快速高效！推薦一套在役埋地油氣管道腐蝕缺陷無(wú)損檢測(cè)方法體系
2021-03-01 01:13:31
hualin
管道安全在油氣資源運(yùn)輸過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。隨著在役年限的延長(zhǎng)，管道會(huì)出現(xiàn)缺陷、泄漏、腐蝕失效等現(xiàn)象，需定期對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)。常用的管道無(wú)損檢測(cè)方法有超聲、渦流、漏磁等。這些方法均能檢測(cè)管道上已存在的宏觀缺陷，且檢測(cè)效果較好，但許多非開(kāi)挖管道由于自身結(jié)構(gòu)、地形環(huán)境、敷設(shè)情況等條件限制使得檢測(cè)成本高、效率低，且難以識(shí)別管道的早期隱性損傷區(qū)域，致使整個(gè)管線系統(tǒng)的安全受到威脅。因此，如何實(shí)現(xiàn)非開(kāi)挖管道缺陷的高效檢測(cè)和隱性缺陷識(shí)別是目前亟待解決的一個(gè)難題。
針對(duì)以上問(wèn)題，近年來(lái)有技術(shù)人員將非接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用到管道腐蝕及內(nèi)外缺陷檢測(cè)中，實(shí)現(xiàn)了非開(kāi)挖管道的高效檢測(cè)；也有人運(yùn)用接觸式磁記憶檢測(cè)方法進(jìn)行管道焊縫質(zhì)量和缺陷檢測(cè)，并取得了顯著的成果。但很少有人將這兩者聯(lián)合應(yīng)用。因此，西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院的科研人員采用非接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)對(duì)非開(kāi)挖埋地管道進(jìn)行全線缺陷檢測(cè)，結(jié)合磁記憶檢測(cè)技術(shù)定性分析和超聲波測(cè)厚法定量分析開(kāi)挖管道進(jìn)行驗(yàn)證，形成一套針對(duì)埋地油氣管道缺陷檢測(cè)的方法體系，實(shí)現(xiàn)管道缺陷位置的準(zhǔn)確定位和損傷等級(jí)判別。
非接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)
技術(shù)原理
非接觸式磁力檢測(cè)方法是針對(duì)具有一定埋深、受地磁場(chǎng)磁化的鐵磁性管道開(kāi)展的，當(dāng)管道存在局部缺陷區(qū)域時(shí)，其自身磁化率會(huì)發(fā)生改變，引起管道外一定范圍內(nèi)磁場(chǎng)的變化。
通過(guò)梯度測(cè)量采集由管道產(chǎn)生的疊置于地磁場(chǎng)之上且反映其缺陷的附加磁場(chǎng)信息數(shù)據(jù)，由于在任意一點(diǎn)處管道磁場(chǎng)的梯度與地磁場(chǎng)的梯度即地磁場(chǎng)最大變化率相比顯得非常強(qiáng)，因此非接觸式磁力檢測(cè)方法測(cè)得的是管道正上方一定距離處磁場(chǎng)的水平梯度，經(jīng)推導(dǎo)能得到測(cè)點(diǎn)處的磁力梯度模量G，再計(jì)算管道損傷等級(jí)指標(biāo)F，以確定管道損傷等級(jí)，然后通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)精確定位管道中存在缺陷的高風(fēng)險(xiǎn)位置。
判定
依據(jù)
根據(jù)GB/T 35090-2018《無(wú)損檢測(cè)管道弱磁檢測(cè)方法》，對(duì)于含有損傷的管道，依據(jù)損傷等級(jí)指標(biāo)F確定管道的損傷等級(jí)，F(xiàn)由下式計(jì)算：
F=e-AG
式中：A為修正系數(shù)；G為損傷程度的度量值，也就是磁力梯度模量。
根據(jù)管道損傷等級(jí)指標(biāo)F的不同可將管道損傷劃分為三個(gè)等級(jí)：
Ⅰ級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)，高腐蝕
（壁厚損失率>40%）
Ⅱ級(jí)為中風(fēng)險(xiǎn)，中腐蝕
（壁厚損失率在20%~40%）
Ⅲ級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn)，低腐蝕
（壁厚損失率<20%）
管道損傷等級(jí)及建議處理措施如下表所示：
檢測(cè)工具
本次檢測(cè)采用的工具為管道應(yīng)力非接觸磁力檢測(cè)系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)檢測(cè)管道時(shí)，不需要額外的磁化設(shè)備，它利用地磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)管道的磁化，通過(guò)識(shí)別應(yīng)力集中區(qū)域檢測(cè)缺陷部位產(chǎn)生的漏磁信號(hào)，實(shí)現(xiàn)管道缺陷早期診斷。
實(shí)施檢測(cè)時(shí)對(duì)管道和環(huán)境的要求如下：
（1）埋地管道直徑D范圍為55~3000mm；
（2）管道埋深不超過(guò)20D；
（3）管道壁厚不小于1mm；
（4）設(shè)備和管道間容許距離為20D；
