燕冰川 鄭健峰 歐新偉 張海亮 張永盛

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道公司

GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》發(fā)布實(shí)施以來(lái)，國(guó)內(nèi)管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)大力開(kāi)展管道完整性管理，油氣管道失效頻率大幅降低。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在管道完整性評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，宜優(yōu)先采用基于內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的適用性評(píng)價(jià)方法。但是目前的管道內(nèi)檢測(cè)大多只針對(duì)在役管道，投產(chǎn)前管道內(nèi)檢測(cè)仍受到諸多限制。近年來(lái)，隨著新建管道工程質(zhì)量要求的提高，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位陸續(xù)開(kāi)展建設(shè)期管道投產(chǎn)前內(nèi)檢測(cè)項(xiàng)目，進(jìn)行缺陷檢測(cè)與評(píng)價(jià)，保障新建管道的安全投產(chǎn)。

1  管道投產(chǎn)前檢測(cè)的背景

油氣管道建設(shè)工程采用的鋼管需要符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，出廠時(shí)不存在超標(biāo)管體缺陷。但是，管道施工工序復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，在建設(shè)過(guò)程中可能造成管體、焊縫等位置缺陷。因此有必要對(duì)建設(shè)期管道開(kāi)展投產(chǎn)前檢測(cè)，以保證管道的順利投產(chǎn)。

首先，油氣管道在建設(shè)過(guò)程中，由于管道沉降接觸溝底巖石或受其他外力作用，使得管壁受碰撞、擠壓而產(chǎn)生凹陷、橢圓變形等幾何變形缺陷。按照施工驗(yàn)收規(guī)范，超標(biāo)的幾何變形缺陷需在投產(chǎn)前進(jìn)行修復(fù)；長(zhǎng)期空管放置的管道，由于管道內(nèi)部封存壓力較低，受到周圍土壤移動(dòng)的影響，容易產(chǎn)生變形、褶皺等缺陷。其次，有些管道由于各種原因，線路鋪設(shè)完畢后未能及時(shí)投產(chǎn)，隨著時(shí)間推遲，受到周圍土壤以及空氣環(huán)境影響，可能產(chǎn)生管體腐蝕缺陷，嚴(yán)重的將降低管壁的強(qiáng)度，影響管道的投產(chǎn)運(yùn)行。再次，在建設(shè)階段把測(cè)量管道的中心線作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，運(yùn)行期不間斷測(cè)量中心線并與建設(shè)期數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，能夠得出管道中心線變形情況，對(duì)存在較大變形的管段采取安全防護(hù)措施。

2  常見(jiàn)的投產(chǎn)前內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

管道投產(chǎn)前內(nèi)檢測(cè)技術(shù)包括投產(chǎn)前管道幾何變形檢測(cè)、漏磁內(nèi)檢測(cè)、電磁渦流內(nèi)檢測(cè)、IMU檢測(cè)(中心線測(cè)繪）等，這些技術(shù)可實(shí)現(xiàn)建設(shè)期管道的幾何變形篩查、金屬腐蝕缺陷檢測(cè)與重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)留存。

2.1  幾何變形檢測(cè)

油氣管道在施工過(guò)程中，由于管溝底部地質(zhì)條件等原因，可能造成管體發(fā)生變形。在地質(zhì)條件較好的地區(qū)，建設(shè)期管道發(fā)生超標(biāo)幾何變形的可能性相對(duì)較低，建設(shè)單位通常使用測(cè)徑清管器判斷管線是否存在超標(biāo)幾何變形，然后使用過(guò)盈量較小的測(cè)徑清管器定位缺陷位置，開(kāi)挖修復(fù)缺陷或換管。這種方法通過(guò)清管器卡停位置判斷管道的幾何變形點(diǎn)，具有一定的隨機(jī)性，可能造成定位不準(zhǔn)，而且對(duì)于存在多個(gè)超標(biāo)變形點(diǎn)的管段，變形篩查的效率低、成本高。

