上海燃氣(集團)有限公司 顏達峰

油氣管道超聲波內(nèi)檢測技術(shù)進展

上海燃氣(集團)有限公司 顏達峰

超聲波內(nèi)檢測器是油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)中最精確和最可信的內(nèi)檢測器，其可以在管線中行走并采集數(shù)據(jù)，在多數(shù)情況下，超聲波內(nèi)檢測器可以在不影響管道運行的情況下進行管道內(nèi)檢測。超聲波內(nèi)檢測器相對于漏磁內(nèi)檢測來說具有數(shù)據(jù)精確的特點，通過內(nèi)檢測器上的探頭發(fā)射超聲波測量管壁的缺陷，并且記錄數(shù)據(jù)，最終由數(shù)據(jù)分析中心分析并出具報告。隨著科技的進展，超聲波內(nèi)檢測器可以通過不同的特殊配置滿足管道運營商的需要。

油氣管道 超聲波內(nèi)檢測器 特殊配置 技術(shù)進展

1 管道內(nèi)檢測技術(shù)概述

隨著西氣東輸一、二線和各省市天然氣管網(wǎng)的修建，已經(jīng)初步形成了覆蓋全國的天然氣管網(wǎng)。在我國，多數(shù)管道都已經(jīng)運行了近20年，已經(jīng)到了事故的高發(fā)期，如我國四川省的輸氣管網(wǎng)投運后，因天然氣H2S含量偏高，導致管道出現(xiàn)應力腐蝕破裂事故。

中石化青島管道爆炸事故發(fā)生后，我國對于管道的安全運營提出了更高的要求，并且要求對全國油氣管道進行安全排查。管道完整性管理的日趨嚴格，管道檢測起到非常重要的作用，其中油氣管道內(nèi)檢測由于能夠定量定性并且精確確定管道的腐蝕和裂紋情況，作為重要的檢測技術(shù)，被廣泛用于管道檢測中。

現(xiàn)有的管道內(nèi)檢測可采用智能化的內(nèi)檢測器。通過油氣管道的收發(fā)球筒發(fā)射和接收，管道內(nèi)的壓差推動內(nèi)檢測器在管道內(nèi)行走，管道內(nèi)檢測器利用自身攜帶的探頭，掃描和探測管壁，通過自身配備的存儲器記錄數(shù)據(jù)。當內(nèi)檢測器從接收球筒取出后，技術(shù)人員即可對記錄的數(shù)據(jù)進行分析，并且出具管道檢測報告，為業(yè)主提供管道腐蝕的詳細情況以及管道缺陷的具體位置，為業(yè)主管道的完整性管理提供重要的基礎數(shù)據(jù)和資料。

目前管道在線內(nèi)檢測器技術(shù)方法主要有漏磁檢測法和超聲波檢測法。

上世紀60年代美國Tuboscope公司采用漏磁檢測法首先研制出管道漏磁內(nèi)檢測器，并在管道內(nèi)進行了在線檢測。70年代英國天然氣公司(British Gas)采用漏磁法，并且引用了定量分析方法，對旗下天然氣管道的管道壁腐蝕減薄狀況進行了在線檢測。隨后，德國Pipetronix公司推出以超聲波作為技術(shù)原理的管道超聲波內(nèi)檢測器，其通過液體耦合劑傳導超聲波，使用專用超聲波探頭發(fā)生與接收超聲波，并定量測量管道壁厚。

2 漏磁內(nèi)檢測技術(shù)與超聲波內(nèi)檢測技術(shù)對比

2.1 漏磁內(nèi)檢測技術(shù)概述

漏磁內(nèi)檢測器的原理是基于漏磁原理制成的一種可以在管線中進行內(nèi)檢測的儀器，被磁化的管壁中如果有異?；蛘呓饘贀p耗，將造成磁場的泄露，其技術(shù)原理見圖1。

