問題描述:
油氣管道變形檢測技術綜述
分析:
壹、管道檢測技術的發展方向
長輸油氣管道在運行過程中通常會受到內外環境的腐蝕，而內腐蝕主要是由輸送介質、管道內的積液、汙垢和管道內的內應力共同作用形成的。外部腐蝕通常由塗層損壞和失效引起。壹般采用內腐蝕。
近年來，隨著管道業主對管道運行管理的加強和對輸送介質的嚴格要求，內腐蝕得到了很大程度的控制。目前國外油氣管道腐蝕控制在我國的主要發展方向是外腐蝕，因此管道檢測也重點關註塗層缺陷和外腐蝕引起的管道缺陷。
近年來，隨著計算機技術的廣泛普及和應用，國內外檢測技術發展迅速，管道檢測技術逐漸形成了內外檢測技術(塗層檢測和智能檢測)兩大分支。通常，受損或失效塗層下的管道也會被腐蝕。外檢測技術是在檢測塗層和陰極保護有效性的基礎上，通過挖洞來檢測管體的腐蝕缺陷，對於目前大多數具備北方內檢測條件的管道非常有效。管內檢測技術主要用於發現管道內外腐蝕、局部變形、焊縫裂紋等缺陷，也可以間接判斷塗層的完整性。
二、管道探測技術
埋地管道的外腐蝕通常由塗層和陰極保護組成的保護系統來控制。這兩種方法起到互補的作用:塗層是陰極保護，經濟有效，陰極保護控制塗層有針孔或破損的地方。這種方法被認為是最好的保護方法，並被廣泛用於控制埋地管道的腐蝕。
塗層是保護埋地管道免受外部腐蝕的第壹道防線，其保護效果直接影響電氣保護電流的工作效率。NACE1993年會第17號論文指出:“正確塗覆的塗層應為埋地部件提供99%的保護要求，其余1%應由陰極保護提供”。因此，要求塗層具有良好的電絕緣性、附著力、連續性和耐腐蝕性等綜合性能，這對保持其完整性非常重要。塗層的綜合性能受多種因素的影響，如塗層材料、補口技術、施工質量、腐蝕環境和管理水平等。管道運行壹段時間後，塗層的綜合性能會有不同程度的下降，如老化、開裂、起皮、破損等。管體表面會因直接或間接接觸空氣和土壤而被腐蝕。如果不能對塗層進行有效的檢測和維護，最終會導致管道穿孔和破裂事故。
塗層檢測技術是在不開挖管道的情況下，利用專用設備在地面檢測塗層的綜合性能，科學、準確、經濟地定位塗層的老化和破損缺陷，分類統計缺陷的大小，綜合評估缺陷的大小和數量，提出整改方案，指導管道所有者掌握管道的塗層狀況，並在實踐中進行維護，確保塗層的完整性和完好性。
在我國，管道外檢測技術始於20世紀80年代中期。檢測方法主要有標準管/地電位檢測、皮爾遜塗層絕緣電阻測試、管內電流測試等。檢測結果對塗層的整體評價起著重要作用，但在準確定位缺陷和合理指導檢修方面還有很大差距。近年來，通過世界銀行的貸款和與國外管道公司的交流，外部檢測設備相對便宜且易於操作。國外管道外檢測技術已廣泛應用於國內長輸油氣管道的塗層檢測。目前，國內管道外檢測技術已基本達到先進發達國家水平。實際工作中廣泛使用的外部檢測技術主要有:標準管/地電位檢測、皮爾遜檢測、密間距電位測試、多頻受眾電流測試、直流梯度測試。
1.標準管道/位置檢測技術(P/S)
該技術主要用於監測陰極保護的有效性。用萬用表測試接地的CU/CuSO4電極與管道金屬表面某壹點之間的電位，通過電位距離曲線了解電位分布，區分當前電位與之前電位的差異。塗層狀況也可以通過測量陰極保護電位是否符合標準來衡量。該方法快速、簡單，目前仍廣泛應用於管道管理部門對管道塗層和陰極保護的日常管理和監控中。
2.培生監控技術(PS)
