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油气管道 内检测技术的发展

发表时间:2019-03-26 20:33

摘要 我 国的油气管道发展空间极其广 阔,研 究原油输送腐蚀检测器将对我国打破 国外技 术

封锁 ,保 障 国家原 油安全 输送有 重要 的战 略意义 。在介 绍 了几种管道 内检测技 术优缺 点 的基础 上 ,

指 出 了我 国管道 内检测 技 术 的技 术现状 。还 介绍 了国外和 国内管道 内检测 装置 的发展 状况和 水 平 ,

最后 指 出我 国应 充分发 挥 油气管 网监控 与数据 采集 系统 的全局优 势 ,优 先发 展超 声导 波检测 技 术 ,

并指 出了我 国管 道 内检 测技 术 的研 究方 向和发 展趋 势。

关 键词 管 道 内检 测 油 气输 送 超 声 波法 超 声 导波 管 网

0 引 言

1959年 中同第 1条输 油管道— —新 疆 克拉玛 依

油 田至独山子炼油 厂原 油管 道建 成投 产 ,截 至 2009

年 ,中 国分别建成 原油 、成 品油和 天然气 管道 1.7、

1.4和 3.1万 km 。管道运 输 承担 着我 国 70% 的

原油 和 99%的天然气运输量 。

2005年底 俄罗 斯 的管道 干 线 总长 度 为 21.7万

km.3; 目前 ,加 拿大 拥有 的’?南气管 线 总里 程 40余

万 km; 日本 和 西 欧均 突 破 20万 km;美 国 已拥 有

29万 km的输油管道和30万 km的输气管道 ,位居

世界第一。据美 围材料试验协会研究 ,管道运行时

的危 险 系数随管 道运行 年 限的增 加成倍增 加 。据统

计 , 目前 世界 上 50% 以上 的管 网趋 于 老 化 ,我 国

60% 的原油 管 道 已 经运 营 了 20a以上 ,东 部 管 网

的服 役年 限 已超 过 30a 。

发达 国家 的管道投 产后 即对其 技术状 况进 行跟

踪检 测 ,在管体 腐蚀等 缺 陷严 重 到发生泄 漏之 前就

能及 时发 现并主 动进行 修复 ,而 我 国的管 道维 护还

主要 停 留在 “事 故 后 抢 修 ” 阶段 冈 此 ,必 须 对

运行 管道进 行定 期 的 、全 面检 测 ,做 出准 确合 理 的

安全评估 ,预测可能发生的隐患 ,并及时消除。根

据 《中华人 民共 和国国家经济贸易委员会令 (第

17号)》 的要求 ,新建石油管道在投产后 3a内要

进行内检测 ,此后检测周期要视管道运行安全状况

而定 ,最长 不得 超过 8a。 因此 ,中石 化 集 团公 司

项 目 “原油输 送 腐 蚀 检 测 器 (管 道 猪 ) 探 索 性 研

究”对于我 国打破 国外技术封锁 ,保障 同家原油

安全 输送具 有重要 的战略意 义 。

1 管道 内检测技 术介绍

管道 内检测技 术 主要 有激 光检 测技术 、电视测

量法 、涡 流 检 测 法 、电 磁 超 声 (EMA) 检 测 法 、

漏 磁通 法 、超声波 法 以及近年 来 出现的超 声导 波技

术等 。

激 光检 测法 具有 效 率 和 精度 高 、采 样 点 密 集 、

空间分 辨力 高 、非 接触式 检测 、能直 观地显 示被 检

管道等优点 ,缺点是只能检测物体表面 ;电视测量

法 需要 与其 他方法 配合使 用 ;涡流检 测法 只能检 测

表面腐 蚀 ;电磁超声 技术 的优 点是无 需任何 耦合 介