在地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，管道發(fā)生幾何變形的概率偏高，需要使用幾何變形內(nèi)檢測(cè)器開(kāi)展專項(xiàng)檢測(cè)。這種檢測(cè)器攜帶有幾何變形檢測(cè)臂，運(yùn)行過(guò)程中遇到管道凹陷，能自動(dòng)適應(yīng)截面形狀的變化，通過(guò)高精度傳感器感知變形，里程輪采集管道的里程信息。檢測(cè)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)單元，可以將管道變形量與管道里程同步記錄。應(yīng)用幾何變形內(nèi)檢測(cè)器，一次性運(yùn)行便可以篩查整段管道的變形缺陷，便于開(kāi)挖修復(fù)，能夠大大減小建設(shè)單位投產(chǎn)前測(cè)徑的工作量。在幾何變形檢測(cè)器上可以集成環(huán)焊縫探頭，能檢測(cè)到管道的環(huán)焊縫位置與數(shù)量，可對(duì)建設(shè)期管道環(huán)焊縫施工記錄進(jìn)行對(duì)齊驗(yàn)證。

投產(chǎn)前幾何變形檢測(cè)與在役管道的主要差別在于檢測(cè)器運(yùn)行工況不同：在役管道內(nèi)檢測(cè)器由輸送介質(zhì)推動(dòng)，投產(chǎn)前管道無(wú)輸送介質(zhì)，檢測(cè)器的運(yùn)行動(dòng)力一般來(lái)源于外部壓縮空氣。依靠空壓機(jī)輸出的壓縮空氣推動(dòng)檢測(cè)器運(yùn)行，類似于在役天然氣管道內(nèi)運(yùn)行，但投產(chǎn)前檢測(cè)器運(yùn)行狀況相對(duì)困難，主要是推動(dòng)壓力與反向背壓都比較低，難以保證檢測(cè)器處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，容易產(chǎn)生速度沖擊。一般來(lái)說(shuō)，空壓機(jī)的輸出流量、壓力均遠(yuǎn)低于在役管道的泵、壓縮機(jī)組，檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)力不足，在大口徑管道檢測(cè)時(shí)容易造成檢測(cè)器停滯甚至卡堵；投產(chǎn)前檢測(cè)建立背壓只能靠空壓機(jī)從反向打壓，管線距離達(dá)到一定長(zhǎng)度以后很難有效穩(wěn)定壓力，這將導(dǎo)致檢測(cè)器運(yùn)行速度不穩(wěn)、瞬間速度過(guò)大，影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。因此，投產(chǎn)前幾何變形內(nèi)檢測(cè)，需要保證前置清管效果好、不存在影響檢測(cè)器通過(guò)的超標(biāo)變形以及建立穩(wěn)定的背壓。

2.2  腐蝕缺陷檢測(cè)

管道建成后長(zhǎng)期未投產(chǎn)，在放置期可能發(fā)生管體腐蝕、焊縫開(kāi)裂等缺陷，這將成為投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的不穩(wěn)定因素。與在役管道內(nèi)檢測(cè)類似，投產(chǎn)前腐蝕檢測(cè)的主流方式仍是漏磁內(nèi)檢測(cè)。在建設(shè)期管道開(kāi)展投產(chǎn)前漏磁檢測(cè)，能全面檢測(cè)管道的腐蝕、變形、焊縫異常等缺陷，能有效摸清長(zhǎng)期未投產(chǎn)管道的本體狀態(tài)，有助于管道的順利投產(chǎn)，但相比于在役管道內(nèi)檢測(cè)，投產(chǎn)前漏磁檢測(cè)仍面臨諸多難題。