該技術是壹種發現塗層缺陷和缺陷區域的方法。因為不需要陰極保護電流，只需要在管道上加載變送器的交流信號(1000 Hz)。由於其操作簡單、快速，在塗層監控中得到了廣泛應用。然而，檢測結果的準確性較低。由於外部電流的幹擾，不同的土壤和塗層段會引起信號變化，對缺陷和缺陷大小的判斷依賴於操作人員的經驗。
3.近距離電位測試技術(獨聯體、CIPS)
近間隔測量和近間隔電位測量類似於標準的管/地電位(P/S)測試方法，其本質是管-地電位加密測試和加密斷電電位測試的技術。通過測試管道上陰極保護的密度電位和密度電位，可以確定陰極保護效果的有效性，間接發現缺陷的位置和大小，反映塗層狀況。這種方法也有局限性，精度低，準確度低，依賴操作者的經驗且易受外界幹擾，有的讀數誤差達到200~300 mV。
4.PCM多頻管中的電流測試
多頻管中點保持法是壹種監測塗層泄漏的新技術，是在管內電流梯度測試法的基礎上改進的塗層檢測方法。它選用目前先進的PCM儀器，根據已知的檢測區間測量電流，確定電流梯度的分布，描繪出整條管道的概況，可以快速、經濟地找出電流信號泄漏嚴重的管段，通過計算機分析評估塗層狀況，再利用PCM儀器的“A”型框架檢測表面電位梯度，準確定位塗層斷點。該方法適用於不同規格和材質的管道，可以遠距離檢測整條管道，受塗層材質和地面環境變化影響較小，適用於復雜地形，可以對塗層老化狀況進行評級。可以計算管道段塗層表面電阻的R g值，劃分管道塗層的技術等級，評價管道塗層的狀況，提出塗層的維護方法。專用耦合線圈也可用於水下管道的塗層檢測。
5.DC電位梯度法
該方法檢測陰極保護電流流向埋地管道塗層受損部位產生的電位梯度(即土壤的IR降)，根據IR降的百分比計算塗層缺陷的大小。它的優點是不受交流電幹擾，通過判斷電流是流入還是流出管道就可以判斷管道是否正在被腐蝕。
6.幾種測試方法的比較
筆者近年來在四川龍滄線、拱紫線、瀘衛線、沈倒線等多條管道的塗層和陰極保護效果檢測中對比了上述方法，發現各種塗層缺陷檢測技術都是通過在管道上加載DC或交流信號來實現的，區別僅在於結構、性能和功能。每種方法各有側重，在評價塗層的綜合性能上有說服力，但每種方法都有各自的優缺點。
為了克服單壹檢測技術的局限性，作者發現將幾種檢測方法結合起來檢測塗層缺陷可以彌補各種技術的不足。對於受陰極保護的管道，我們可以先參考日常管理記錄(P/S)中的測試值，然後用CIPS技術測量管道的地電位。測得的斷電電位可以決定陰極保護系統的效果。在判斷塗層可能有缺陷後，我們可以通過DCVG技術確定每個缺陷的陰極和陽極特性，最後通過DCVG確定缺陷的中心位置，通過測量缺陷流過土壤的漏電流引起的IR降來確定缺陷的大小和嚴重程度，可以作為選擇性修復。對於沒有假陰極保護的管道，可以采用PCM檢測技術確定電流信號泄漏嚴重的管段，然後采用PCM中的“A”型框架或皮爾遜檢測技術，準確定位塗層損傷點，確定塗層損傷大小。PCM檢測技術也可用於有陰極保護的管道，其檢測精度略低於DCVG技術。
因為所有的塗層檢測技術都是對管道施加電信號，所以所有技術都存在壹些缺點，有些塗層缺陷是無法發現的。比如壹些裸露的管道在破損的塗層位置不與大地接觸，信號無法流向大地形成回路，只能通過其他方式尋找；由於屏蔽效應，不適合套管穿越管道；這些技術都不能確定塗層是否脫落。
第三，管道內檢測技術