（5）背景環(huán)境中無(wú)高壓線、電氣化鐵路、磁信號(hào)的干擾。
圖片
磁記憶檢測(cè)技術(shù)
技術(shù)
原理
管道在地磁場(chǎng)的作用下具有磁性，在工作運(yùn)行時(shí)承受著周期性變化的載荷，隨著載荷的增大，在磁致伸縮效應(yīng)和磁彈性效應(yīng)的作用下，埋地管道缺陷部位會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，從而使原有磁場(chǎng)方向發(fā)生變化，去除載荷后，漏磁場(chǎng)并不會(huì)消失，在這個(gè)過(guò)程中管道保留了之前的磁場(chǎng)強(qiáng)度并且不斷地增強(qiáng)，這一現(xiàn)象被稱作為磁記憶效應(yīng)。在地磁場(chǎng)和工作載荷的共同作用下，管道缺陷處磁記憶效應(yīng)會(huì)更加明顯，因此通過(guò)獲取缺陷處漏磁場(chǎng)信息可以確定管道運(yùn)行中發(fā)生缺陷的位置。若管道表面沒(méi)有缺陷，其磁場(chǎng)會(huì)均勻分布。
管道局部缺陷處磁場(chǎng)強(qiáng)度變化示意圖
判定
依據(jù)
當(dāng)管道存在宏觀缺陷或微觀結(jié)構(gòu)缺陷時(shí)，會(huì)引起局部磁場(chǎng)分布異常，形成漏磁場(chǎng)（磁場(chǎng)強(qiáng)度Hp），漏磁場(chǎng)的法向分量Hp（y）符號(hào)改變且過(guò)零點(diǎn)，切向分量Hp（x）出現(xiàn)最大值，如下圖所示。因此，可根據(jù)管道周圍磁場(chǎng)分布來(lái)判斷缺陷位置，當(dāng)異常磁場(chǎng)法向分量Hp（y）過(guò)零點(diǎn)且符號(hào)改變或切向分量Hp（x）存在最大值時(shí)，則磁場(chǎng)異常處為腐蝕缺陷部位。
（a） 法向分布 （b） 切向分布
缺陷部位漏磁場(chǎng)分布示意圖
超聲波測(cè)厚技術(shù)
采用TMG-II超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行管道壁厚分析，以驗(yàn)證非接觸式磁力檢測(cè)結(jié)果。超聲波測(cè)厚方法需接觸管壁，對(duì)開(kāi)挖管段實(shí)施橫向密集、環(huán)向時(shí)鐘性的檢測(cè)。
本工作通過(guò)磁記憶檢測(cè)技術(shù)先找出開(kāi)挖管段的缺陷位置，再對(duì)缺陷處實(shí)施壁厚測(cè)量，可提高檢測(cè)效率。
工程應(yīng)用
本次檢測(cè)的埋地管道為一條外輸干線，長(zhǎng)度為12.036km，平均埋深1.289 m，投產(chǎn)5年，無(wú)并行管道，管道所在區(qū)域地形起伏較小。管材為20號(hào)無(wú)縫鋼管，管道規(guī)格為Φ219mm×6.3mm，設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa，目前運(yùn)行壓力為2.0MPa，外防腐蝕措施包括端面防水帽（輻射交聯(lián)熱收縮防水帽）、防護(hù)層（高密度聚乙烯）、保溫層（硬質(zhì)聚氨酯泡沫）、防腐蝕層（單層熔結(jié)環(huán)氧樹(shù)脂）等。
該管道輸送介質(zhì)為含水原油，在運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)腐蝕情況嚴(yán)重，腐蝕穿孔維修16次。隨著管道在役時(shí)間的延長(zhǎng)，潛在的腐蝕缺陷會(huì)威脅整條管線的安全運(yùn)行，急需一次全面、系統(tǒng)性的檢測(cè)。
檢測(cè)
過(guò)程
采用非接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)對(duì)管道全線實(shí)施大范圍的缺陷檢測(cè)，管道參數(shù)符合該技術(shù)的檢測(cè)要求。采集現(xiàn)場(chǎng)管道磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，儀器檢測(cè)采集點(diǎn)的間距不超過(guò)0.25m。完成數(shù)據(jù)采集后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，計(jì)算管段的損傷等級(jí)指標(biāo)、確定損傷等級(jí)，同時(shí)精確定位發(fā)生磁異常的管段位置。最后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖條件，采用磁記憶檢測(cè)技術(shù)和SYT 0087.2-2012《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的超聲波測(cè)厚法，對(duì)非接觸式磁力檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
非接觸式
磁力檢測(cè)
結(jié)果
根據(jù)非接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)初步檢測(cè)到的磁場(chǎng)異常分布，將磁場(chǎng)異常位置形成GPS坐標(biāo)。共檢測(cè)出6處Ⅰ級(jí)腐蝕缺陷管段，管段腐蝕深度在40%以上，需要立即維修，具體缺陷位置和磁異常綜合指數(shù)F值分布見(jiàn)下表：