质 ,缺 点是 有较大 的插入 损耗 ,转换 效率低 、易受

噪声污 染及接 收信号 质量 较差 等 ;漏 磁法 的优点 是

无 需耦合 剂 ,不会发 生漏 检 ,缺点是 表面检 测 ,抗

干 扰能 力差 ,空 间分 辨 力低 ,检测数 据需校 验及 会

出现虚 假 数据 ;超 声 波 法 的优 点 是 材 料 敏感 性

小 、可检 测厚 壁管道 、对 壁厚 无限制 、能测 出缺 陷

的深度及 位置 、检测 数据 准确 ,缺点 是需要 传播介

质 ;超 声 导 波 技 术 的优 点 是 快 速 、长 距 离 、成

本相对低 、简便实用及数据精确可靠 ,缺点是不能

对 缺 陷 定 性 、复 杂 管 道 系 统 检 测 结 果 解 释 难 度

大 等 。

超声导波检测利用超声导波在介质 内远距离传

输 的特性 ,仅在 1个测 试点 利用 导波技 术 ,选 择适

当的声 波 模 式 ,就 可 对 长 距 离 管 道 进 行 100% 检

2011年 第 39卷 第 3期 周 燕等 :油气管道 内检 测技 术的发展

测 。辽 宁省科 学 技 术 情 报 所 资 料 检 索 显 示 , 目

前 国内此项 技术 尚处 于 研发 阶段 ,国外 已进入 商业

化运 营 阶段 。中石 油 管 道 科 技 研 究 中心 2007年 年

底 引进 超 声 导 波 检 测 技 术 并 取 得 一 定 成 果 ,2008

年在乌鲁木齐输油气分公 司鄯善输气站和忠武管线

开 展 了超声 导波 检测 ,检 出率 达 98% 。

总的来说 ,油气管道 的缺陷 主要有腐蚀 和裂

纹 ,其 中管道 内腐 蚀 检测 技术 比较 成熟 ,但 由于裂

纹形 态 的复杂 性 和几何 分 布 的特殊 性 ,检测 方法 和

技术 并不 十分 成熟 。漏 磁 法和超 声 波法 管道 检测 器

的应用最为广泛 ,漏磁法适合检测 中小型管道腐蚀

和径 向裂纹 ,对 被检 测 管道 的壁 厚有 限制 ,管 壁缺

陷无法 定量 分析 ,且 分 辨率 和准 确率较 低 ,需 经过

校 验方 能使 用 ,漏 磁 检 测 更适 合 天 然 气 管 道 检 测 。

超 声波 检测 适合 精确 检测 大管 径 的管道 腐蚀 、厚 壁

和裂纹 (径 向和 轴 向),检测 数据 精确 ,结果 直

观 ,但检测时需要传播介质 (耦合剂 ),如油或水

等 ,这就使其在输气管道上 的应用变得复杂。超声

波检测在原油输送管道的无损检测方面有着更大的

应用 和发 展前 景 。

2 国外管道 内检测装置 的发展状况

2.1 广 泛应 用 的检 测机器 人

目前 ,国外 的工 程技 术人 员 已研制 出了不 同原

理 管道 内智 能检 测 装 置 30余 种 。在 国外 原 油 管 道

检测中,广泛应用 的是第 2代漏磁管道检测器和超

声 波管道 检测 器 。检 测方 法 的不 同导 致 检 测对 象 、

检测范围及检测结果都有所区别 。表 1为超声波检

测与漏磁检测方法的对 比。

表 1 漏磁检 测与超声波检测对 比

注 :检测壁厚还取决于检测装置 的大小 ;T为壁厚。

2.1.1 漏 磁 检 测 机 器 人

漏磁 法智 能 管道 检测 系统 是利 用励 磁器 将管 壁

磁化 ,同时 由磁传感器阵列探测各种缺陷损伤造成

的磁通量泄漏来确定缺陷尺寸 、形状和所在部位 。

漏磁检测机器人的技术优势是可对各种管壁缺陷实

施 检 验 ,不受 检测 介质 的影 响 ,适应 于 中小 型管道

的检 测 ,不易 产生 漏检 现 象 。漏 磁 检测 机器人 应用