投產(chǎn)前漏磁檢測(cè)工況分析。運(yùn)行工況類似于幾何變形檢測(cè)器，需要外部壓縮空氣推動(dòng)。區(qū)別在于漏磁檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、變徑范圍低，存在強(qiáng)大的管壁磁吸附力，并且重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于幾何變形檢測(cè)器，因此漏磁檢測(cè)器的運(yùn)行需要更大的啟動(dòng)壓差。與在役管道的漏磁內(nèi)檢測(cè)相比，投產(chǎn)前管道驅(qū)動(dòng)力相對(duì)較弱，檢測(cè)器容易產(chǎn)生停滯，再啟動(dòng)時(shí)存在較大的速度沖擊，背壓較低的情況下減速更慢。速度沖擊與超速運(yùn)行造成檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量下降，包括磁化的滯后引起的漏磁信號(hào)強(qiáng)度降低和檢測(cè)器采集頻率受限引起的數(shù)據(jù)缺失等。

投產(chǎn)前漏磁檢測(cè)實(shí)施要點(diǎn)。為了保證投產(chǎn)前漏磁內(nèi)檢測(cè)的效果，重點(diǎn)是控制檢測(cè)器運(yùn)行速度。在工藝上，可以通過(guò)建立足夠且穩(wěn)定的背壓，緩解檢測(cè)器的速度沖擊。與幾何變形檢測(cè)類似，可靠的背壓將為檢測(cè)器運(yùn)行創(chuàng)造較好的條件，但漏磁檢測(cè)器所需要的啟動(dòng)壓差更大，并且對(duì)運(yùn)行速度更敏感，需要提供更高的背壓。在檢測(cè)器經(jīng)過(guò)上坡、下坡區(qū)域時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)背壓，盡可能地控制檢測(cè)器運(yùn)行的速度。

除了在運(yùn)行工況上做文章，還可以在檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以改善在壓縮空氣環(huán)境下的運(yùn)行狀況。檢測(cè)器速度沖擊主要由于靜態(tài)/動(dòng)態(tài)摩擦力差值引起，需要盡可能減小靜動(dòng)摩擦差，這可以減小檢測(cè)器啟動(dòng)瞬間的加速度。另外，管線運(yùn)行壓力低，需要實(shí)現(xiàn)最佳密封，確保能夠有效建立前后壓差。設(shè)計(jì)原則上要保證檢測(cè)器處于最小且恒定的摩擦阻力狀態(tài)，由于驅(qū)動(dòng)壓力較低，管道介質(zhì)能提供的壓差相應(yīng)較低，因此需要減小檢測(cè)器的阻力。設(shè)計(jì)細(xì)則方面主要從皮碗、鋼刷、磁化強(qiáng)度、長(zhǎng)度與重量方面優(yōu)化，盡可能地降低啟動(dòng)壓差。

驅(qū)動(dòng)力較低導(dǎo)致的另一個(gè)問(wèn)題是，檢測(cè)器運(yùn)行的間距相對(duì)縮短。空氣具有極強(qiáng)的壓縮性，當(dāng)檢測(cè)距離達(dá)到一定程度時(shí)，壓縮空氣的動(dòng)力衰減明顯，難以再達(dá)到啟動(dòng)壓差，導(dǎo)致檢測(cè)器停滯。因此投產(chǎn)前漏磁內(nèi)檢測(cè)的檢測(cè)段間距，相比于在役管道要明顯縮短，理論上根據(jù)管道口徑、途徑地形進(jìn)行綜合分析，實(shí)踐上可根據(jù)清管器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)一步評(píng)估。

實(shí)踐中開(kāi)展管道投產(chǎn)前漏磁內(nèi)檢測(cè)，還面臨諸多困難。線路閥門可能會(huì)影響檢測(cè)器通過(guò)，造成探頭與其他結(jié)構(gòu)損壞；因檢測(cè)間距縮短，需要根據(jù)實(shí)際情況在管道線路上斷管安裝臨時(shí)收發(fā)球筒，檢測(cè)完成后還需要對(duì)斷管處進(jìn)行金口連接；經(jīng)過(guò)試壓的管道，在低洼處可能存在較多的積水，甚至存在泥沙等雜質(zhì)，給漏磁檢測(cè)的前置清管帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。另外，投產(chǎn)前漏磁內(nèi)檢測(cè)還面臨著成本的考量。

2.3  內(nèi)表面腐蝕缺陷檢測(cè)