圖1 漏磁檢測技術(shù)原理

如圖1所示，當內(nèi)檢測器在管線中運行時，檢測器上的探頭可以探測到漏磁線的變化，從而記錄管線的異常。若被測管道管壁表面光滑沒有缺陷且內(nèi)部沒有夾層等缺陷，則磁通將全部通過被測的管道管壁，如果管道管壁內(nèi)壁或外壁存在缺陷，如腐蝕坑、片狀腐蝕、點蝕等，則會導致缺陷處及附近的磁阻增大，使附近的磁場發(fā)生畸變，通過裝載在內(nèi)檢測器上的霍爾元件或移動的感應線圈可測得磁場發(fā)生畸變的程度，定性地測量管壁的缺陷。

漏磁檢測器通過感應線圈測量到的是管道管壁的磁場變化，需要數(shù)據(jù)分析師對數(shù)據(jù)進行解釋和編譯后得到管壁的缺陷數(shù)據(jù)。這是一種間接的測量方法，有很多局限性：

(1)漏磁檢測器對于軸向缺陷或者裂紋感應不敏感，因為管道壁上的磁線平行于磁力線，軸向的缺陷或裂紋不能對磁線產(chǎn)生有效干擾，導致檢測器無法有效感應磁場變化，故漏磁內(nèi)檢測器無法有效探測到軸向缺陷或者裂紋。

(2)漏磁檢測器會在焊縫區(qū)域出現(xiàn)漏檢，這是因為漏磁檢測器探頭本身有一定長度當內(nèi)檢測器運行到焊縫區(qū)域時，探頭無法緊貼管壁，造成焊縫區(qū)域的信號丟失，出現(xiàn)漏檢的情況。

(3)漏磁內(nèi)檢測器對于管壁的厚度有所要求，由于需要磁化管壁，對于管壁較厚的管道，無法完全磁化管壁，導致不能保障傳感器能夠感應到管壁的磁通量的變化，所以對于管壁比較厚的管道，進行漏磁內(nèi)檢測不能取得良好的效果。

2.2 超聲波內(nèi)檢測技術(shù)概述

超聲波內(nèi)檢測器自面世以來，以其卓越的精確度為油氣管道提供了完善的保障和精確的檢測，在油氣管道中運行時，通過超聲波無損檢測技術(shù)采集缺陷數(shù)據(jù)，最新一代的超聲波內(nèi)檢測器可以提供管壁厚度和裂紋的精確測量，無論是軸向還是環(huán)向的缺陷，甚至是小范圍的點腐蝕，超聲波內(nèi)檢測器均可以進行精確檢測。

一套典型的超聲波內(nèi)檢測器結(jié)構(gòu)包含：驅(qū)動模組、電池模組、里程輪模組、數(shù)據(jù)模組和探頭載具模組，超聲波內(nèi)檢測器自身不具備動力，通過管道的壓差推動超聲波內(nèi)檢測器在管道中行進。通過自身配備的電池供電，使超聲波探頭發(fā)射超聲波，并且將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)模組中，待超聲波內(nèi)檢測器接收后，由技術(shù)人員下載其中的數(shù)據(jù)并進行分析。

2.2.1 管壁厚度的定量測量

超聲波內(nèi)檢測技術(shù)是可以提供對于管壁厚度的定量測量，其技術(shù)原理見圖2。

圖2 超聲波內(nèi)檢測技術(shù)原理

圖2 表示了超聲波內(nèi)檢測器對于管道壁厚(金屬損耗檢測)的技術(shù)原理，由超聲波內(nèi)檢測器攜帶的超聲波發(fā)射探頭通過液體耦合介質(zhì)向管道管壁發(fā)射超聲波，超聲波信號部分由管道管壁內(nèi)表面反射，部分由管壁外表面反射，根據(jù)此提供投射距離和壁厚的測量數(shù)據(jù)，通過預先設定的基準，測量管道管壁的金屬損失。

2.2.2 管道裂紋檢測

管道使用時間的增長，管道裂紋成為管道的重要風險，由于管道類型、材質(zhì)和運行狀況不同，管道會產(chǎn)生不同類型的裂紋或裂紋狀缺陷，如應力腐蝕開裂、焊縫開裂及軸向或環(huán)向熱影響區(qū)的裂紋。