的局 限性 表现 在 :① 因为检 测探 头得 贴近 管壁 进行

检 测 ,当管 壁 不平 ,如 有焊 瘤或 管壁 积有 其他 杂质

时 ,会引起探头抖动,产生虚假数据 ;②对管壁缺

陷无法定量分析,其测得的检测数据不够精确 ,需

经过校验方能使用 ;③对金属敏感度高,当管道材

料混有杂质时,将影响测量结果 ;④检测大管径及

厚 壁 管道 的能 力有 限 。

2.1.2 超 声 波检 测机 器人

超 声波检测 机器人适 合大管径 、厚壁管 道检 测 ,

其检测精度较高,检测数据简单且不需对其进行校

核 ,效率高。缺点是:①对检测介质敏感 ,当管壁

缺陷处的腊质层过厚,将影响该处 的检测结果;②

对超声 探头 的方 向与 距 管壁 的距 离 要求 很 高 ,扫描

带受超声 探头 的限制 ,处 理不 当易 产生漏检 。

一 些 发 达 国家在 管道 检测 方 面 已形 成 了一系 列

成熟 的管道检测技术。除了采用各种智能机器人对

管道的变形 、壁厚 、涂层及腐蚀情况进行检测外 ,

还 采用 以微机 网络 系 统 为 基 础 的 SCADA技 术对 管

道 的运 行情 况进 行监 测 ,并 以数 据及 图像 的方 式再

现埋地管道 的详细情况 ,最后对计算机处理的结果

进 行综 合分 析— —风 险评估 ,将 管道 运行 状况分 为

5个等级 ,根据不 同的等级采用不 同的修 复方法 ,

为管道决策者提供参考 。

2.2 国外几 款先 进 的管道 无 损检 测机 器人

2.2.1 美 国 GE公 司的 UhraScan Duo

GE公 司 的产 品 UltraScan 。Duo (图 1) 是世

界上第 1个 利 用 “相 控 阵超 声 波 技 术 ” (Phased

ArrayTechnology) 的管 道 检 测 工 具 。该 工 具 是 GE

公司改 良的 自动传感器系统 ,用于在单次运行中同

图 1 Ultrascan Duo

时对金属管道腐蚀损耗和裂纹探测的全面检测 。在

单次运行中,UltraScan Duo可以收集有关管道缺

陷类型和尺寸的数据 ,并排出这些缺陷的优先次序

一 76一 石 油 机 械 2011年 第 39卷 第 3期

以进行检测和修补作业。由于所有数据是在单次运

行 中收集的 ,所 以裂纹探测数据和管壁测量数据是

紧密相关的,为管道管理人员提供 了有力 的决 策

依据。

2.2.2 美 国 GE公 司的 SmartScan

2005年初 ,GE公 司为输气 管 道 和液体 管 道作

业者展示了一种能够通过急转弯道等障碍并对管道

实施 在 线 检 测 的 装 置—— 智 能 扫 描 装 置 (Smart—

ScanTM,见罔 2)。该检测装置具有创新的可伸缩

结构和独特设计的传感器 ,与管道带压开孔设备的

图 2 SmartScan

一 伸缩机构 ;2~传感器

发送系统结合在一起 ,还具有通过连续弯头和直径

管道的能力。对于需要进行带压开孑L的管段的检测

工作 ,作业者无需使用传统的清管器收发装置来发

送 和接 收 SmartScan 装 置 ,可将成 45。角 的带压 开

孔 附件 安装在 管道 上而 无需 中断油 气服务 ,清 管器

和检测 装置 都可经 伸缩 式 的滑 道来 发送 。

2.2.3 俄 罗斯 NGKS公 司的超 声波检测 器

俄罗斯 NGKS公 司主要从事 管道在线无损检

测 。该公 司使用 的无损 检测 技 术包 括 漏磁 检 测

(MFL)和超声波检测 (UT),其使 用的超声波检