使用IEC電磁渦流內(nèi)檢測(cè)技術(shù)無(wú)需對(duì)管壁飽和磁化，沒(méi)有鋼刷等部件，所需的啟動(dòng)壓力遠(yuǎn)低于漏磁檢測(cè)器（最低0.5 MPa），因此更適合于低壓環(huán)境的投產(chǎn)前檢測(cè)。電磁渦流內(nèi)檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)管道幾何變形、內(nèi)壁腐蝕、環(huán)焊縫異常、錯(cuò)邊等，對(duì)于內(nèi)表面腐蝕的檢測(cè)性能與三軸高清漏磁水平相當(dāng)。電磁渦流檢測(cè)器信號(hào)不受提離的影響，可以穿透蠟層或雜質(zhì)，檢測(cè)出環(huán)焊縫錯(cuò)變。

國(guó)內(nèi)某管線長(zhǎng)度39 km，口徑813 mm，開(kāi)展了電磁渦流投產(chǎn)前檢測(cè)。建立背壓0.8 MPa，成功識(shí)別出管道基礎(chǔ)特征如環(huán)焊縫、法蘭、三通、熱彎、冷彎等，檢測(cè)到超標(biāo)凹陷22處、大于20%壁厚的內(nèi)腐蝕7處、環(huán)焊縫異常5處，為管道風(fēng)險(xiǎn)排查提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

2.4  其他類型檢測(cè)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于不適宜采用壓縮空氣推動(dòng)的建設(shè)期管道，采用自主驅(qū)動(dòng)內(nèi)檢測(cè)器開(kāi)展投產(chǎn)前檢測(cè)。自主驅(qū)動(dòng)型內(nèi)檢測(cè)器主要集成幾何變形或漏磁檢測(cè)單元，不需要外部介質(zhì)推動(dòng)，可依靠自身攜帶的電源與電機(jī)提供動(dòng)力，并且在運(yùn)行過(guò)程中能主動(dòng)控制速度，保證檢測(cè)器處于良好的速度區(qū)間，不僅節(jié)約了成本，而且提高了檢測(cè)效果。但是，這種檢測(cè)器對(duì)于自身驅(qū)動(dòng)能力的要求非常高，尤其是攜帶漏磁檢測(cè)單元的自主驅(qū)動(dòng)內(nèi)檢測(cè)器，需要克服極大的運(yùn)行阻力，遇到上坡時(shí)還需克服自身的重力。實(shí)踐中，自主驅(qū)動(dòng)型內(nèi)檢測(cè)大多用于平原地區(qū)的管道，適合運(yùn)行阻力較低的幾何變形檢測(cè)。

3  結(jié)語(yǔ)

管道投產(chǎn)前內(nèi)檢測(cè)是保障建設(shè)期管道安全投產(chǎn)的重要技術(shù)手段。近年來(lái)，隨著工程質(zhì)量要求的提高，投產(chǎn)前檢測(cè)的需求愈加強(qiáng)烈。與在役管道相比，投產(chǎn)前管道內(nèi)檢測(cè)面臨諸多困難，在檢測(cè)器的運(yùn)行、檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量、檢測(cè)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)實(shí)施方面仍存在技術(shù)難度較大、經(jīng)驗(yàn)不足等問(wèn)題。建議針對(duì)具體管道的狀況，明確檢測(cè)需求與檢測(cè)目標(biāo)，選用適宜的技術(shù)開(kāi)展投產(chǎn)前內(nèi)檢測(cè)，保障新建管道安全投產(chǎn)。

作者簡(jiǎn)介：燕冰川，北方管道公司技術(shù)支持中心（科技部），副主任，材料學(xué)博士。組織和參與編寫(xiě)完整性管理相關(guān)ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)，第一編寫(xiě)人國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，參與編寫(xiě)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)。ISO/TC67/SC2 WG21 管道完整性管理注冊(cè)成員，中央企業(yè)高端金屬材料創(chuàng)新聯(lián)合體工作委員會(huì)委員，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)資產(chǎn)完整性管理專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員。