張東杰

中油管道檢測技術(shù)有限責任公司

摘要：管道漏磁內(nèi)檢測是保證油氣管線安全運行的重要手段，在超低流速管道內(nèi)開展內(nèi)檢測，由于漏磁檢測器運行速度過慢會嚴重影響檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量。為此，研發(fā)了具備新型探頭的漏磁檢測器進行了超低流速管道內(nèi)檢測試驗，經(jīng)實際應用表明檢測數(shù)據(jù)可滿足要求。

關(guān)鍵詞：管道內(nèi)檢測；漏磁檢測；超低流速；特征峰值

管道漏磁內(nèi)檢測是保證油氣管道安全運行的重要手段和有效措施。通過定期內(nèi)檢測作業(yè)，可以全面了解整條管線的腐蝕、變形等狀況，及時對管道進行維護，達到保證管道完整性和長期安全平穩(wěn)運行的目的。由于漏磁內(nèi)檢測器數(shù)據(jù)采集的最佳運行速度區(qū)間為0.5 m/s～3.0 m/s，當管線介質(zhì)流速低于0.5 m/s（超低流速）時，將影響檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量。為此，研發(fā)了超低流速管道檢測技術(shù)，并開展了試驗。

1  技術(shù)方案

1.1  檢測器探頭設計優(yōu)化

（1）漏磁檢測基本原理。線圈式漏磁檢測器進行管道缺陷檢測的基本原理是管壁被檢測器自身所攜帶的強磁體磁化，當管壁存在缺陷時，管壁內(nèi)的磁力線被缺陷阻隔，缺陷處的磁力線發(fā)生畸變，一部分磁力線泄漏出管壁內(nèi)外表面形成漏磁場（圖 1）。當檢測器探頭傳感器內(nèi)的線圈貼著管道表面掃查時，缺陷產(chǎn)生的漏磁場會引起穿過線圈磁通量的變化，從而線圈中會產(chǎn)生感應電動勢形成缺陷信號。感應電動勢的大小與穿過閉合電路的磁通量變化的快慢有關(guān)系：

E = nΔΦ/Δt    （1）

式中：E為感應電動勢，V；n為線圈匝數(shù)；ΔΦ為磁通量，Wb；Δt為時間，s。當檢測器運行速度慢時，Δt增大，若E不變，則可以增加n或ΔΦ，即增加探頭內(nèi)線圈的匝數(shù)或在線圈內(nèi)部放置矽鋼片。

圖 1 漏磁原理

（2）試驗分析。①線圈匝數(shù)與矽鋼片對缺陷信號捕捉強度的影響。分別制作500匝線圈和1000匝線圈無矽鋼片探頭，以及500匝線圈和1000匝線圈加矽鋼片探頭，對四種探頭施加同一低速移動缺陷漏磁場，觀察其所捕捉到的模擬缺陷信號幅值，試驗結(jié)果見表 1。表 1結(jié)果表明，通過增加線圈數(shù)量或添加矽鋼片可以提高線圈式探頭在低速條件下捕捉缺陷信號的強度，并且兩種方式結(jié)合對于信號捕捉有疊加增強效果。但過度增大缺陷信號強度會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而無法對缺陷進行量化。為進一步確定檢測器探頭合理結(jié)構(gòu)，應用某國家工程實驗室漏磁檢測器直線試驗臺，模擬探頭采集管道缺陷和焊縫信號，比較相同特征位置峰峰值。②管道缺陷和焊縫信號相同特征位置峰峰值對比。從表 2試驗結(jié)果可以看出，1000匝加矽鋼片探頭信號達到飽和，故不可取；500匝加矽鋼片和1000匝無矽鋼片探頭信號拾取能力比500匝無矽鋼片提高了一倍，但是500匝加矽鋼片探頭加裝因矽鋼片尺寸誤差對信號的偏差影響較大，并且加裝矽鋼片后探頭整體重量增加較多，在運行距離較長的情況下，容易導致探頭磨損加劇，而1000匝無矽鋼片探頭的個體統(tǒng)一性更好控制，故最終方案選用1000匝無矽鋼片探頭。

表 1 不同探頭類型缺陷信號捕捉強度試驗結(jié)果

表 2 管道缺陷和焊縫信號相同特征位置峰峰值結(jié)果

1.2  牽拉試驗

（1）探頭制作與安裝。批量加工制作選定的1000匝無矽鋼片探頭，并安裝到優(yōu)化后的直徑610 mm漏磁檢測器上，進行整體聯(lián)調(diào)。

（2）牽拉試驗設計。在某管道檢測器牽拉試驗中心開展了優(yōu)化探頭的漏磁檢測器牽拉試驗。漏磁檢測器主探頭與ID/OD探頭均采用了線圈形式。采用與被檢測管道相同的管材，9.5 mm、11.9 mm兩種壁厚鋼管。在管材上預制人工缺陷121處，涵蓋內(nèi)外部坑狀缺陷、普通缺陷、周向凹溝、軸向凹溝等缺陷類型。布管完成后分別以0.1 m/s、0.2 m/s的速度牽拉漏磁檢測器10次（牽拉5次后將管道翻轉(zhuǎn)180°再牽拉5次）。

