天然氣埋地鋼質(zhì)管道檢測技術(shù)

專題埋地鋼質(zhì)管道檢測技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)油氣管道外檢測技術(shù)

目前世界上有近50%的管網(wǎng)趨于老化，如何保證這些管道運行的安全性已成為備受世人關(guān)注的問題。目前，我國油氣長輸管道已超過3萬km，而且穿越地域廣闊，涉及地域類型復(fù)雜多變。許多管道也已經(jīng)運行了二三十年，接近使用壽命，進入事故多發(fā)期。如四川輸氣管網(wǎng)投產(chǎn)后，H2S含量偏高，加上材質(zhì)和制造質(zhì)量不佳，應(yīng)力腐蝕破裂事故已開始出現(xiàn)；早期鋪設(shè)管道的石油瀝青涂層老化，已達到壽命年限。為保證管道運輸安全，對現(xiàn)役管道實施在線檢測勢在必行。前言

埋地鋼質(zhì)管道檢測技術(shù)包括內(nèi)檢測與外檢測。管道內(nèi)檢測技術(shù)是將各種無損檢測（NDT）設(shè)備加載到清管器（PIG）上，將原來用做清掃的非智能PIG改為有信息采集、處理、存儲等功能的智能型管道缺陷檢測器（SMARTPIG），通過清管器在管道內(nèi)的運動，達到檢測管道缺陷的目的，真實地檢測和記錄包括管道的基本尺寸（壁厚及管徑）、管線直度、管道內(nèi)外腐蝕狀況（腐蝕區(qū)大小、形狀、深度及發(fā)生部位）、焊縫缺陷以及裂紋等情況。。外檢測主要是指在地面不開挖條件下，對埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層以及陰極保護效果進行檢測評價。前言

管道內(nèi)檢測技術(shù)按其工作原理可分為漏磁檢測、超聲檢測、渦流檢測等幾種類型。第一節(jié)管道內(nèi)檢測技術(shù)1、漏磁腐蝕檢測原理

檢測器攜帶的磁鐵在管壁全圓周上產(chǎn)生一個縱向磁回路場。當檢測器在管內(nèi)行走時，如果管壁沒有缺陷，則磁力線囿于管壁之內(nèi)，如果管內(nèi)壁或外壁有缺陷，則磁力線將穿過管壁之外而產(chǎn)生漏磁MFL（MagneticFluxLeakage）。

漏磁場被位于兩磁極之間、緊貼管壁的探頭拾取到，并產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)信號，這些信號經(jīng)濾波、放大處理后被記錄到檢測器上攜帶的存儲器中，再經(jīng)過檢測后的數(shù)據(jù)回放處理，對其進行判斷識別。漏磁檢測成為到目前為止應(yīng)用最為廣泛的一種檢測方法，在油氣田管道檢測中使用極為廣泛。間接測量，使用復(fù)雜的解釋技術(shù)使其有限量化；用附加探頭，區(qū)別內(nèi)/外缺陷；由于磁力飽和需求，對最大壁厚有限制；信號大小與缺陷的形狀有關(guān)；管道鋼材的特性及歷史可能會對檢測結(jié)果造成影響；管壁內(nèi)的應(yīng)力可能會影響檢測結(jié)果；性能不受管內(nèi)介質(zhì)的影響，適用于氣體和液體管道；要求中等管道清潔度（與超聲檢測相較）。漏磁腐蝕檢測的特點對天然氣管道實施的漏磁式智能檢測對裂紋缺陷檢測準確度低，縱向裂紋無法檢測；對焊縫區(qū)檢測精度偏低（指腐蝕程度判斷誤差大）。漏磁腐蝕檢測的特點管道清管內(nèi)檢測動畫演示2、超聲波檢測清管器超聲波管道檢測器工作原理

探頭在高壓脈沖作用下發(fā)射和接收超聲波信號，超聲波信號從探頭發(fā)出后首先遇到管道內(nèi)壁，一部分反射回探頭，另一部分繼續(xù)傳播，遇到外壁時返回探頭。由于輸送介質(zhì)聲速V1是已知的，管材介質(zhì)聲速V2也是已知的，因此只需記下第一次回波時間T1和第一次回波時間T2由距離公式S=V×T，就可的到位移A=V1×T1/2，壁厚值W=V2×（T2-T1）/2

