在役海底管道内检测方法分析及应用

5 4卷增刊 1 21 0 3年 1月

中国造船 S P UIDI HIB L NGO HI FC NA

Vo . 4 S e i l1 1 p c a 5Jn 2 1 a . 0 3

文章编号：10 -822 1) 1 3 60 0 04 8 (0 3S . 4 .6 0

在役海底管道内检测方法分析及应用郭斌，王军 ,毛荣。 ,王彬，李耕野，房长帅(1 .海洋石油工程股份有限公司，天津 305;2中国石油大学机械与储运学院，北京 124 ) 042 . 029

摘

要

论文对中国海洋石油总公司在役海底管道基本情况进行了分析，阐明加强海底管道内检测的必要性及重要性。通过对比分析漏磁检测、超声波检测和涡流检测等管道内检测常用方法，结合国内机械工程、电 子工程及智能化发展的程度，推荐切实可行的海底管道内测技术方法，以期服务于油田生产，最大限度检地降低海底管道的运营风险。

关键词：海底管道；内检测；漏磁；超声波；涡流

0引言中国海洋石油总公司所属的海底管道总共 10多条，总长度已超过 40 0k 0 0 m。管材直径尺寸分布比较分散，从 4 0英寸 (: l英寸土 2 . m)。管线材质类型有 S~3注 54 m ML无缝钢管、E W直缝 R高频电阻焊管、UO E双面埋弧焊管及钢丝铠装软管等。依据油田开发年限，设计寿命有 2、3 0年 0年或 4 0年不等。随着海底管道服役时间增长，其损坏事故逐年增多，同时部分管线也已接近设计寿命， 在油田开发进程中含水量、二氧化碳和硫化氢等腐蚀性介质含量增加，加快了管道腐蚀，增大了管道失效的风险。

中国海域在役管道基本情况见图 l图 2及。

1 0 4 0

1 0 2 0

1 0 o 0g

80 0母

60 0

40 0

20 0

O

渤海 海管里程

南海西部 海管条数

南海东部 _最长海管距离

东海

图 1中国海域在役管道基本情况

38 4

中

国

造

船

学术论文

于国内科技的相对落后及国外的技术封锁，国内的管道内检测器技术与国外相比仍有较大的差距。 11漏磁检￣J L . JMF 1 (16 9 5年，美国 T b so e公司采用漏磁检测器 Ln lg首次对管道进行了在线检测。经过 4 u o cp iao 0多

年的发展，

漏磁检测技术已经成为一种应用广泛、技术成熟的管道内检测技术，适用于多种流体介质 (体、液体及气液混输 ),检测口径范围为 10 0 mm,国内自行研究生产的内检测器检测管气 0~14 0径能达到 23 70 mL。对于铁等金属元素的缺失等常见的管道缺陷，漏磁检测有很好的检测效果， 7~ 2 m 2】 同时还能发现不影响管道正常运行的小缺陷 (硬斑点、毛刺、结疤、夹杂物和各种其他异常和缺陷 )。 漏磁检验通过检测从被磁化的管壁表面溢出的漏磁通，来判断缺陷的存在。当管道中无缺陷时， 被检测管道管壁在外加磁场作用下，通过管壁的磁力线分布均匀且封闭于管壁内；当管壁存在缺陷时， 磁通路变窄，经过缺陷的磁力线会在管道缺陷处发生弯曲变形，使得一部分磁力线泄漏出管壁表面。利用漏磁检测器的探头检测泄漏磁通，根据法拉第电磁感应定律，将电磁信号转化成感应电压 (感应

信号 ),通过对感应电压的处理及分析，可以判断出缺陷是否存在以及缺陷的大小及形状。漏磁检测的原理如图 4所示。铁

力壁

图 4漏磁检测原理图

漏磁检测对管壁腐蚀深度大于 2%￣3%的腐蚀状况最为敏感， 0 0对于浅、长且窄的金属损失缺陷， 漏磁检测的效果不是很理想。此外，漏磁检测的精度也受多种因素影响，管线缺陷情况需要通过对检测信号进行分析研究间接推断出来，这主要依靠数据分析人员的经验；常规 MF L检测器的磁铁方向 是沿着管道的主轴方向，轴向缺陷产生的磁通扰动较小，因此在探测轴向缺陷方向的精度较差；在使用漏磁通检测仪对管道进行检测时，需控制检测器的运行速度，通对其运载工具运行速度相当敏感，磁 虽然目前使用的传感器代替传统的信号接收线圈减弱了检测器的速度敏感性，不能完全消除速度的但影响。杨理践p等人通过研究得出，为了得到有效的漏磁检测信号，检测装置运行速度范围应为 0 J~ 6 s m/,而且运行速度对径向漏磁信号影响大于轴向漏磁信号；同时，漏磁检测要求管壁达到完全磁饱和，检测精度与管壁厚度有关，厚度越大，精度越低，其适用范围通常为 6 1mm管壁厚度。一般~ 5来说，MF L技术的检测精