超聲波裂紋內(nèi)檢測器提供了對于管壁裂紋缺陷的有效檢測。其技術(shù)原理見圖3。

圖3 超聲波管壁裂紋缺陷檢測技術(shù)原理示意

圖3表示超聲波內(nèi)檢測器的探頭通過一定角度和液體耦合劑向管壁發(fā)射超聲波，通過發(fā)射回波的情況，可判讀管壁的裂紋缺陷。

2.2.3 超聲波內(nèi)檢測器的缺陷

與漏磁檢測法相比，超聲波檢測法更具有精確性和有效性，超聲波內(nèi)檢測器正在越來越廣泛地用于油氣管道檢測中，但超聲波內(nèi)檢測器也有一定的缺陷。對于目前的超聲波內(nèi)檢測器來說，需要通過液體耦合劑傳播超聲波，如果需要在天然氣管道中進行超聲波內(nèi)檢測，只能在天然氣管道中添加多個密封清管器，在前后清管器中添加液體，使超聲波內(nèi)檢測器在液體的環(huán)境下運行，從而完成在天然氣管道中的超聲波檢測。

3 超聲波內(nèi)檢測技術(shù)進展

3.1 超聲波內(nèi)檢測器通過性能

隨著管道運營商對于管道要求標準的日益提高，管道內(nèi)檢測公司必須不斷發(fā)展以滿足管道運營商的要求，例如，舊款的超聲波裂紋和壁厚內(nèi)檢測器只能通過3D的彎頭，隨著科技的進步和發(fā)展，現(xiàn)在標準的超聲波內(nèi)檢測器可以順利通過1.5D的彎頭。

3.2 高含蠟原油管道環(huán)境

超聲波內(nèi)檢測器在高含蠟原油管道中的檢測過程中，會被覆蓋大量的蠟，這樣會阻礙探頭發(fā)射超聲波，導致超聲波內(nèi)檢測器很難取得有效數(shù)據(jù)甚至不能取得數(shù)據(jù)，并且大量的蠟覆蓋在超聲波內(nèi)檢測器上有導致檢測器在管道內(nèi)卡管的風險。

現(xiàn)階段最新發(fā)展的超聲波內(nèi)檢測器可以通過特殊的配置，如特殊探頭模塊設計、涂層和旁通系統(tǒng)使超聲波內(nèi)檢測器可以在高含蠟原油管道中獲得有效數(shù)據(jù)。

3.3 多尺寸超聲波檢測器

在部分管道中存在多管徑現(xiàn)象，這種情況不適宜使用單一管徑的內(nèi)檢測器，最新的超聲波內(nèi)檢測器可以提供適應多種管徑的檢測器，同時還可根據(jù)管道具體情況定制特殊管徑的超聲波內(nèi)檢測器。另外，對于海洋管道尤其是海洋立管來說，多數(shù)只有一處進出口，即發(fā)射球筒和接收球筒為一個裝置，在這種情況下，現(xiàn)在可以提供雙向運行的超聲波內(nèi)檢測器進行檢測。

4 結(jié)論

隨著科技的日益發(fā)展和愈來愈高的安全和環(huán)境要求，對管道管理、運營提出了更高的要求，并且各個國家的法律法規(guī)日趨嚴格，因此對管道進行高質(zhì)量的完整性管理顯得非常重要。

管道完整性管理的基石在于管道檢測數(shù)據(jù)的采集，而管道內(nèi)檢測作為現(xiàn)階段最有效的檢測方法，發(fā)揮了重要的作用。管道超聲波內(nèi)檢測器具有卓越的檢測精度可以提供定量壁厚測量，并且能夠提供漏磁內(nèi)檢測器所不具備的管道裂紋精確檢測，為管道完整性評估、腐蝕生長、壽命評估、風險評價提供基礎數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，超聲波內(nèi)檢測技術(shù)越來越完善，超聲波內(nèi)檢測器在管道檢測中發(fā)揮更重要的作用有期可待。

Development of Ultrasonic Technology in Oil and Natural Gas Pipeline Inspection

Shanghai Gas (Group) Co., Ltd. Yan Dafeng

The ultrasonic inspection machine is the most accuracy and reliable machine in the oil and natural gas pipeline inspection, which can move and obtain the data in the pipe and in most case, this process is made in the pipe. The defects of pipe wall can be found by the probe and analyzed in the data analysis center. With the development of science, it can meet the different needs by using different configuration.

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