快速高效！推薦一套在役埋地油氣管道腐蝕缺陷無損檢測方法體系
2021-03-01 01:13:31
hualin
管(guan)道(dao)(dao)安全在(zai)油氣資源運輸(shu)過程中起著(zhu)至關重要的(de)(de)作用(yong)(yong)。隨(sui)著(zhu)在(zai)役年限(xian)的(de)(de)延長，管(guan)道(dao)(dao)會出現缺陷、泄(xie)漏(lou)、腐蝕失效(xiao)等(deng)現象，需定期(qi)對管(guan)道(dao)(dao)進行檢測(ce)。常用(yong)(yong)的(de)(de)管(guan)道(dao)(dao)無損檢測(ce)方法(fa)(fa)有超聲、渦流、漏(lou)磁(ci)等(deng)。這(zhe)些方法(fa)(fa)均能檢測(ce)管(guan)道(dao)(dao)上已存(cun)在(zai)的(de)(de)宏觀缺陷，且檢測(ce)效(xiao)果較好，但許多非開(kai)挖管(guan)道(dao)(dao)由(you)于自身結構、地(di)形(xing)環境(jing)、敷(fu)設情(qing)況等(deng)條件限(xian)制使(shi)得檢測(ce)成本高、效(xiao)率(lv)低，且難(nan)以識(shi)別管(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)早期(qi)隱性損傷(shang)區域(yu)，致使(shi)整個管(guan)線系(xi)統的(de)(de)安全受到威(wei)脅。因此，如何實現非開(kai)挖管(guan)道(dao)(dao)缺陷的(de)(de)高效(xiao)檢測(ce)和隱性缺陷識(shi)別是目(mu)前(qian)亟待解決的(de)(de)一個難(nan)題(ti)。
針對以上問(wen)題(ti)，近年來有(you)技(ji)術(shu)(shu)人(ren)員將非(fei)接(jie)觸(chu)(chu)式(shi)磁(ci)力檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)(shu)運(yun)用(yong)到(dao)管(guan)道(dao)(dao)腐蝕及內外(wai)缺陷檢(jian)測(ce)中，實(shi)現(xian)(xian)了(le)非(fei)開挖(wa)管(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)高效(xiao)檢(jian)測(ce)；也有(you)人(ren)運(yun)用(yong)接(jie)觸(chu)(chu)式(shi)磁(ci)記(ji)憶檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)進(jin)行管(guan)道(dao)(dao)焊縫質量和缺陷檢(jian)測(ce)，并(bing)取得了(le)顯著的(de)(de)成果。但很(hen)少有(you)人(ren)將這兩(liang)者聯合(he)應用(yong)。因(yin)此，西南(nan)石油大學石油與(yu)天然氣(qi)工程(cheng)學院的(de)(de)科研人(ren)員采用(yong)非(fei)接(jie)觸(chu)(chu)式(shi)磁(ci)力檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)(shu)對非(fei)開挖(wa)埋地管(guan)道(dao)(dao)進(jin)行全線缺陷檢(jian)測(ce)，結合(he)磁(ci)記(ji)憶檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)(shu)定(ding)性分析(xi)和超聲(sheng)波測(ce)厚法(fa)定(ding)量分析(xi)開挖(wa)管(guan)道(dao)(dao)進(jin)行驗證，形成一套(tao)針對埋地油氣(qi)管(guan)道(dao)(dao)缺陷檢(jian)測(ce)的(de)(de)方(fang)法(fa)體(ti)系(xi)，實(shi)現(xian)(xian)管(guan)道(dao)(dao)缺陷位(wei)置的(de)(de)準確定(ding)位(wei)和損(sun)傷等(deng)級判(pan)別。
非接(jie)觸(chu)式磁力檢(jian)測技術
技術原理
非(fei)接觸式磁力檢(jian)測方法(fa)是針對(dui)具有(you)一定埋深、受地磁場磁化(hua)的鐵磁性(xing)管(guan)道(dao)開(kai)展的，當(dang)管(guan)道(dao)存在局部缺陷區域時(shi)，其自身磁化(hua)率會發生改變，引起管(guan)道(dao)外(wai)一定范(fan)圍內磁場的變化(hua)。