度不如超声波的高。1超声波检测技术 ( . 2 UT)

使用超声波检测技术对海底管道进行内检测时，主要利用在线智能检测器作为检测工具，智能检测器主要有检测、制、动、数据采集与存储及电池五个部分组成。控驱检测器向管壁定向发射超声波， 通过测量探头和管道内外壁间的距离，检测出管壁的壁厚变化，进而检测出管壁缺陷。管道超声波检测可以直接、定量检测出管道缺陷，过专业的分析软件对数据进行分析校核及成像，通检测精度较高。在进行超声波检测时，于管道爬行器或管道机器人上的超声波探头不断地向管道内壁发射超声位

脉冲波，当管壁内存在缺陷时，管道内外壁的反射波就会发生变化，我们利用发射波的时问差可以计，算出管道壁厚，同时可以根据超声波探头至管道内表面的距离判断管道缺陷是在内壁还是外壁。 超声波检测主要用于管道腐蚀缺陷及管道裂缝的检测，别适于管壁腐蚀减薄状况及其它减薄状特况的在役检测【。由于受到超声波波长的限制，对薄壁管的检测精度较低。同时超声波检测对管内介 4】

5卷 4

增刊 1

郭

斌，等：在役海底管道内检测方法分析及应用

39 4

质要求较高，超声波的传导信号很容易被蜡吸收，所以对于含蜡高的油管线，在超声波检测前必须进

行彻底的清管作业。若油管内壁为不规则小缺陷时，容易造成误判。同时，对于不同的管道系统需要选取不同的超声波探头及合适的频率，有时还需要试验来确定。 1涡流检测技术 ( T) . 3 E 海底管道在线涡流检测技术是利用智能检测器所带的涡流传感器，不断向管内壁发射电磁信号， 根据电磁感应原理，测定被检工件内感应涡流的变化，检测出管道内壁的裂纹、蚀减薄和点腐蚀等。腐 涡流检测的基本原理为，当载有交变电流的检测线圈靠近导电体时，由于线圈磁场的作用，导电体中将会感生涡流 (其大小等参数与导电体中的缺陷等有关 ),而涡流产生的反作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定探测线圈阻抗的变化，可以判断被测物有无缺陷存在。 涡流检测技术的特点： ( )对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高； 1 ( )检测线圈不必

与被检材料或工件紧密接触，不需耦合剂； 2 ( )在一定条件下，能反映有关裂纹深度的信息； 3 ( )可在高温、薄壁管等情况下实施检测； 4

( )检测形状复杂的缺陷，效率低，难于区分缺陷的种类和大小。同时，温度和探头的提离效 5应、裂纹深度以及传感器的运行速度等因素都会影响到涡流检测的精度。 14三种检测技术对比 .以上介绍的三种常用的海底管道在线检测技术，每种都有各自的优缺点，本文通过以下 7个方面的因素对三种检测技术进行综合比较，三种常用管线检测技术的性能对比情况如表 1示。所 ( )检测精度：检测出管道缺陷的正确率； 1 ( )检测能力：对缺陷的大小、形状、位置的检 -…,; 2… v i力 ( )技术成熟度：该方法的成熟度： 3 ( )检测时间：在线检测耗时长短； 4 ( )鲁棒性：是指在管道环境、输送介质及管道发生变化时，检测方法是否具有通用性。 5 ( )易操作性：是指系统运行时对操作者不能有太高的要求；当检测完成后，能简单快速地判 6断出管道缺陷。( )费用：使用该方法的费用 (括安装、调试、运行及后期处理 )。 7包表 1三种内检测技术对比

15三种检测技术的应用 .

通过对以上三种常用内检测技术的分析和对比可知，该根据它们各自的技术特性以及被检管道应的特点，选择合适的检测技术。针对常见的管道腐蚀情况，提出以下几点建议： ( )针对薄壁管、管壁腐蚀较为均匀的情况，推荐使用漏磁检测； 1 ( )针对壁厚较大、管壁损伤为裂纹的情况，推荐使用超声波检测； 2 ( )针对壁厚较小、管壁损伤为点腐蚀的情况，推荐使用涡流检测； 3 ( )在资金允许的情况下，针对同一条管线，推荐使用多种在线检测技术。 4