共檢測(cè)出50處Ⅱ級(jí)腐蝕缺陷管段，腐蝕深度在20%~40%，條件允許時(shí)需制定維修計(jì)劃；其余為Ⅲ級(jí)缺陷管段。全線腐蝕缺陷位置、F值分布及相應(yīng)損傷等級(jí)如下圖所示。
全線腐蝕缺陷位置和F值分布
開(kāi)挖
檢測(cè)
結(jié)合磁記憶檢測(cè)技術(shù)和超聲波測(cè)厚法兩種方法對(duì)磁場(chǎng)異常管段進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)。運(yùn)用TSC-2M-8型磁記憶檢測(cè)儀對(duì)開(kāi)挖管段的3?6?9?12點(diǎn)時(shí)鐘位置進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)磁異常分布預(yù)先找出管段腐蝕缺陷的位置；然后通過(guò)超聲波測(cè)厚儀對(duì)磁記憶技術(shù)檢測(cè)出的缺陷管段進(jìn)行壁厚測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖管段缺陷位置的快速識(shí)別和腐蝕程度的定量分析，提高檢測(cè)效率。
根據(jù)非接觸式磁力檢測(cè)結(jié)果可知，6號(hào)管段的磁場(chǎng)分布異常，損傷等級(jí)為Ⅰ級(jí)。以6號(hào)管段為例進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)，以驗(yàn)證非接觸式磁力檢測(cè)結(jié)果。6號(hào)管段為直管段，規(guī)格為Φ219mm ×6.3mm，管道埋深1.40m。開(kāi)挖長(zhǎng)度為6m、寬度為2.1m、深度為1.9m。開(kāi)挖后外觀檢查發(fā)現(xiàn)該管段的保溫層完好，管段剝離保溫層長(zhǎng)度3.0m，防腐蝕層無(wú)破損，可判斷腐蝕類型為內(nèi)腐蝕。
磁記憶
檢測(cè)結(jié)果
通過(guò)磁記憶檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，6號(hào)管段3點(diǎn)鐘、9點(diǎn)鐘方向存在磁異常信號(hào)，如下圖所示。
6號(hào)管段3點(diǎn)鐘方向磁記憶檢測(cè)曲線
6號(hào)管段9點(diǎn)鐘方向磁記憶檢測(cè)曲線
在6號(hào)管段的3點(diǎn)鐘方向距測(cè)量起點(diǎn)0.3~0.4m、0.8~1.0m、1.2~1.3m、1.4~2.0m處和9點(diǎn)方向距測(cè)量起點(diǎn)1.1~1.3m、1.7~1.8m處磁場(chǎng)法向分量Hp（y）存在過(guò)零點(diǎn)現(xiàn)象，由此可知，該管段3點(diǎn)鐘、9點(diǎn)鐘方向存在局部腐蝕缺陷，需進(jìn)行進(jìn)一步的超聲波測(cè)厚。
超聲波
測(cè)厚結(jié)果
根據(jù)SYT 0087.2-2012標(biāo)準(zhǔn)中現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢測(cè)方法，采用超聲波測(cè)厚儀對(duì)磁記憶檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)出的腐蝕嚴(yán)重管段的3點(diǎn)鐘、9點(diǎn)鐘方向進(jìn)行壁厚測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下圖所示。
6號(hào)管段超聲波壁厚檢測(cè)值
結(jié)果表明，最小壁厚位置在3點(diǎn)鐘方位距離測(cè)量起點(diǎn)0.8~1.0m處，厚度為3.10mm，壁厚損失率為50.8%（大于40%），可確定6號(hào)管段的磁異常等級(jí)為Ⅰ級(jí)，與PMDT儀檢測(cè)確定的磁異常等級(jí)一致，屬于高風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)論
1 由開(kāi)挖檢測(cè)結(jié)果可判斷6號(hào)管段缺陷類型為局部腐蝕，缺陷損傷等級(jí)為Ⅰ級(jí)，與非接觸式磁力檢測(cè)結(jié)果相符，表明實(shí)際工程中可依據(jù)非接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)對(duì)全線管道進(jìn)行腐蝕缺陷檢測(cè)。
2 實(shí)施開(kāi)挖驗(yàn)證時(shí)，先運(yùn)用磁記憶檢測(cè)技術(shù)快速檢測(cè)出管段磁異常部位，預(yù)先找出管段缺陷位置，再通過(guò)超聲波測(cè)厚儀對(duì)腐蝕缺陷管段進(jìn)行壁厚檢測(cè)，相對(duì)于單獨(dú)采用超聲波測(cè)厚法開(kāi)挖驗(yàn)證，該方法的檢測(cè)效率顯著提高。
3 應(yīng)用非接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)初步檢測(cè)，結(jié)合磁記憶檢測(cè)技術(shù)定性分析和超聲波測(cè)厚法定量分析開(kāi)挖管道進(jìn)行驗(yàn)證，形成一套針對(duì)埋地管道的快速高效的缺陷檢測(cè)方法體系，實(shí)現(xiàn)管道缺陷位置的準(zhǔn)確定位和損傷等級(jí)評(píng)價(jià)，為埋地管道腐蝕缺陷的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供一定的借鑒價(jià)值。