通過梯度(du)(du)測(ce)量采集由管(guan)道(dao)產(chan)生的(de)(de)疊置(zhi)于(yu)地(di)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)之上(shang)(shang)且反映(ying)其缺(que)陷的(de)(de)附加磁(ci)(ci)場(chang)(chang)信(xin)息數據，由于(yu)在任意一點處(chu)管(guan)道(dao)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)梯度(du)(du)與地(di)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)梯度(du)(du)即地(di)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)最(zui)大變化率相(xiang)比顯得(de)非(fei)常強，因(yin)此(ci)非(fei)接觸式磁(ci)(ci)力檢測(ce)方法測(ce)得(de)的(de)(de)是管(guan)道(dao)正(zheng)上(shang)(shang)方一定距離處(chu)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)水(shui)平梯度(du)(du)，經(jing)推導能得(de)到(dao)測(ce)點處(chu)的(de)(de)磁(ci)(ci)力梯度(du)(du)模量G，再計算管(guan)道(dao)損(sun)傷等級(ji)指標F，以確(que)定管(guan)道(dao)損(sun)傷等級(ji)，然(ran)后通過檢測(ce)系統(tong)精確(que)定位(wei)管(guan)道(dao)中存在缺(que)陷的(de)(de)高風(feng)險位(wei)置(zhi)。
判定
依據(ju)
根(gen)據(ju)GB/T 35090-2018《無損(sun)檢(jian)測管(guan)(guan)道(dao)弱(ruo)磁檢(jian)測方法(fa)》，對于含有損(sun)傷(shang)的管(guan)(guan)道(dao)，依據(ju)損(sun)傷(shang)等級指(zhi)標F確定管(guan)(guan)道(dao)的損(sun)傷(shang)等級，F由下(xia)式計(ji)算：
F=e-AG
式中：A為(wei)修正系(xi)數；G為(wei)損(sun)傷程度的度量值，也就是(shi)磁力梯度模量。
根(gen)據管(guan)道(dao)損(sun)(sun)傷等級指標F的不同可將管(guan)道(dao)損(sun)(sun)傷劃分為三個等級：
Ⅰ級為高(gao)風險，高(gao)腐蝕
（壁(bi)厚損失率>40%）
Ⅱ級為中風險，中腐蝕(shi)
（壁厚損失率在20%~40%）
Ⅲ級為低(di)風險，低(di)腐(fu)蝕
（壁厚(hou)損失率(lv)<20%）
管道損傷等級及建議處理措施(shi)如下表(biao)所(suo)示：
檢(jian)測工具(ju)
本次檢(jian)(jian)測采用的工具為(wei)管道應(ying)力非接(jie)觸磁(ci)(ci)力檢(jian)(jian)測系(xi)統(tong)。利用該系(xi)統(tong)檢(jian)(jian)測管道時，不(bu)需要額外的磁(ci)(ci)化設備(bei)，它利用地(di)磁(ci)(ci)場實現管道的磁(ci)(ci)化，通過識別應(ying)力集(ji)中區(qu)域檢(jian)(jian)測缺陷部位(wei)產生(sheng)的漏磁(ci)(ci)信號，實現管道缺陷早期診斷。
實(shi)施檢測時對管(guan)道和環(huan)境的(de)要求如下：
（1）埋地管道直徑D范(fan)圍為55~3000mm；
（2）管道埋深不超過20D；
（3）管道壁厚(hou)不小于1mm；
（4）設備(bei)和管道間容許距離(li)為20D；
（5）背(bei)景環境中(zhong)無高壓線、電氣化鐵(tie)路、磁信號(hao)的(de)干擾。
圖片(pian)
磁(ci)記憶檢測技(ji)術
技(ji)術
原(yuan)理
管道在(zai)地磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)作用(yong)下具有(you)(you)磁(ci)(ci)性，在(zai)工(gong)作運(yun)行時(shi)承受著周期性變化(hua)的(de)(de)(de)載(zai)(zai)荷，隨著載(zai)(zai)荷的(de)(de)(de)增大，在(zai)磁(ci)(ci)致伸縮(suo)效應(ying)(ying)和(he)磁(ci)(ci)彈(dan)性效應(ying)(ying)的(de)(de)(de)作用(yong)下，埋地管道缺(que)(que)陷(xian)(xian)部位會(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)，從而使(shi)原有(you)(you)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)方向發生(sheng)(sheng)變化(hua)，去除載(zai)(zai)荷后，漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)并(bing)不會(hui)消失，在(zai)這個過程中管道保留了之前的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)強度并(bing)且(qie)不斷地增強，這一現(xian)象(xiang)被稱作為(wei)磁(ci)(ci)記(ji)憶(yi)效應(ying)(ying)。