魯青龍 張陽

西南管道公司

摘要：管道內(nèi)檢測(cè)容易受到管輸量、工藝及服役狀況等多種因素影響，一些小口徑、低流量、無內(nèi)涂層的支線管道實(shí)施管道內(nèi)檢測(cè)往往難度較大。以某支線管道內(nèi)檢測(cè)為例，對(duì)實(shí)際發(fā)生的一些問題深入分析其產(chǎn)生原因，總結(jié)提出了具體解決方法，為開展此類管道清管和內(nèi)檢測(cè)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：天然氣小口徑管道；無內(nèi)涂層管道；清管；工藝牽引；漏磁檢測(cè)

天然氣管道內(nèi)涂層一方面降低氣體輸送時(shí)摩阻提升輸氣效率，同時(shí)又在一定程度上提升管道內(nèi)壁的抗腐蝕性[1]。目前國內(nèi)管徑500 mm以下支線管道多數(shù)無內(nèi)涂層。通過管道內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)涂層對(duì)內(nèi)檢測(cè)影響較大，一般有內(nèi)層涂層管道內(nèi)部金屬腐蝕產(chǎn)物少，管道干凈，檢測(cè)進(jìn)展順利，無內(nèi)涂層管道內(nèi)部金屬腐蝕產(chǎn)物多，開展檢測(cè)工作較為困難。

某天然氣支線管道全長65 km，共設(shè)場(chǎng)站1座、閥室3座，輸量為4.5×104 m3/d，2015年7月投產(chǎn)。設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，輸送壓力4 MPa，管徑273 mm，主要壁厚5.6 mm、7.1 mm，鋼管等級(jí)X42，以螺旋焊縫管為主，熱煨彎管曲率半徑R＝6 D，無內(nèi)涂層且之前無清管歷史。2021年初，企業(yè)根據(jù)法定檢驗(yàn)要求開展管道內(nèi)檢測(cè)，內(nèi)容包括檢測(cè)前清管、幾何變形檢測(cè)、三軸高清漏磁檢測(cè)以及中心線測(cè)繪等作業(yè)。因受低流量工況條件影響，檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間長，對(duì)檢測(cè)設(shè)備電池及發(fā)射機(jī)電池耐久要求高，設(shè)備低速運(yùn)行對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量有一定的影響，并存在停球卡堵可能。為此確定“泡沫球疏通+測(cè)徑清管+鋼刷清管+磁力清管+幾何檢測(cè)+漏磁檢測(cè)”為檢測(cè)方案。

1  開展清管及幾何檢測(cè)情況

檢測(cè)項(xiàng)目歷時(shí)1年完成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，共發(fā)送泡沫檢測(cè)器1次，兩直四蝶測(cè)徑清管器2次，鋼刷清管器1次，磁力鋼刷清管器3次，智能幾何檢測(cè)器2次，漏磁檢測(cè)器2次共11次，清出鐵磁性雜質(zhì)約350 kg。

清管階段推進(jìn)基本順利，4種清管器共平穩(wěn)運(yùn)行7次，平均速度均在3 m/s左右，清出雜質(zhì)約30 kg（清出雜質(zhì)較少）。圖 1是2種典型清管器收發(fā)球前后對(duì)比。

（a）兩直四碟測(cè)經(jīng)清管器

（b）磁力鋼刷清管器
圖 1 清管器發(fā)送前后對(duì)比

第一次運(yùn)行智能幾何檢測(cè)器因球速超過了5 m/s，有20 km發(fā)生了速度漂移，數(shù)據(jù)失真，檢測(cè)不完整。第二次智能幾何檢測(cè)時(shí)進(jìn)行了輸量控制，檢測(cè)器歷經(jīng)12 h進(jìn)入收球筒，清出雜質(zhì)75 kg，數(shù)據(jù)記錄完整，檢測(cè)成功。通過對(duì)該管道變形檢測(cè)數(shù)據(jù)的初步分析，發(fā)現(xiàn)管道有3處大于5%OD的變形點(diǎn)，但不影響后續(xù)發(fā)送漏磁檢測(cè)器。