测 器如 图 3所 示 ,技 术参 数如表 2所示 。

图 3 NGKS公 司超声波检测 器

表 2 NGKS公司的超声波检 测器技术参数

3 国内管道 内检测装置 的发展水平

相 比而言 ,我 国的管道检 测技 术处 于起步探 索

阶段 ,检测大多停 留在管外 ,方法落后。近年来 ,

国内有关单位利用 国外设备开展 了一些管道检测 ,

但总的说来推广难度大 ,设备昂贵,尚未 国产化,

对检测管道的基础资料 、设计施工规范要求高 ,与

我 国大部分 管道 的实际状 况有 一定 差距 。

2005年 ,由中石 化 集 团公 司胜 利 石 油 管 理 局

钻井_[艺 研究 院 (以 下 简称 钻 井 院 ) 负 责 的 海底

管道 内爬 行器 及检 测系 统 ,历经 5a攻关 ,通 过 了

科 技部 的验收及 现场 试验 ,如 图 4所示 。它 的外形

像一列火车 ,一节一节相连 ,南驱动环 、电源 、超

声采集与存储器及超声探头等组成。用投放装置将

图 4 海底管道 内爬行 器及检测 系统

“检测工”放入管道内 ,它便能借助输油管的油压

差 自由前进 ,并通过超声波的发射和回波 ,测出大

量 数据 。完成 任 务 后 “检 测 工 ” 被 回放 装 置拉 出

管 道 ,科 研 人 员 从 “检 测 工 ” 中 取 出大 量 数 据 ,

计算分析后决定是否需要对 管道进 行维修。2010

年 6月 15 日,埕 北 中心 二 号 平 台 复线 历 时 约 1h

的爬行 ,身长达 3Ill,形状像蠕虫的海底管道漏磁

检测 仪顺 利走 完 1km多 行 程 ,胜 利 油 田海 底管 道

“查体 ” 首 次获得 成 功 。一 直 以来 ,对海 底 管道 的

检测 被 国外 专业 公 司垄断 ,钻井 院研制 的海底 管道

漏磁 检测 仪 投 入使 用后 ,将 打破 国外 的技 术垄

断 。

国 内管 道 内漏磁检 测技术 成熟 ,已投人工 程应

用 。清华大 学 已与 中石 油管道 研究 中心合 作 ,成功

开发 了 O1024/11111以下各种 口径 系列检 测器 ;沈 阳

工业 大学 已先后 与 中石 化管道 公 司 、新疆 三 叶管道

技术有限公司合作 ,其 中与中石化管道公司已经成

功开 发 了 529 nlm 以 下 各 种 口径 系 列 检 测 器 ,

2008年又成 功开 发 出 ~720mm 口径的漏 磁 检测 器 ,

并在 鲁宁管线 上成 功应 用 。

同内管道内超声波检测技术还在探索之中,还

未投人工程应用。其 中,钻井 院与上海交通大学

2005年开发 了 ~325mm 海 底 管道 检 测 器 ,检 测 海

底管道的腐蚀缺陷。同时 ,该院又与北京石油化工

学院合作进行 了管道裂纹缺陷的探索研究 ,并进行

了 26mm 陆 地 管 道 检 测 器 试 验 ,开 发 了 1套

~a529film管道 腐蚀检 测器 工程样 机 。该工程 样机 只

能对 空管道 进行 检测 ,尚未开 发 出成熟 产品 ,很难

2011年 第 39卷 第 3期 周 燕等 :油气管道 内检 测技术的发展

满 足实 际工程 要求 。

另外 ,天 津大 学 的原油 管 道泄 漏检 测与定 位 技

术项 目获得 同家科技进步二等奖 ,获得 2005年度

中国仪器仪表学 会科学技术 奖。该项 目由天津 大

学 、中国石油化工股份有限公司管道储运分公 司、

中 国石 油天 然气 股份 有 限公 司管道 技 术研 究 中心合