。這兩個值可直接反映管道壁厚的腐蝕情況。超聲波檢測器特點是直接、線性壁厚測量法－可得到可靠的深度尺寸；可區(qū)分管壁內(nèi)部，壁中及外部缺陷；對很多管道特征比漏磁檢測器更靈敏；對可檢測的管壁厚度沒有上限；對最小的壁厚有限制－由于超聲脈沖波寬的限制，管壁剩余壁厚太薄會難以測量；不依賴材料特性而變化；只能在液體內(nèi)運行；一般來說，超聲波檢測器對管道內(nèi)清潔度的要求比漏磁檢測器更高；數(shù)據(jù)精度高，尤其是缺陷的深度和長度這些影響計算最大允許操作壓力（MAOP）的計算結(jié)果精度的因素；由于是直接測量壁厚，所以結(jié)果的解釋簡單易理解。超聲波檢測器特點

超聲波管道檢測器對管道檢測環(huán)境要求高，不適用于氣管線，而我國原油含蠟高，管內(nèi)壁蠟層會對超聲波信號造成嚴重衰減，制約了這種設(shè)備的應(yīng)用。國內(nèi)只在1993年利用超聲波檢測器對120公里（魯－寧線）原油管線進行過一次現(xiàn)場檢測。超聲波檢測器特點

目前國內(nèi)廣泛使用的管外檢測法包括：標準管/地（P/S）電位測試、Pearson測試法、電流衰減法（多頻管中電流法PCM）、密間隔電位測試法（CIPS）、直流電位梯度法（DCVG）等。第二節(jié)管道外檢測技術(shù)

標準管地（P/S）電位測試就是在有陰極保護的管線按一定的距離測試管地電位（通常在長輸管道上每隔1km設(shè)有一個測試樁）。此方法是管道防腐層狀況傳統(tǒng)的檢測方法，在長輸油氣管道中普遍使用。其優(yōu)點為在現(xiàn)場不用開挖就能快速測量管線的陰極保護電位，管道檢測速度比較快，可達到50km/天。但此方法檢測的資料相隔1km左右，只能對這一管段的防腐層作總體的評估，不能確定管道防腐層缺陷的大小、位置以及缺陷在管道上的分布情況。對于沒有陰極保護或測試樁的管道，此方法不使用。1、標準管地（P/S）電位測試Pearson測試技術(shù)的工作原理為在管道－大地之間施以1000Hz的交流信號，該交流電流便會在管道防腐層的破損點處流失到大地土壤中，因而在破損點的上方地表面形成了一個交流電壓梯度。如圖所示，兩名操作者相距3～6m沿管線上方檢測地面電壓梯度。一般兩個檢測電極可分別由兩個操作人員的人體代替，用人體對地的耦合電容來檢測電壓梯度信號，并通過鏈式電纜傳送到接收裝置，經(jīng)過濾波放大后，由指示儀表指示檢測結(jié)果。故該方法又稱為“人體阻容法”。2、Pearson測試法發(fā)射機電池計距儀檢測儀探管儀

可沿線檢測防腐層破損點和金屬物體，是目前國內(nèi)最常用的檢測技術(shù)。價格便宜，且在國內(nèi)有較成熟的使用經(jīng)驗，檢測速度較快，同時，該法具有識別破損點大小的功能，微小漏點均能測到，在長輸管道的檢測與運行維護中的使用效果較好。但需要全線步行檢測，不能指示缺陷的嚴重程度、CP（陰極保護）效率和涂層剝離，易受外界電流的干擾，依賴操作者的技能，常給出不存在的缺陷信息，同時，勞動強度較大，對水泥或瀝青地面存在接地難的問題。代表儀器為江蘇海安儀表廠生產(chǎn)的SL型系列地下管道防腐層探測檢漏儀。2、Pearson測試法

其基本原理是在具有防腐層的埋地金屬管道上施加一個交變電流信號，由于管道與地面之間分布電容及防腐層絕緣電阻的存在，所施加的電流I沿管道流動并隨著距離X的增加隨指數(shù)衰減，即：

式中，衰減系數(shù)α與管道防腐層的技術(shù)狀況有著密切的關(guān)系。

3、電流衰減法（多頻管中電流法PCM）

對上式進行對數(shù)變換，并以分貝表示可得:α=1/8.686Y

由此可見，當防腐層完好時，管中電流衰減呈線性變化，當管道防腐層存在破損點時，由于電流將從防腐層破損點處漏失到土壤中，因而該處管道電流將突然變低，具體反映到IdB－x曲線上時，其斜率（即α或Y）出現(xiàn)異常。3、電流衰減法（多頻管中電流法PCM）

測量結(jié)果可繪制出IdB-X和Y-X曲線。當防護層有破損時，部分電流將從該處流入土壤，X曲線有異常衰減，在Y-X曲線上出現(xiàn)明顯的脈沖，如圖2所示，可以斷定此處即為破損點。3、電流衰減法（多頻管中電流法PCM）