2  開展漏磁檢測(cè)情況

（1）漏磁檢測(cè)遇到的問題。第一次漏磁檢測(cè)清出雜質(zhì)多，導(dǎo)致探頭磨損嚴(yán)重，檢測(cè)失敗。第二次漏磁檢測(cè)運(yùn)行極不正常，反復(fù)停頓，到最后20 km基本失去前進(jìn)動(dòng)力，最終通過工藝操作制造牽引動(dòng)力方式使得檢測(cè)器順利進(jìn)入收球筒，數(shù)據(jù)記錄完整，基線檢測(cè)完成。

多輪次清管后管道內(nèi)清除雜質(zhì)少于5 kg，且測(cè)徑分析無制約檢測(cè)器通過的限制點(diǎn)，經(jīng)綜合評(píng)估滿足發(fā)送漏磁檢測(cè)器條件。但第一次漏磁檢測(cè)器平均速度為2.85 km/h，清出鐵磁性雜質(zhì)達(dá)178 kg，雜質(zhì)過多導(dǎo)致漏磁探頭數(shù)據(jù)記錄不完整。為確保第二次漏磁檢測(cè)順利實(shí)施，再次發(fā)送磁力清管器，同時(shí)協(xié)調(diào)控制管道輸量確保球速穩(wěn)定行駛，清出雜質(zhì)2.5 kg，滿足發(fā)送檢測(cè)器條件。再次發(fā)送漏磁檢測(cè)器，但檢測(cè)器在管道彎頭處出現(xiàn)了多次長時(shí)間停球，反復(fù)停球啟動(dòng)造成檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)皮碗較大磨損。

（2）對(duì)相關(guān)問題的處置措施。圖 2為站場(chǎng)及閥室相對(duì)距離圖。當(dāng)檢測(cè)器首次停留在3#閥室前7 km處時(shí)，2#閥室和3#閥室之間壓差始終在0.25 MPa左右，若在密封完好的情況下，檢測(cè)器可正常行進(jìn)，但檢測(cè)器因自身重量較重，且皮碗破損已較為嚴(yán)重，存在泄流現(xiàn)象，需工藝調(diào)整建立更大的壓差方可推動(dòng)檢測(cè)器正常行進(jìn)。決定開通3#閥室放空閥，通過放空牽引方式給檢測(cè)器建立新動(dòng)力，同時(shí)通過放空引流可以抽走檢測(cè)器前段的粉塵雜質(zhì)。處置后檢測(cè)器順利前行5 km，又停留在3#閥室前2 km處。

圖 2 站場(chǎng)及閥室相對(duì)距離圖

為此，采取先關(guān)后開3#閥室氣液聯(lián)動(dòng)閥，以瞬時(shí)大壓差方式推動(dòng)檢測(cè)器前行。過程中，關(guān)閉閥門約30 min，在前后壓差1 MPa時(shí)同時(shí)打開氣液聯(lián)動(dòng)閥和旁通閥，迅速給檢測(cè)器一個(gè)較大推動(dòng)力，通過2次操作使得檢測(cè)器前行約10 km。在距離站場(chǎng)10 km處，檢測(cè)器又出現(xiàn)2次停球。采用站場(chǎng)放空牽引和下游管控消耗相結(jié)合的方式，使檢測(cè)器順利進(jìn)筒，總耗時(shí)近37.47 h，平均1.73 km/h。

（3）檢測(cè)器運(yùn)行數(shù)據(jù)分析。圖 3為檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線，可以看出首站至2#閥室區(qū)間檢測(cè)器運(yùn)行大體平穩(wěn)，僅在直管段及彎頭位置存在停頓，此段檢測(cè)器皮碗輕微磨損無泄流情況，前方雜質(zhì)較少。2#閥室至末站區(qū)間，檢測(cè)器運(yùn)行速度較慢，此段皮碗磨損加劇造成一定泄流及檢測(cè)器前方雜質(zhì)量較多造成多處長時(shí)間停球。如圖中紅色箭頭所示，檢測(cè)器共發(fā)生5次較為明顯的低速停球，后續(xù)停球啟動(dòng)過程均與工藝操作相符。