在(zai)地磁(ci)(ci)場(chang)(chang)和(he)工(gong)作載(zai)(zai)荷的(de)(de)(de)共(gong)同作用(yong)下，管道缺(que)(que)陷(xian)(xian)處磁(ci)(ci)記(ji)憶(yi)效應(ying)(ying)會(hui)更(geng)加明顯，因此通過獲(huo)取缺(que)(que)陷(xian)(xian)處漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)信息(xi)可以確定管道運(yun)行中發生(sheng)(sheng)缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)位置。若管道表面沒(mei)有(you)(you)缺(que)(que)陷(xian)(xian)，其(qi)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)會(hui)均(jun)勻分(fen)布。
管道局部缺陷處磁場強度(du)變(bian)化示意圖
判定
依據
當(dang)管(guan)道(dao)存在宏觀缺(que)(que)陷(xian)(xian)或微觀結(jie)構缺(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi)，會引起局部磁場分布異常，形成(cheng)漏(lou)磁場（磁場強(qiang)度Hp），漏(lou)磁場的法(fa)向(xiang)分量(liang)Hp（y）符(fu)號改變(bian)且過(guo)(guo)零(ling)點，切向(xiang)分量(liang)Hp（x）出現(xian)最大(da)值(zhi)，如下(xia)圖(tu)所示(shi)。因此，可(ke)根(gen)據管(guan)道(dao)周圍(wei)磁場分布來(lai)判斷缺(que)(que)陷(xian)(xian)位置，當(dang)異常磁場法(fa)向(xiang)分量(liang)Hp（y）過(guo)(guo)零(ling)點且符(fu)號改變(bian)或切向(xiang)分量(liang)Hp（x）存在最大(da)值(zhi)時(shi)，則磁場異常處為腐蝕缺(que)(que)陷(xian)(xian)部位。
（a） 法(fa)向分(fen)布 （b） 切(qie)向分(fen)布
缺陷部位漏磁場分(fen)布示意(yi)圖
超聲波測厚(hou)技術(shu)
采用TMG-II超聲波(bo)測(ce)厚(hou)(hou)儀(yi)進行管(guan)(guan)道(dao)壁厚(hou)(hou)分析，以(yi)驗證非接觸(chu)式磁力檢測(ce)結果。超聲波(bo)測(ce)厚(hou)(hou)方法需(xu)接觸(chu)管(guan)(guan)壁，對開挖管(guan)(guan)段實(shi)施橫向密集、環(huan)向時鐘性的(de)檢測(ce)。
本工作通(tong)過磁(ci)記憶檢測(ce)技術先找出開挖(wa)管段的缺陷位置，再對缺陷處實施壁厚(hou)測(ce)量(liang)，可提(ti)高檢測(ce)效率。
工程應用(yong)
本次檢測的埋地管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)一條外輸干線，長度為(wei)(wei)12.036km，平均埋深(shen)1.289 m，投產5年，無并(bing)行(xing)管(guan)(guan)道(dao)，管(guan)(guan)道(dao)所(suo)在區(qu)域(yu)地形起伏較小。管(guan)(guan)材為(wei)(wei)20號無縫鋼管(guan)(guan)，管(guan)(guan)道(dao)規格為(wei)(wei)Φ219mm×6.3mm，設計壓力為(wei)(wei)2.5MPa，目前運(yun)行(xing)壓力為(wei)(wei)2.0MPa，外防(fang)(fang)腐蝕措施(shi)包括端面防(fang)(fang)水帽(mao)（輻射交(jiao)聯熱(re)收縮(suo)防(fang)(fang)水帽(mao)）、防(fang)(fang)護層(ceng)（高密度聚乙烯）、保溫層(ceng)（硬質聚氨酯(zhi)泡沫(mo)）、防(fang)(fang)腐蝕層(ceng)（單層(ceng)熔結環氧樹脂）等。
該管(guan)(guan)道輸(shu)送介(jie)質為含水原油，在(zai)運行過程中(zhong)內(nei)腐(fu)(fu)(fu)蝕情況嚴重，腐(fu)(fu)(fu)蝕穿(chuan)孔(kong)維修16次(ci)。隨著管(guan)(guan)道在(zai)役時間的延(yan)長，潛(qian)在(zai)的腐(fu)(fu)(fu)蝕缺(que)陷會威脅整(zheng)條管(guan)(guan)線(xian)的安(an)全運行，急需一(yi)次(ci)全面(mian)、系(xi)統性的檢測(ce)。
檢測(ce)
過程
