燕冰川 鄭健峰 歐新偉 張海亮 張永盛

國家管網集團北方管道公司

GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》發布實施以來，國內管道運營企業大力開展管道完整性管理，油氣管道失效頻率大幅降低。根據標準要求，在管道完整性評價環節，宜優先采用基于內檢測數據的適用性評價方法。但是目前的管道內檢測大多只針對在役管道，投產前管道內檢測仍受到諸多限制。近年來，隨著新建管道工程質量要求的提高，國內相關單位陸續開展建設期管道投產前內檢測項目，進行缺陷檢測與評價，保障新建管道的安全投產。

1  管道投產前檢測的背景

油氣管道建設工程采用的鋼管需要符合相關的標準規范要求，出廠時不存在超標管體缺陷。但是，管道施工工序復雜、現場環境惡劣，在建設過程中可能造成管體、焊縫等位置缺陷。因此有必要對建設期管道開展投產前檢測，以保證管道的順利投產。

首先，油氣管道在建設過程中，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、擠壓而產生凹陷、橢圓變形等幾何變形缺陷。按照施工驗收規范，超標的幾何變形缺陷需在投產前進行修復；長期空管放置的管道，由于管道內部封存壓力較低，受到周圍土壤移動的影響，容易產生變形、褶皺等缺陷。其次，有些管道由于各種原因，線路鋪設完畢后未能及時投產，隨著時間推遲，受到周圍土壤以及空氣環境影響，可能產生管體腐蝕缺陷，嚴重的將降低管壁的強度，影響管道的投產運行。再次，在建設階段把測量管道的中心線作為基準數據，運行期不間斷測量中心線并與建設期數據進行比對，能夠得出管道中心線變形情況，對存在較大變形的管段采取安全防護措施。

2  常見的投產前內檢測技術

管道投產前內檢測技術包括投產前管道幾何變形檢測、漏磁內檢測、電磁渦流內檢測、IMU檢測(中心線測繪）等，這些技術可實現建設期管道的幾何變形篩查、金屬腐蝕缺陷檢測與重要基礎數據留存。

2.1  幾何變形檢測

油氣管道在施工過程中，由于管溝底部地質條件等原因，可能造成管體發生變形。在地質條件較好的地區，建設期管道發生超標幾何變形的可能性相對較低，建設單位通常使用測徑清管器判斷管線是否存在超標幾何變形，然后使用過盈量較小的測徑清管器定位缺陷位置，開挖修復缺陷或換管。這種方法通過清管器卡停位置判斷管道的幾何變形點，具有一定的隨機性，可能造成定位不準，而且對于存在多個超標變形點的管段，變形篩查的效率低、成本高。

在地質條件復雜的區域，管道發生幾何變形的概率偏高，需要使用幾何變形內檢測器開展專項檢測。這種檢測器攜帶有幾何變形檢測臂，運行過程中遇到管道凹陷，能自動適應截面形狀的變化，通過高精度傳感器感知變形，里程輪采集管道的里程信息。檢測器內部的數據采集存儲單元，可以將管道變形量與管道里程同步記錄。應用幾何變形內檢測器，一次性運行便可以篩查整段管道的變形缺陷，便于開挖修復，能夠大大減小建設單位投產前測徑的工作量。在幾何變形檢測器上可以集成環焊縫探頭，能檢測到管道的環焊縫位置與數量，可對建設期管道環焊縫施工記錄進行對齊驗證。

投產前幾何變形檢測與在役管道的主要差別在于檢測器運行工況不同：在役管道內檢測器由輸送介質推動，投產前管道無輸送介質，檢測器的運行動力一般來源于外部壓縮空氣。依靠空壓機輸出的壓縮空氣推動檢測器運行，類似于在役天然氣管道內運行，但投產前檢測器運行狀況相對困難，主要是推動壓力與反向背壓都比較低，難以保證檢測器處于良好的運行狀態，容易產生速度沖擊。一般來說，空壓機的輸出流量、壓力均遠低于在役管道的泵、壓縮機組，檢測器驅動力不足，在大口徑管道檢測時容易造成檢測器停滯甚至卡堵；投產前檢測建立背壓只能靠空壓機從反向打壓，管線距離達到一定長度以后很難有效穩定壓力，這將導致檢測器運行速度不穩、瞬間速度過大，影響數據質量。因此，投產前幾何變形內檢測，需要保證前置清管效果好、不存在影響檢測器通過的超標變形以及建立穩定的背壓。

2.2  腐蝕缺陷檢測

管道建成后長期未投產，在放置期可能發生管體腐蝕、焊縫開裂等缺陷，這將成為投產運行時的不穩定因素。與在役管道內檢測類似，投產前腐蝕檢測的主流方式仍是漏磁內檢測。在建設期管道開展投產前漏磁檢測，能全面檢測管道的腐蝕、變形、焊縫異常等缺陷，能有效摸清長期未投產管道的本體狀態，有助于管道的順利投產，但相比于在役管道內檢測，投產前漏磁檢測仍面臨諸多難題。