圖 3 漏磁內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度曲線圖

3  漏磁檢測(cè)故障原因分析

（1）清管條件不滿足檢測(cè)要求。雖然在發(fā)送檢測(cè)器前清出的雜質(zhì)小于5 kg，滿足規(guī)范要求，但實(shí)際上常規(guī)磁力鋼刷清管器對(duì)于無內(nèi)涂層管道內(nèi)壁金屬氧化物清出能力有限，并未真實(shí)反映管道內(nèi)部雜質(zhì)情況。

（2）天然氣輸量沒有達(dá)到要求。在發(fā)送檢測(cè)器前調(diào)整輸量時(shí)，只考慮了內(nèi)檢測(cè)器自重情況下所需要的理想輸量，未考慮到在前段雜質(zhì)堆積、驅(qū)動(dòng)皮碗磨損嚴(yán)重的困難情況下所需要的最大輸量。

（3）檢測(cè)器皮碗耐磨性不夠[2]。常規(guī)聚氨酯皮碗在有內(nèi)涂層管道中磨損量小，長距離檢測(cè)也能保持較好密封性和驅(qū)動(dòng)能力，但在無內(nèi)涂層管道大量金屬粉末磨損下，加之檢測(cè)器運(yùn)行不暢頻繁啟停，皮碗磨損及偏磨加劇，運(yùn)行速度越慢，動(dòng)摩擦系數(shù)越大，皮碗磨損越嚴(yán)重[3]，使其在后段運(yùn)行中驅(qū)動(dòng)力不足。圖 4為漏磁檢測(cè)器檢測(cè)前后皮碗磨損情況分析。通過測(cè)量得知，驅(qū)動(dòng)前端皮碗磨損量15%，唇邊厚度磨損80%；驅(qū)動(dòng)后端皮碗磨損量15%，唇邊厚度磨損92%，幾乎磨完。驅(qū)動(dòng)鋼刷磨損在合適范圍。

圖 4 漏磁檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)皮碗磨損情況分析

（4）磁性晶體粉末影響檢測(cè)器運(yùn)行。使用體視顯微鏡（Zeiss Stemi 508）觀察黑色粉末宏觀形貌等，可見粉末細(xì)微，少量粉末團(tuán)聚成球狀；使用X射線衍射儀分析其成分，主要成分為Fe3O4，F(xiàn)eO（OH）和FeCO3，如圖 5所示。Fe3O4為具有磁性的黑色晶體，漏磁檢測(cè)器若去掉漏磁探頭就是一個(gè)具有超強(qiáng)磁力的鋼刷清管器，在其運(yùn)行過程中，兩側(cè)鋼刷將管道內(nèi)壁金屬氧化物刷下來，一部分吸附在漏磁探頭兩側(cè)的強(qiáng)磁鐵上，一部分堆積在檢測(cè)器前段，使得漏磁檢測(cè)器需要比正常0.2 MPa壓差更大的驅(qū)動(dòng)力。磁性氧化物粉末細(xì)微，硬度高，對(duì)皮碗的磨損嚴(yán)重。

圖 5 管道內(nèi)壁黑色粉末成分分析圖

4  結(jié)語

（1）無內(nèi)涂層的天然氣支線管道內(nèi)壁金屬氧化物等腐蝕粉末較多，常規(guī)磁力鋼刷清管器難以有效清除干凈，務(wù)必在漏磁檢測(cè)前發(fā)送重型磁力清管器，盡可能多清除管道內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物。

（2）建議新建小口徑支線管道在設(shè)計(jì)建設(shè)階段盡可能選用有內(nèi)涂層管材，且應(yīng)縮短清管站之間的距離，宜在60 km～80 km，即使發(fā)生檢測(cè)器卡堵停球事件也可選擇通過工藝牽引方式將檢測(cè)器帶入收球筒。

（3）無內(nèi)涂層管道所用漏磁檢測(cè)器務(wù)必選用耐磨性好的皮碗，皮碗過盈量不大于4%，且盡可能選擇在大輸量工況條件下開展檢測(cè)，提升檢測(cè)成功率，避免停球風(fēng)險(xiǎn)。

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作者簡介：魯青龍，1987年生，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）材料科學(xué)與工程專業(yè)，工程師，主要從事管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：17790261009，luql@pipechina.com.cn。