采(cai)用非接(jie)觸(chu)式(shi)磁(ci)力(li)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)(ji)術(shu)對管(guan)道全線(xian)實施(shi)大范圍的(de)缺陷檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)，管(guan)道參數(shu)(shu)符(fu)合(he)該(gai)技(ji)(ji)術(shu)的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)要求(qiu)。采(cai)集(ji)現場(chang)(chang)管(guan)道磁(ci)場(chang)(chang)數(shu)(shu)據，儀器(qi)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)采(cai)集(ji)點的(de)間距(ju)不超過(guo)0.25m。完(wan)成數(shu)(shu)據采(cai)集(ji)后，將數(shu)(shu)據導入檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)系統(tong)進(jin)行分析，計算(suan)管(guan)段的(de)損傷(shang)等(deng)(deng)級指(zhi)標、確(que)(que)定損傷(shang)等(deng)(deng)級，同時精確(que)(que)定位發生磁(ci)異常的(de)管(guan)段位置。最后，結合(he)現場(chang)(chang)開(kai)挖條(tiao)件，采(cai)用磁(ci)記(ji)憶(yi)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)(ji)術(shu)和SYT 0087.2-2012《鋼質(zhi)(zhi)管(guan)道及(ji)儲罐(guan)腐蝕(shi)評(ping)(ping)價標準(zhun)(zhun)埋地鋼質(zhi)(zhi)管(guan)道內腐蝕(shi)直(zhi)接(jie)評(ping)(ping)價》標準(zhun)(zhun)中規定的(de)超聲波(bo)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)厚法(fa)，對非接(jie)觸(chu)式(shi)磁(ci)力(li)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)結果進(jin)行驗證。
非接觸式(shi)
磁力檢測
結(jie)果
根據非接觸式(shi)磁力檢(jian)測技術(shu)初步檢(jian)測到的(de)磁場異常(chang)分布，將磁場異常(chang)位置形(xing)成GPS坐標(biao)。共檢(jian)測出6處Ⅰ級(ji)腐(fu)蝕缺(que)陷管(guan)(guan)段，管(guan)(guan)段腐(fu)蝕深度在40%以上，需(xu)要立(li)即維修，具體(ti)缺(que)陷位置和(he)磁異常(chang)綜合(he)指數(shu)F值分布見下表：
共(gong)檢測出(chu)50處(chu)Ⅱ級腐蝕缺陷管段，腐蝕深度在(zai)20%~40%，條件(jian)允許時需制定維修計劃；其余為Ⅲ級缺陷管段。全線腐蝕缺陷位(wei)置、F值分布(bu)及相(xiang)應損傷(shang)等級如下圖所示。
全線(xian)腐蝕(shi)缺陷位置和F值分布
開(kai)挖
檢測
結(jie)合磁記憶(yi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技術(shu)和(he)超聲波測(ce)(ce)(ce)厚(hou)法兩(liang)種方法對磁場異常管(guan)段(duan)進行開(kai)挖檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)。運用TSC-2M-8型磁記憶(yi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)儀對開(kai)挖管(guan)段(duan)的(de)3?6?9?12點(dian)時鐘位(wei)置(zhi)進行檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)，根據磁異常分(fen)布(bu)預先找(zhao)出管(guan)段(duan)腐蝕(shi)缺(que)陷的(de)位(wei)置(zhi)；然后(hou)通(tong)過超聲波測(ce)(ce)(ce)厚(hou)儀對磁記憶(yi)技術(shu)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)出的(de)缺(que)陷管(guan)段(duan)進行壁厚(hou)測(ce)(ce)(ce)量(liang)，從而實現開(kai)挖管(guan)段(duan)缺(que)陷位(wei)置(zhi)的(de)快(kuai)速識別和(he)腐蝕(shi)程度的(de)定(ding)量(liang)分(fen)析，提(ti)高(gao)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)效率。