該方法屬于非接觸地面檢測，通過磁場變化判斷防腐層的狀況，因而受地面環(huán)境狀況影響較小，可以對埋地管道進行準確定位，確定防腐層破損點位置，并能分段計算防腐層的絕緣電阻，對防腐層的狀況進行整體評價。工程測量中所使用的儀器輕便，操作也比較簡單，用戶反應(yīng)良好，目前在油田系統(tǒng)、公用行業(yè)、石化企業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但由于檢測磁場是由電流的感應(yīng)所產(chǎn)生，受到磁場疊加及介質(zhì)的影響，對相鄰比較近的多條管道難以分辨，在管道交叉、拐點處以及存在交流電流干擾時，所測得的數(shù)據(jù)難以反應(yīng)管道防腐層的真實狀況。同時，該方法受到一些管道自身條件的約束，比如對于一些有局部犧牲陽極保護的管道，為限制陰極保護范圍而設(shè)有絕緣法蘭的管段等。主要代表儀器是英國公司生產(chǎn)的RD400—PCM檢測儀。3、電流衰減法（多頻管中電流法PCM）CIPS技術(shù)是目前比較先進的管道檢測技術(shù)之一，是一種用來提供管道對地電位和距離關(guān)系詳細情況的地面檢測技術(shù)。當防腐層在某一位置上存在破損點時，破損點的電流密度會增大，在該點周圍的土壤中就會產(chǎn)生比其他地方較大的電位降，使得保護電位較正常時向正的方向漂移，當這種漂移達到一定值時，地表就可以測量到。4、密間隔電位測試法（CIPS）26

數(shù)據(jù)采集器一端與參比電極相連，另一端通過里程記錄器的電纜（銅線）與管道測試樁相連。測量時操作人員沿管道行走，在管道正上方移動參比電極，每隔0.9m~1.8m測量一次管地電位，根據(jù)陰保系統(tǒng)的on/off電位的變化曲線來評價管道的陰極保護情況和防腐層的狀況。4、密間隔電位測試法（CIPS）

能指示管道沿線的CP（陰保）效果，指出缺陷的嚴重性，并自動采集數(shù)據(jù)樣。缺點是檢測時需步行整個管線，檢測結(jié)果不能指示涂層的剝離，還可能受到干擾電流的影響，需拖拉電纜，使用范圍有一定的限制。代表儀器是加拿大CathodicTechnologyCompany生產(chǎn)的HexcorderLIPS。4、密間隔電位測試法（CIPS）

在施加了陰極保護的埋地管線上，電流經(jīng)過土壤介質(zhì)流入管道防腐層破損而裸漏的鋼管處時，會在管道防腐層破損處的地面上形成一個電位梯度場。

5、直流梯度測試法（DCVG）DCVG檢測技術(shù)通過在管道地面上方的兩個接地探極（Cu/CuSO4電極）和與探極連接的中心零位的高靈敏度毫伏表來檢測因管道防腐層破損而產(chǎn)生的電壓梯度，從而判斷管道破損點的位置和大小。

在進行檢測時，兩根探極相距2米左右沿管線進行檢測，當接近防腐層破損時毫伏表的指針會指向靠近破損點的探極，走過缺陷點時指針會指向檢測后方的探極，當破損點在兩探極中間時，毫伏表指針指示為中心零位。將兩探極間的距離逐步減少到300mm，可進一步精確地確定埋地金屬管道缺陷位置。

5、直流梯度測試法（DCVG）

根據(jù)土壤電阻率的不同，電壓場的范圍將在12.2～45.8m范圍變化。對于較大的涂層缺陷，電流流動會產(chǎn)生200～500mV的電壓梯度，缺陷較小時，也會有50～200mV。電壓梯度主要在離電場中心較近的區(qū)域（0.9～1.8m）。通常，隨著防腐層破損面積越大和越接近破損點，電壓梯度會變的越大、越集中。5、直流梯度測試法（DCVG）

該方法能準確地查出防腐層的破損位置，可估算缺陷大小，并通過IR%（土壤電阻降）判定缺陷的嚴重程度。測試過程中不受交流電干擾，不需拖拉電纜，受地貌影響小，操作簡單，準確度高。根據(jù)檢測結(jié)果可給用戶提供合理的維護和改造建議。但該方法不能指示管線陰極保護效果，不能指示涂層剝離，需沿線步行檢測；雜散電流、地表土壤的電阻率等環(huán)境因素會引起一定的測量誤差。代表儀器是加拿大CatholicTechnologyCompany生產(chǎn)的HexcorderDCVG。5、直流梯度測試法（DCVG）