管道內檢測技術是在島式清管器上增加各種無損檢測設備，將原來的非智能清洗改為具有信息采集、處理和存儲功能的智能管道缺陷檢測儀(智能清管器)，通過清管器在管道內的運動來達到檢測管道缺陷的目的。早在1965年，美國Tuboscopc公司就成功地將漏磁(MFL)無損檢測技術應用於長輸油氣管道的內檢測，隨後其他無損內檢測技術相繼問世，並在嘗試中發現了其廣闊的應用前景。
目前國外知名的監測公司有美國Tuboscopc GE PII、英國British Gas、德國Pipetronix、加拿大Corrpro，產品基本實現了系列化和多樣化。內部檢測器按其功能可分為檢測管道幾何變形的卡尺、管道泄漏檢測器、檢測腐蝕引起的體積缺陷的泄漏檢測器、檢測裂紋面狀缺陷的渦流檢測器、超聲波檢測器和基於彈性剪切波的裂紋檢測設備。下面簡單介紹幾種廣泛使用的方法。
1.直徑檢測技術
改進後的技術主要用於檢測外力引起的管道幾何變形，確定變形工具* * *套，有的采用機械裝置，有的采用磁感應原理，可檢測凹坑、橢圓度、內徑等影響管道有效內徑的幾何變化。
2.泄漏檢測技術
目前比較成熟的技術有壓差法和聲波輻射法。前者由帶有壓力測量裝置的儀器組成，被測管道需要充入適當的液體。在泄漏位置的管道內形成最低壓力區，在此處設置泄漏檢測儀；後者基於聲波檢漏，利用管道泄漏時在20 ~ 40 kHz範圍內產生的獨特聲音，通過具有適當頻率選擇的電子設備采集，然後通過裏程輪和標記系統檢測並確定泄漏位置。
3.漏磁通檢測技術(MFL)
在所有的管道內檢測技術中，漏磁檢測的歷史最長，因為它可以檢測管道島內外腐蝕造成的體積缺陷，對檢測環境要求低。既可用於油氣管道，又可間接判斷塗層狀況，因此應用範圍最廣。由於漏磁通是壹個比較嘈雜的過程，即使數據沒有經過任何形式的放大，數據記錄中的異常信號也很明顯，其應用也比較簡單。值得註意的是，使用漏磁檢測器檢測管道時，需要控制清管器的運行速度。漏磁對其車輛的行駛速度相當敏感。目前使用的傳感器雖然代替了感應線圈，降低了對速度的敏感度，但並不能完全消除速度的影響。該技術要求管道檢測時管壁達到完全磁飽和。因此，測試精度與管壁厚度有關。厚度越大精度越低，其應用範圍通常是管壁厚度不超過12 mm該技術的精度不如超聲波高，缺陷準確高度的確定依賴於操作人員的經驗。
4.壓電超聲檢測技術
壓電超聲檢測技術的原理與傳統超聲檢測的原理相似。傳感器通過液體耦合與管壁接觸，從而檢測管道缺陷。超聲波檢測對裂紋等平面缺陷最為敏感，檢測精度高，是目前發現裂紋的最佳檢測方法。但由於傳感器晶體易碎，傳感器元件在管道環境中容易損壞，傳感器晶體需要通過液體與管壁保持連續耦合，這就要求耦合劑的潔凈度很高。因此，它僅限於液體輸送管道。
5.電磁波傳感檢測技術(EMAT)
超聲波可以在彈性導電介質中激發，無需機械接觸或液體耦合。該技術利用電磁物理原理，用壹種新型傳感器代替超聲波檢測技術中的傳統壓電傳感器，當超聲波能量在電磁波傳感器的管壁上激發時，利用封閉的內外表面作為“波導”傳播波。當管壁均勻時，延遲管壁的傳播只會被衰減。當管壁存在異常時，異常邊界處的聲阻抗突變會產生波的反射、折射和漫反射，接收波形會發生明顯變化。因為基於電磁聲波傳感器的超生長壁檢測最大的特點就是不需要液體耦合劑來保證其工作性能。因此，該技術為輸氣管道超聲波檢測提供了可行性，是替代漏磁檢測的有效方法。