根據非接觸式(shi)磁(ci)(ci)力(li)檢(jian)測結(jie)果可(ke)知，6號管(guan)段(duan)(duan)(duan)的磁(ci)(ci)場分布異常(chang)，損傷等(deng)級為(wei)(wei)(wei)Ⅰ級。以6號管(guan)段(duan)(duan)(duan)為(wei)(wei)(wei)例進(jin)行開挖檢(jian)測，以驗證(zheng)非接觸式(shi)磁(ci)(ci)力(li)檢(jian)測結(jie)果。6號管(guan)段(duan)(duan)(duan)為(wei)(wei)(wei)直管(guan)段(duan)(duan)(duan)，規(gui)格為(wei)(wei)(wei)Φ219mm ×6.3mm，管(guan)道(dao)埋(mai)深1.40m。開挖長度為(wei)(wei)(wei)6m、寬度為(wei)(wei)(wei)2.1m、深度為(wei)(wei)(wei)1.9m。開挖后外(wai)觀檢(jian)查發現該(gai)管(guan)段(duan)(duan)(duan)的保溫層完(wan)好，管(guan)段(duan)(duan)(duan)剝離(li)保溫層長度3.0m，防腐蝕層無破損，可(ke)判斷腐蝕類型為(wei)(wei)(wei)內腐蝕。
磁記憶
檢測結果
通過磁(ci)記憶檢測結(jie)果發現，6號管段3點鐘、9點鐘方向存在(zai)磁(ci)異(yi)常(chang)信號，如下圖(tu)所示。
6號管段3點鐘方(fang)向磁記(ji)憶檢(jian)測(ce)曲線(xian)
6號管(guan)段9點鐘(zhong)方(fang)向磁記憶檢測(ce)曲線
在(zai)6號管段(duan)的3點(dian)鐘方向(xiang)距測量(liang)(liang)起點(dian)0.3~0.4m、0.8~1.0m、1.2~1.3m、1.4~2.0m處和9點(dian)方向(xiang)距測量(liang)(liang)起點(dian)1.1~1.3m、1.7~1.8m處磁場法(fa)向(xiang)分量(liang)(liang)Hp（y）存(cun)在(zai)過(guo)零點(dian)現象(xiang)，由此可知，該(gai)管段(duan)3點(dian)鐘、9點(dian)鐘方向(xiang)存(cun)在(zai)局部腐蝕缺陷，需進行進一步的超聲(sheng)波測厚。
超聲波
測厚結果
根據SYT 0087.2-2012標準(zhun)中現(xian)場(chang)開挖檢測(ce)(ce)(ce)方(fang)法，采用超聲波測(ce)(ce)(ce)厚儀對磁記憶(yi)檢測(ce)(ce)(ce)技術(shu)檢測(ce)(ce)(ce)出(chu)的腐蝕嚴重管段(duan)的3點(dian)鐘(zhong)、9點(dian)鐘(zhong)方(fang)向進行壁(bi)厚測(ce)(ce)(ce)量(liang)，測(ce)(ce)(ce)量(liang)結果如下圖所示。
6號(hao)管段超聲波(bo)壁(bi)厚檢測值(zhi)
結果表明，最小(xiao)壁(bi)厚(hou)位(wei)置(zhi)在3點(dian)鐘方位(wei)距離測(ce)(ce)量起點(dian)0.8~1.0m處，厚(hou)度為3.10mm，壁(bi)厚(hou)損(sun)失率為50.8%（大于(yu)(yu)40%），可(ke)確(que)定6號管(guan)段的磁異常(chang)等級為Ⅰ級，與PMDT儀(yi)檢測(ce)(ce)確(que)定的磁異常(chang)等級一致，屬(shu)于(yu)(yu)高(gao)風險。
結論
1 由開挖檢測(ce)結(jie)果(guo)可判斷(duan)6號管段缺(que)陷類(lei)型為局部腐蝕，缺(que)陷損傷等(deng)級為Ⅰ級，與非(fei)接觸式(shi)磁力檢測(ce)結(jie)果(guo)相符(fu)，表明實際工程中可依據非(fei)接觸式(shi)磁力檢測(ce)技術對全線(xian)管道進行腐蝕缺(que)陷檢測(ce)。
2 實施開(kai)挖(wa)驗證(zheng)時，先(xian)運用磁記憶檢(jian)測(ce)技術快速檢(jian)測(ce)出(chu)(chu)管段(duan)磁異常部位，預(yu)先(xian)找出(chu)(chu)管段(duan)缺陷位置，再通(tong)過超(chao)聲波(bo)測(ce)厚儀(yi)對腐蝕(shi)缺陷管段(duan)進行壁厚檢(jian)測(ce)，相對于單獨采(cai)用超(chao)聲波(bo)測(ce)厚法開(kai)挖(wa)驗證(zheng)，該方法的檢(jian)測(ce)效率(lv)顯(xian)著提高。
3 應用非接觸式(shi)磁力檢(jian)測(ce)技術(shu)初(chu)步檢(jian)測(ce)，結合磁記憶檢(jian)測(ce)技術(shu)定性分(fen)析和超聲波(bo)測(ce)厚(hou)法定量分(fen)析開挖管(guan)道(dao)進行驗證，形成一套針對(dui)埋(mai)地(di)管(guan)道(dao)的快(kuai)速高效的缺陷檢(jian)測(ce)方(fang)法體系，實現(xian)(xian)管(guan)道(dao)缺陷位置的準確定位和損傷(shang)等(deng)級(ji)評價(jia)，為埋(mai)地(di)管(guan)道(dao)腐蝕缺陷的現(xian)(xian)場檢(jian)測(ce)提供一定的借鑒價(jia)值。