30 5

中

国

造

船

学术论文

关于使用哪种检测技术的问题，还需要针对不同的管线输送介质、运行速度及运行时间等因素综合考虑，选择一种或者几种最佳的海底管道在线检测技术。

2结

论

我国海底管道内检测技术尚处于起步阶段，随着国内海底管道数量的增加、管道服役期的增加、国家对海洋环境保护的日益重视、国民经济对海上油气依赖的增强及可持续发展

战略的进一步实施， 海底管道内检测技术将会得到更加广泛的应用。 ( )管道内检测技术从被动检测向主动检测转移，建立健全的管道周期性检测和监测制度，完 1善管道完整性管理将成为今后发展的趋势。利用管道内检测得到的第一手数据，结合管道安全分析与评价方法 (如因果分析法、失效模式分析法，故障树分析法 ( T E A)、道化学 ( w )危险指数法， DO 肯特 ( E K NT)危险指数分析法等【),定量、定性地分析管道安全隐患。 5】

( )加强管道检测的研究，使用更加先进的管内机器人。 2减少工况变化对于管道内检测的影响，开发更加成熟的检测数据处理系统，建立、健全管道缺陷数据库。通过试验和实践的方法，建立管道内检测技术对管道失效形式的定量及定性判断标准，减少人为因素对检测结果的影响。 ( )多种管道内检测技术相结合。根据管道的不同情况，及各种管道内检测方法的优缺点，适 3当选用其中的几种检测方法。同时大力发展研究多探头技术：①一个管道内检测器安装多个同种内检测探头；②一个管道内检测器安装多个不同种内检测探头。这样就能大大提高管道内检测的准确性及实用性。

参考文献

[】田政， 1陈长风，杜文燕，王章领.海底管道完整性评估及修复技术[】 J.石油工程建设，0 5 . 2 0 . 6[】白世武 . 2中国石油天然气管道行业的无损检测技术发展及其与国外的交流与合作[ . J无损检测， 0, (2:8~ 8] 2 72 1) 5 6 9 0 9 6【】杨理践， 3刘刚，高松巍，国光.张检测装置运行速度对管道漏磁检测的影响[ . J化工自动化仪表，2 1,3 () 7 5 .】 0 0 75:~ 9 5 []李东升，昌明， 4 4王沈勇.内在役检测技术及管道安全性评估[ .田地面工程， 0,05:~ 6管 J油气] 2 1 () 5 8 . 0 2 8 [】陈学峰， 5于倩秀.油气长输管道安全评价方法——肯特法简介[ .、健康和环境， 0, 3: - 9 J安全] 2 66 ) 7 2 . 0 ( 2

An l ssa d Ap lc to f n n n p c i n M e h d i u s a a y i n p i a i n o - I Li eI s e to t o n S b e Pi ln s pei eGUO n, AN

G n, AO n W ANG n, IGe g e, ANG a g h a Bi W J M u Ro g, Bi L n y F Ch n s u i

(. f h r iE gn eigC . t. i j 0 4 2 C ia 2 C i nv ri f erl m, e ig 1 O f oeO l n ier o, d, a i 3 0 5, hn; . hn U iesyo P t e B in s n L T nn a t ou j1 2 4, hn) 2 9 C ia 0

A bsr c tat

I i p p r e i da a s e t be ieie NO nt s a e dt l n l i rl e t s sapp l s nC OC’p oet i p rome, hc h a ae y s adou n i s rjcs s efr d w i hs o h i n fc n eo l e i s e t n f rs b e i e i e . s d o o a io ew e n M F UT h wst e sg i a c fi i p ci o u s ap p l s Ba e n ac mp rs n b t e L, i n n n o n a d c r e t o t x t c n l g e, e o n u r n re h o o is a r c mme d d me h d i p tf r r, ih a a t o t e tc n c l e e v e n e t o s u o wa d wh c d p st h e h i a v l l

5 4卷

增刊 1

郭

斌，等：在役海底管道内检测方法分析及应用

3 51

i e h n s, lc r n c n t l g n ei i a n m c a im e e t i s d i e l e c Ch n o a n i n

Ke r s s b e i ei e i l ei s e t n M F; y wo d: u s ap p l;n i p ci; n n n o L UT; u r n o tx c re t re v

作者简介9 8年生，工程师。从事海底管道检测与维修工作。 斌男，17军男，18 9 6年生，助理工程师。从事海底管道清管试压、排水干燥及海管维/抢修工作。

郭王

毛王

9 7年生，硕士研究生。主要研究油气长距离管道输送技术及管输安全、流动保障技术等方面课题。 荣女，18彬男，18 9 3年生，助理工程师。从事海底管道清管试压、排水干燥及海管维/抢修工作。

9 5年生，助理工程师。

从事海底管道清管试压、排水干燥及海管维/抢修工作。 李耕野男，18房长帅男，18 9 6年生，助理工程师。从事海上结构物安装设计工作。