投產前漏磁檢測工況分析。運行工況類似于幾何變形檢測器，需要外部壓縮空氣推動。區別在于漏磁檢測器的結構更復雜、變徑范圍低，存在強大的管壁磁吸附力，并且重量遠遠高于幾何變形檢測器，因此漏磁檢測器的運行需要更大的啟動壓差。與在役管道的漏磁內檢測相比，投產前管道驅動力相對較弱，檢測器容易產生停滯，再啟動時存在較大的速度沖擊，背壓較低的情況下減速更慢。速度沖擊與超速運行造成檢測數據質量下降，包括磁化的滯后引起的漏磁信號強度降低和檢測器采集頻率受限引起的數據缺失等。

投產前漏磁檢測實施要點。為了保證投產前漏磁內檢測的效果，重點是控制檢測器運行速度。在工藝上，可以通過建立足夠且穩定的背壓，緩解檢測器的速度沖擊。與幾何變形檢測類似，可靠的背壓將為檢測器運行創造較好的條件，但漏磁檢測器所需要的啟動壓差更大，并且對運行速度更敏感，需要提供更高的背壓。在檢測器經過上坡、下坡區域時，可根據實際情況調節背壓，盡可能地控制檢測器運行的速度。

除了在運行工況上做文章，還可以在檢測器的結構上進行優化改進，以改善在壓縮空氣環境下的運行狀況。檢測器速度沖擊主要由于靜態/動態摩擦力差值引起，需要盡可能減小靜動摩擦差，這可以減小檢測器啟動瞬間的加速度。另外，管線運行壓力低，需要實現最佳密封，確保能夠有效建立前后壓差。設計原則上要保證檢測器處于最小且恒定的摩擦阻力狀態，由于驅動壓力較低，管道介質能提供的壓差相應較低，因此需要減小檢測器的阻力。設計細則方面主要從皮碗、鋼刷、磁化強度、長度與重量方面優化，盡可能地降低啟動壓差。

驅動力較低導致的另一個問題是，檢測器運行的間距相對縮短�？諝饩哂袠O強的壓縮性，當檢測距離達到一定程度時，壓縮空氣的動力衰減明顯，難以再達到啟動壓差，導致檢測器停滯。因此投產前漏磁內檢測的檢測段間距，相比于在役管道要明顯縮短，理論上根據管道口徑、途徑地形進行綜合分析，實踐上可根據清管器運行狀態進一步評估。

實踐中開展管道投產前漏磁內檢測，還面臨諸多困難。線路閥門可能會影響檢測器通過，造成探頭與其他結構損壞；因檢測間距縮短，需要根據實際情況在管道線路上斷管安裝臨時收發球筒，檢測完成后還需要對斷管處進行金口連接；經過試壓的管道，在低洼處可能存在較多的積水，甚至存在泥沙等雜質，給漏磁檢測的前置清管帶來更大挑戰。另外，投產前漏磁內檢測還面臨著成本的考量。

2.3  內表面腐蝕缺陷檢測

使用IEC電磁渦流內檢測技術無需對管壁飽和磁化，沒有鋼刷等部件，所需的啟動壓力遠低于漏磁檢測器（最低0.5 MPa），因此更適合于低壓環境的投產前檢測。電磁渦流內檢測技術能夠檢測管道幾何變形、內壁腐蝕、環焊縫異常、錯邊等，對于內表面腐蝕的檢測性能與三軸高清漏磁水平相當。電磁渦流檢測器信號不受提離的影響，可以穿透蠟層或雜質，檢測出環焊縫錯變。

國內某管線長度39 km，口徑813 mm，開展了電磁渦流投產前檢測。建立背壓0.8 MPa，成功識別出管道基礎特征如環焊縫、法蘭、三通、熱彎、冷彎等，檢測到超標凹陷22處、大于20%壁厚的內腐蝕7處、環焊縫異常5處，為管道風險排查提供了重要的數據支持。

2.4  其他類型檢測

近年來，國內外對于不適宜采用壓縮空氣推動的建設期管道，采用自主驅動內檢測器開展投產前檢測。自主驅動型內檢測器主要集成幾何變形或漏磁檢測單元，不需要外部介質推動，可依靠自身攜帶的電源與電機提供動力，并且在運行過程中能主動控制速度，保證檢測器處于良好的速度區間，不僅節約了成本，而且提高了檢測效果。但是，這種檢測器對于自身驅動能力的要求非常高，尤其是攜帶漏磁檢測單元的自主驅動內檢測器，需要克服極大的運行阻力，遇到上坡時還需克服自身的重力。實踐中，自主驅動型內檢測大多用于平原地區的管道，適合運行阻力較低的幾何變形檢測。

3  結語

管道投產前內檢測是保障建設期管道安全投產的重要技術手段。近年來，隨著工程質量要求的提高，投產前檢測的需求愈加強烈。與在役管道相比，投產前管道內檢測面臨諸多困難，在檢測器的運行、檢測數據的質量、檢測結果分析與評價實施方面仍存在技術難度較大、經驗不足等問題。建議針對具體管道的狀況，明確檢測需求與檢測目標，選用適宜的技術開展投產前內檢測，保障新建管道安全投產。

作者簡介：燕冰川，北方管道公司技術支持中心（科技部），副主任，材料學博士。組織和參與編寫完整性管理相關ISO國際標準3項，第一編寫人國家標準2項，參與編寫行業標準6項、企業標準10項。ISO/TC67/SC2 WG21 管道完整性管理注冊成員，中央企業高端金屬材料創新聯合體工作委員會委員，國家管網集團資產完整性管理專業標準化技術委員會委員。