為克服單一檢測技術(shù)的局限性，國外檢測技術(shù)的最新發(fā)展是組合幾種檢測方法對防腐層缺陷進行檢測，將記錄管道真實保護狀態(tài)和防腐層缺陷定位、定量綜合。目前國外已采用CIPS和DCVG綜合檢測技術(shù)，其檢測原理如下：先采用DCVG方法進行防腐層檢測，確定破損點的正確位置以后，采用CIPS技術(shù)在缺陷中心位置測量開啟和瞬時關(guān)閉電位。通過以上測量，根據(jù)每一個缺陷的IR降（土壤電阻降）的百分比，確定出缺陷的大小、被腐蝕程度的大小及等級度。該方法的主要優(yōu)點是能夠準確地對缺陷定位和估計缺陷大小、重要性等級，減少了開挖工作量。6、CIPS和DCVG綜合檢測技術(shù)33名稱優(yōu)點缺點適用范圍標準管地(P/S電位測試測試方法簡單，方便快捷；現(xiàn)場取得數(shù)據(jù)，無需開挖通常僅在預(yù)定測點處讀取數(shù)據(jù)，不能準確確定缺陷位置，不能指示涂層剝離適用于所有管道Pearson測試能判斷防腐層缺陷的準確位置，無需開挖，不受陰極保護系統(tǒng)的影響不能確定管道的陰極保護狀況，涂層破損的大小僅能由經(jīng)驗定性估計，不能檢測出產(chǎn)生屏蔽的剝離涂層適用于管道常規(guī)定期監(jiān)測，也適用于管道竣工的質(zhì)量檢測電流衰減法（PCM）可長間距快速探測整條管線的防腐層狀況，也可縮短間距對破損點進行定位測量結(jié)果不直觀，不能指示陰極保護效，不能指示涂層剝，易受外界電流干擾適用于管道常規(guī)定期監(jiān)測，也適用于管道竣工的質(zhì)量檢測，可在各類地表透過土壤檢測7、埋地鋼質(zhì)管道外檢測檢測技術(shù)對比（1）34名稱優(yōu)點缺點適用范圍密間隔電位測試

(CIPS)技術(shù)可記錄管道全線的管地電位，可評估管道的陰極保護效果，檢測速度較快，電位數(shù)據(jù)中消除了IR降的誤差因素無法檢測出管道防腐層的小破損，由于雜散電流、土壤變化等因素的干擾給檢測數(shù)據(jù)帶來一定的誤差適用于外加電流陰極保護系統(tǒng)的管道直流電壓梯度(DCVG)技術(shù)可通過IR降計算缺陷大小，可定位涂層缺陷位置，不受交流電干擾，不需拖拉電纜，受地貌影響小不能確定管道的陰極保護效果，不能指示涂層剝離適用于外加電流陰極保護系統(tǒng)的管道CIPS和DCVG綜合檢測技術(shù)充分利用二者技術(shù)的優(yōu)點，不但能夠評價管道的陰極保護效果，還能夠進行缺陷定位和計算缺陷大小，測量準確率高測量程序較為復(fù)雜，需專門技術(shù)人員進行操作適用于外加電流陰極保護系統(tǒng)的管道7、埋地鋼質(zhì)管道外檢測檢測技術(shù)對比（2）

具體應(yīng)用時需要分析其應(yīng)用條件限制和適用范圍并進行仔細的測量，因為檢測精度同檢測人員的素質(zhì)和經(jīng)驗、檢驗設(shè)備精度緊密相關(guān)。而對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材質(zhì)多樣、檢測環(huán)境惡劣、干擾因素眾多的埋地鋼質(zhì)管網(wǎng)來說，則需要更多種檢測方法相互補充。1）腐蝕防護系統(tǒng)檢測技術(shù)2023年1月31日名稱：C－SCAN功能：非開挖評價防腐層整體質(zhì)量是NACE(美國腐蝕協(xié)會)標準推薦的最先進的外防腐層檢測系統(tǒng)，目前國內(nèi)較少擁有。

RD400-PCM防腐層檢測儀RD4000-PDL2探管儀交流電流衰減法與電位梯度法直流電流衰減法與電位梯度法（二）管道腐蝕防護系統(tǒng)檢測評價技術(shù)