（3）牽拉試驗結(jié)果。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示121處缺陷點均采集到信號，里程定位精度0.7‰，周向位置準確，主探頭信號良好，在不同壁厚的管段上對各種類型的最小缺陷拾取能力如表 3、表 4所示。可以看出，該設備對坑狀金屬損失（2A×2A）的檢測閾值為12 %wt；一般金屬損失（4A×4A）的檢測閾值為5 %wt。11.9 mm壁厚鋼管最小缺陷A×A、2A×2A的信號全部能夠拾取到（圖 2、圖 3）。以上牽拉試驗結(jié)果表明，經(jīng)過改造的漏磁檢測器，在0.1 m/s～0.2 m/s超低速條件下，能夠成功拾取管道上的小缺陷信號。

表 3 9.5 mm壁厚鋼管最小缺陷拾取能力

表 4 11.9 mm壁厚鋼管最小缺陷拾取能力



圖 2 壁厚11.9 mm 鋼管A×A缺陷拾取情況

圖 3 壁厚11.9 mm鋼管 2A×2A缺陷拾取情況

1.3  模型建立與軟件開發(fā)

（1）缺陷三維尺寸量化模型建立。管道漏磁檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是建立反映相應漏磁場信號和缺陷尺寸的量化模型，以確定漏磁信號特征與缺陷特征之間的關(guān)系，缺陷量化模型的優(yōu)劣決定了管道檢測報告的可信度。對牽拉試驗中獲得的121處不同缺陷類型的數(shù)據(jù)結(jié)果進行處理，結(jié)合有限元分析法、回歸分析法并聘請多位專家輔以人工經(jīng)驗，匯總分析共計10萬公里內(nèi)檢測開挖校驗結(jié)果，構(gòu)建了新的缺陷三維尺寸量化模型。缺陷量化模型的長度、寬度、深度誤差在±10 %wt以內(nèi)的精度指標達95%以上，超過目前國內(nèi)外通用的90%指標；缺陷檢測和識別概率達到95%，高于國際上通用的90%指標。據(jù)此可以更加精準的對缺陷點管道進行剩余壽命評價，提高用戶維修準確率，降低維修成本。

（2）缺陷點剩余強度模型建立。參考ASME B31G―2012中管道剩余壽命計算方法建立了缺陷點剩余強度模型。以該模型為基礎，給出不滿足當前完整性管理要求需要立即維修的金屬損失缺陷點，結(jié)合管道腐蝕增長率統(tǒng)計分析和運營條件對管道剩余壽命進行預測。據(jù)此確定管道缺陷的維修次序，制定合理的維護維修計劃。

（3）用戶軟件。開發(fā)的配套用戶軟件具有三大功能：可以實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)、分析查詢結(jié)果與各種統(tǒng)計圖表間的相互調(diào)用；具備開挖作業(yè)單自動輸出功能，為用戶自動生成任意缺陷的開挖信息，提供全面、準確、直觀的開挖定位信息；可以全面查看檢測結(jié)果、原始檢測數(shù)據(jù)，快速查詢各種功能圖表及按條件檢索分析結(jié)果。

2  實施效果

應用改造后的610 mm漏磁檢測器對某原油管線實施內(nèi)檢測作業(yè)，其中單一管段最長距離280 km，最長運行時間547 h，運行最低速度0.139 m/s，漏磁檢測器收出后機械體完整，探頭采集信號狀態(tài)正常，檢測數(shù)據(jù)完整。

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析，選取4處開挖驗證點，現(xiàn)場開挖驗證結(jié)果見表 5。

表 5 檢測結(jié)果與現(xiàn)場開挖驗證結(jié)果對比

對比4處開挖驗證點，深度誤差分別為0.1%、1.0%、5.0%、0.8%，均遠小于10%，缺陷深度檢測結(jié)果符合驗收要求；缺陷長度與寬度檢測結(jié)果與現(xiàn)場測量結(jié)果一致，符合驗收要求；缺陷點最大偏差15°，符合驗收要求。

改造后的漏磁檢測器突破了以往最低運行速度不能小于0.5 m/s的限制，成功應用到蘇丹三段原油超低流速管道內(nèi)檢測作業(yè)中，現(xiàn)場開挖驗證結(jié)果與漏磁檢測器檢測結(jié)果一致。

3  結(jié)語

具備新型探頭的漏磁檢測器經(jīng)現(xiàn)場超低流速工況檢測作業(yè)中應用，采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量達到要求，檢測結(jié)果與現(xiàn)場開挖驗證結(jié)果基本一致。可應用于超低流速工況管道漏磁檢測作業(yè)中。

作者簡介：張東杰，1987年生，碩士研究生，工程師，現(xiàn)主要從事管道內(nèi)檢測工作，聯(lián)系方式：15954083988，771313297@qq.com。