作 完成 。针 对 我 国原 油 大 多具 有 高 粘 度 、高 含 蜡 、

高凝 点必 须 加热输 送 的特 点 ,原油 管道 泄 漏检测 与

定位技术在提高泄漏 检测灵敏度和漏点定位精度 、

减少误报率 、停输状态下的泄漏检测等方面解决 了

一 系列关键技术 难题 ,已在 我 国 31条 、4800余

km的原油管道安装应用 ,取得了 6亿多元的经济

效益 和社 会效益 。

4 结论及建 议

4.1 充 分发挥 油 气 管 网监 控 与 数 据 采集 系统 的全

局 优势

充分 利用 我 国输 油管道 管理 已普 遍 应用 的监 控

与 数 据 采 集 系 统—— scADA (SupervisoryControl

AndDataAcquisition),虽 然 SCADA不 具 备 管 道 泄

漏检测与定位功能 ,但可对油气管网进行远程监视

和控制 。所 以油气管道检测应采取 SCADA掌控全

局 、管 道 内无损 检测 装 置进 行局 部探 测 的原则 ,这

样 各有 专攻 ,数 据共 享 ,节 约成本 。

4.2 优 先发 展超 声导 波检 测 技术

超 声导 波检 测是 一种 快速 大范 围 、相对 低成 本

的初 步检 测方 法 ,与其 他 检测 方法 结合 使用 能 收到

事半功倍 的效果。

4.3 管道 内检 测 方法 的研 究方 向及 发展趋 势

没有一种完美的检测方法可以适合各种缺陷的

检测 。如何 组合 及搭 配 ,发 挥各 自的优势 ,提高检

测 的效 果及 准确 度是 以后 的研 究方 向。深 入发 展具

有 自主知识 产权 的管 道裂 纹检 测技 术 建 立管 道裂

纹定性与定量评价体系。用三维图像直观地显示管

道内壁缺陷是管道内检测技术发展 的趋势。未来 的

管道 内检测应 具有 以下 特 征 :① 更 加智 能且 灵活 可

控 的行走 系统 ,在不 影 响管 道 正 常 运 行 的 情 况 下 ,

能够 应对 管道 内各 种复 杂工 况 ,包括 具备 通 过连续

弯道 、急弯道及变内径管道等运动能力 ;②更加智

能的检测系统 ,对管道内外壁腐蚀 、变形及裂纹等

各种缺陷都有一定的识别能力 ,同时具有 良好的抗

干扰能力和完善的检测数据视图功能 ;③更为精准

的缺 陷定 位 系统 ,结 合在 线组 态 管理 平 台 ,将 管道

缺 陷定 位 纳 入 油 气 管 道 在 线 监 控 管 理 系统 的 一 部

分 ;④高性能的电源系统 ,能够应付各种管道复杂

工况 ,具有更高的容量与更小的尺寸 ,甚至在必要

时可 自发供电 ,产生的电能能够满足检测装置正常

运转 的所有 需求 ;⑤ 更 为科 学高 效 的通讯 与控 制 系

统 ,不但 能 够实 现检 测 数据 与 图像 的实 时传输 ,还

可实 时控 制 检测 装置 的前 进 、后 退 、转 向及变径 等

复杂 运 动 。

综上所述 ,发展 具 有 自主 知识 产 权 的油 气 管道

内检测技术与装备具有重要的战略意义和经济价值。

参 考 文 献

佚名 .2007年 中国油气管道发展综述 [J/OL].中商

情报 网,[2008—01—25].http://www.askei.CONI.

宋艾玲 ,梁光川 ,王文 耀 .世 界油 气管道 现状与发

展趋 势 [J].油气储运 ,2006,25 (10):l一6.

郭 震 ,张传 平 .第 四方物流 与 中国油气调 控 中心

定.




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