度的對比修正提供支持。在待檢管道附近選取50～100 m與管道方向平行的無外界磁場干擾的地面，磁力計在空間X、 Y、 Z三個方向（沿管道走向）以及離地50 cm、 100 cm、 150 cm三個高度進行地磁場數據收集。每個區段選取2～3處地面。

（2）中心線定位

使用PCM+/DM儀器復測管道中心線、埋深及高程，在地面做好臨時標記，檢測外防腐情況的同時確定磁應力檢測精確路線。

（3）管道磁場掃描

運用磁力計對管道進行磁場掃描，掃描速度0.25 m/s，以識別由管道焊縫缺陷、金屬缺陷或管道彎曲應力引起的磁場異常（圖 2）。通過縱向坐標（相對于檢測零點）和角坐標（相對于管道圓周），確定管道缺陷（群）和位置。檢測缺陷和應力變化主要包括制管缺陷、機械缺陷、焊接缺損、局部腐蝕損壞以及應力變形區域，其掃描指數≤0.25 m。

（4）磁場數據保存

不同區段管道掃描數據單獨保存，同一區段每100 m保存一次。對于重點區域，如變徑、位置偏移、地貌差異、敷設方式改變、干擾環境、陰極保護模式、埋深差異和土壤性質差異等區域，按照差異區段分類記錄，確保分區段檢測的準確性和后期數據修正的可靠性。

（5）數據解析及評估

管道磁應力檢測方法通過直接量化評估應力變化水平決定缺陷的相對危險度，而不通過缺陷的幾何參數（長，寬，高）進行計算。在磁異常區域沿管道軸線方向及背景“靜區”中磁場強度分布的密度，由曲線部分的長度確定。通過相應的異常長度和背景部分相結合，對DQ進行積分計算而得。

（6）開挖修正

檢測完成后，選擇部分異常點進行開挖，對磁應力檢測結果進行修正。如果開挖評價結果比磁檢測結果評價輕，應按開挖評價結果適當提高該管段的磁異 常綜合指數F值；如果開挖結果比磁檢測結果嚴重，應適當降低F值；如果開挖結果比磁檢測結果嚴重很多，應降低F值，重新排列開挖點，并對這種情況的磁異常段進行優先開挖。

（7）開挖驗證

根據報告中GPS數據，定位埋地管道的腐蝕點，取腐蝕點軸向±0.5 m作為測試管段開挖驗證。以管道截面30°為1個壁厚測試點，進行環向標記，測試環線間距10 cm（圖 3）。每處腐蝕位置共計檢測120個壁厚數據并記錄。取壁厚最薄的數據對比磁應力檢測結果，驗證其準確性。

3.2 檢測結果

2018年，冀東油田全面開展環境敏感區域油、氣、水管道的磁應力檢測，共計檢測管道19條，總長度達213.25 km。

檢測出一級腐蝕點18處，二級腐蝕點544處，三級腐蝕點2 857處，對部分腐蝕點開挖驗證，數據對比見表 3。

經對比，共計24個開挖點，僅第7、 9點驗證數據不吻合，其他測試數據均符合磁應力判定結果，準確率達到91.6%。已根據現場管道所處環境和磁場數據制定維修方案和防范措施。

4 結論及應用建議

非接觸式磁應力檢測技術在管道無法實現內檢測的條件下，能較為準確的檢測出管道本體的腐蝕情況，得出管道本體缺陷大小，是一種半定量管道本體腐蝕檢測方法。同時，該檢測方法不影響管道正常運行，不需要停輸，且對管道收發球裝置、管輸壓力等無要求。建議：增加不同環境、不同材質下管道開挖修正數據的數量，以大量的人為對比結果為磁應力數據分析提供后臺大數據資源，提高磁應力檢測的準確率；通過大數據存儲、篩選和分析，細化磁應力檢測腐蝕等級區間，增加腐蝕等級的劃分層級，為管道運營單位提供更好、更直接的決策依據。

 

參考文獻：

【1】SY/T6597-2014《油氣管道內檢測技術規范》 [S].

【2】王富祥,馮慶善,張海亮,等.基于三軸漏磁內檢測技術的管道特性識別[J].無損檢測,2011,33（1） :78-84 .

【3】劉剛,陳雷,張國忠,等.管道清管器技術發展現狀[J].油氣儲運,2011,30（9） :646-653

【4】GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規范》[S]. 44-45

 

作者：楊振東， 1978年生，大學本科，工程師，冀東油田公司油氣集輸公司工程維護中心主任，主要從事油氣集輸檢測與維護工作。