无损检测技术在石油天然气管道行业的应用

 

　　油气长输管道作为一种输送设备被广泛应用于石油、石化和化工等行业。随着运行时间的增长，部分管道在设计、制造、安装及运行管理中的问题逐渐暴露，致使管道事故时有发生，对人民生命财产安全、社会稳定和工业生产构成威胁。

　　同时，未来二十年，我国将进入埋地管道建设和发展的高峰期。如何发现管道缺陷，提高检测水平，在埋地管道的制造、安装和使用等不同阶段采用无损检测技术十分重要。

　　管道的无损检测技术及特点

　　埋地管道元件

　　压力管道由各种元件安装而成，包括管子、管道、法兰、阀门、膨胀节、波纹管、密封元件及特种元件，材质分为金属和非金属两大类。

　　钢管

　　埋地管道用管材包括无缝钢管和焊接钢管。无缝钢管采用液浸法或接触法超声波检测，主要发现纵向缺陷。液浸法使用线聚焦或点聚焦滩头，接触法使用与钢管表面吻合良好的斜探头或聚焦斜探头。所有类型的金属管材都可采用涡流方法来检测它们的表面和近表面缺陷。焊接管又分螺旋和直缝焊接钢管，焊缝采用100%射线检测，通常采用X射线实时成像检测技术。

　　锻制管件

　　锻制管件主要包括法兰、三通、变径管、管道承插座、滩头、弯管和封头等，其制造应符合GB/T19326-2003等标准的有关规定。通常采用超声波方法来检测锻件中的危害性冶金缺陷。一般采用纵波直探头对加工过程中的实心锻件进行检测，采用横波斜探头对内外径之比<80%的环形或筒形锻件进行周向检测。

　　钢棒材

　　钢棒材主要用于锻件和螺栓的制造。对于直径>50mm的钢螺栓件，需要采用超声来检测螺栓杆内存在的冶金缺陷。超声检测采用单晶或双晶直探头的纵波检测方法。

　　非金属附件

　　管道附件的非金属镶装件、填料和密封垫应根据管道输送的介质，进行相应的介质耐腐蚀性和耐温等检测。

　　埋地管道安装过程

　　管道安装过程中的焊接施工是管道建设中最主要的环节之一。随着目前油气输送管道纲级、口径、壁厚和输送压力的增高，管道焊接施工难度加大，对管道对接环焊缝的无损检测技术要求也更严格。通常执行的行业标准是SY/T 4109—2005和SY/T0327—2003，是按照管线工作压力、通过的区段或环境，要求采用一定比例的超声波检测和X射线检测。对于穿越地段，要求对接环焊缝必须进行100%超声波检测和X射线检测。目前对管道自动焊主要采用相控阵或多通道超声波检测。

　　在线埋地管道

　　对在线埋地管道进行检测的主要目的是评价管道本体的结构完整性，检测内容包括位置走向勘测、腐蚀评价、泄漏检测和缺陷检测技术四大方面。根据其特点，检测技术又可分为内检测和外检测两大类。内检测技术主要采用管道内部爬行器和智能管道机器人；外检测技术根据是否需要与管体直接接触，分为开挖检测和非开挖检测技术。

非开挖检测技术

　　管道内部机器人检测技术

　　管道内部机器人（即管道机器人）在管道检测中得到较为广泛的运用。目前，美国、英国、法国和德国等已开发出了管道机器人样机，并在检测中得到成功应用。管道机器人是一种可在管道内行走的机器，可以携带一种或多种传感器，在操作人员的远端控制下进行一系列检测作业。

　　一个完整的管道检测机器人包括移动载体、视觉系统、信号传诵系统、动力系统和控制系统等。管道机器人的主要工作方式为在视觉、位姿等传感器的引导下，对管道环境进行识别，接近检测目标，利用超声波、漏磁通和涡流传感器等进行信息检测和识别，自动完成检测任务。

　　其核心组成为管道环境识别系统（视觉系统）和移动载体。目前国外的管道机器人不仅能够进行管道检测，还具有管道维护与维修等功能，是综合的管道检测维修系统。

　　漏磁通检测技术漏磁通检测（MFL）

　　主要用于检测管道的腐蚀缺陷，提供管道上所有缺陷和管件的里程、距最近参考点的距离、周向位置、距上下游环焊缝的位置，缺陷的深度和轴向长度等信息。目前，它被广泛地应用在长输管道、炼油厂管网、城市管网和海底管线的检测。

　　由于漏磁信号和缺陷之间是非线形关系，管壁的受损情况需通过检测信号间推断出来，其检测精确相对于超声波检测法较低，适用于最小腐蚀深度为20%—30%壁厚的腐蚀状况检测。该方法要求传感器与管壁紧密接触，由于焊缝等因素的影响，管壁凸凹不平，使接触要求有时难以难道。

　　同时由于在测量前必须将管壁磁化，因此漏磁通法仅适合薄管壁。但是保佑于其价格低廉，检测精度能满足我国大部分地区的要求，目前在我国使用较多。

　　涡流检测技术涡流检测技术

　　主要用于检测管壁内表面的裂纹、腐蚀减薄和点腐蚀等，是目前应用较为广泛的管道无损检测技术，分为常规、投射式和远场涡流检测。常规涡流检测受集肤效应的影响，只适合于检测管道表面或近表面缺陷；透射式涡流检测和远场涡流检测灵敏度。

　　远场涡流法具有便于自动化检测、检测速度快、适合表面检测、适用范围广、安全方便以及消耗物品少等特点，在发达国家得到广泛的重视。由于温度和探头的提离效应、裂纹深度以及传感器的运动速度等均对涡流检测信号有一定的影响，而且由于远场涡流很难由检测信号直接确定缺陷种类，因此要考虑影响压力管道涡流检测信号的各种因素，才能取得较好的检测效果。

　　超声波检测技术

　　超声波检测技术相对于漏磁通法而言，具有直接和定量化的特点，其数据损失可由相关的软件补偿，所以有较高的精度。但由于受超声波波长的限制，对薄壁管，同时对关内的介质要求较高。当缺陷不规则时候，将出现多次反射回波，从而对信号的识别和缺陷信号的识别能力。

　　由于超声波的传导必须依靠液体介质，且容易被蜡吸收，所以超声波检测技术对含蜡高的油管线存在检测局限。由于从发射器到管壁之间需要均相液体作为声波传播媒介，所以用于天然气管道时，需要在一个液体段（通常为凝胶）的两端运行两个常规清管器，超声波检测器放入液体段中运行。

日本钢管株式会社（NKK）研制的超声波检测清管器能再现管道壁厚和管道内壁表面的图象，探测焊缝腐蚀，检测腐蚀深度为管壁厚度10%。该公司研制的轮式干耦合超声波检测器（用于天然气管线）不需要耦合剂，检测效果良好，目前正在开发可用于长距离天然气管道的检测器。