2023年1月31日直流電流衰減法與電位梯度法直流電流衰減法與電位梯度法2023年1月31日土壤腐蝕性檢測設(shè)備簡介焊縫腐蝕腐蝕常規(guī)探頭局部檢測焊縫腐蝕腐蝕法蘭導(dǎo)波探頭導(dǎo)波100%檢測對稱模式垂直的彎曲波模式水平彎曲波模式幅度對稱模式幅度或A掃描2）管道腐蝕導(dǎo)波檢測技術(shù)——低頻穿越公路和河流站場內(nèi)的管道海洋平臺導(dǎo)管海洋平臺管網(wǎng)碼頭管線煉油廠的管網(wǎng)化工廠的管網(wǎng)罐區(qū)的連接管線柱腿管橋螺旋焊縫管道奧氏體不銹鋼應(yīng)用范圍管體腐蝕的超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)檢測管道內(nèi)外部金屬損失，檢驗覆蓋率-100%檢驗長度±100M（清潔、裝滿液體和帶環(huán)氧涂層管道）±35M（嚴重腐蝕管道、埋地管道、原油管道）±20M（帶瀝青涂層管道）腐蝕部位軸向定位精度為±100mm。直徑2to48-inch溫度在線檢驗+100°C管體腐蝕的超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)——特征2023年1月31日TELTESTWAVEMAKERMSSR-202生產(chǎn)廠家英國PlantIntegrityLtd（PI）公司英國超聲導(dǎo)波公司（GUL）美國西南研究院激勵頻率范圍7-300kHz4~75kHz5~250kHz信號激勵方式壓電陶瓷壓電陶瓷磁滯伸縮檢測截面精度可靠3%，最好0.5%2%2%檢測周向精度45度45度/檢測軸向精度100mm150mm100mm檢測溫度范圍-30℃~100℃-40℃~100℃/檢測軸向范圍架空理想±200m，埋地±60m理想狀態(tài)下±200m，腐蝕嚴重的管道20-40m，軟、厚瀝青包裹管道10-20m，PE泡沫保溫管30-50m，水泥配重管5-15m。架空理想±170m埋地20-30m檢測管徑范圍1.5”~72”2”~120”1.5~40”備注此設(shè)備開發(fā)的第四代設(shè)備MK3，采用了聚焦技術(shù)（FOCUS），將檢測截面精度提升到3%，檢測長度最大長度也提升到理想350m。而且對硬件設(shè)備進行了改造，使設(shè)備更加集成化，操作也更為簡便。最大的缺點，硬件濾波，軟件升級，硬件也要同時更換。此設(shè)備最大的優(yōu)勢是設(shè)備操作簡單，便于攜帶，該設(shè)備采用軟件過濾，軟件升級，硬件可以不變。此設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)大結(jié)構(gòu)大范圍的整體的檢測和監(jiān)測。此設(shè)備還能采用高頻探頭，提高檢測精度，但會縮短檢測長度高頻導(dǎo)波檢測儀該檢測儀器采用多晶探頭，通過控制不同晶片的激勵時間，將信號集中在管道軸向位置，實現(xiàn)對短范圍內(nèi)管道軸向B掃描，然后將探頭周向以移動，就可以實現(xiàn)整個管道的檢測。該儀器檢測距離短（1m左右），但檢測精度高。2）管道腐蝕導(dǎo)波技術(shù)—高頻案例地點：2006年4月陜西長慶油田輸油三處靖一聯(lián)至靖二聯(lián)原油管線事件：利用低頻導(dǎo)波對輸油管線進行檢測，發(fā)現(xiàn)原油管線偷油后補焊點管體缺陷管體缺陷（a）信號分析結(jié)果（b）缺陷點位置案例地點：2007年7月天津石化渤西油管線污水河跨越事件：利用低頻導(dǎo)波對勃西油輸油架空管線進行檢測，對異常點破保溫層進行檢測，發(fā)現(xiàn)片狀腐蝕點，最深2mm案例：2007年5月東方石化消防水管道對東方石化地下水管線2號線進行導(dǎo)波檢測，開挖后發(fā)現(xiàn)該處已腐蝕穿孔，由于腐蝕產(chǎn)物的堵塞，尚未形成泄露。

原理：磁泄漏

通道：18組探頭

管徑：50mm-2400mm

驅(qū)動方式：手推或手拉

速度：0.5米/秒

厚度范圍:≤19mm

透涂層性：是，涂層無磁性

最大涂層范圍:6mm

精度：可調(diào)

溫度：80℃以下最大精度:30﹪點蝕(6mm管壁厚)

40﹪點蝕(12mm管壁厚)

50﹪點蝕(19mm管壁厚)

4）管道腐蝕漏磁檢測技術(shù)4）管道腐蝕漏磁檢測技術(shù)

根據(jù)對上述各種檢測方法的原理分析以及優(yōu)缺點總結(jié)，結(jié)合工程實際以及對埋地油氣管道安全運行管理