快速高效！推薦一套在役埋地油氣管道腐蝕缺陷無損檢測方法體系
2021-03-01 01:13:31
hualin
管道安全在油氣資源運(yùn)輸過程中起著至關(guān)重要的作用。隨著在役年限的延長，管道會出現(xiàn)缺陷、泄漏、腐蝕失效等現(xiàn)象，需定期對管道進(jìn)行檢測。常用的管道無損檢測方法有超聲、渦流、漏磁等。這些方法均能檢測管道上已存在的宏觀缺陷，且檢測效果較好，但許多非開挖管道由于自身結(jié)構(gòu)、地形環(huán)境、敷設(shè)情況等條件限制使得檢測成本高、效率低，且難以識別管道的早期隱性損傷區(qū)域，致使整個管線系統(tǒng)的安全受到威脅。因此，如何實(shí)現(xiàn)非開挖管道缺陷的高效檢測和隱性缺陷識別是目前亟待解決的一個難題。
針對以上問題，近年來有技術(shù)人員將非接觸式磁力檢測技術(shù)運(yùn)用到管道腐蝕及內(nèi)外缺陷檢測中，實(shí)現(xiàn)了非開挖管道的高效檢測；也有人運(yùn)用接觸式磁記憶檢測方法進(jìn)行管道焊縫質(zhì)量和缺陷檢測，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技術(shù)對非開挖埋地管道進(jìn)行全線缺陷檢測，結(jié)合磁記憶檢測技術(shù)定性分析和超聲波測厚法定量分析開挖管道進(jìn)行驗(yàn)證，形成一套針對埋地油氣管道缺陷檢測的方法體系，實(shí)現(xiàn)管道缺陷位置的準(zhǔn)確定位和損傷等級判別。
非接觸式磁力檢測技術(shù)
技術(shù)原理
非接觸式磁力檢測方法是針對具有一定埋深、受地磁場磁化的鐵磁性管道開展的，當(dāng)管道存在局部缺陷區(qū)域時，其自身磁化率會發(fā)生改變，引起管道外一定范圍內(nèi)磁場的變化。
通過梯度測量采集由管道產(chǎn)生的疊置于地磁場之上且反映其缺陷的附加磁場信息數(shù)據(jù)，由于在任意一點(diǎn)處管道磁場的梯度與地磁場的梯度即地磁場最大變化率相比顯得非常強(qiáng)，因此非接觸式磁力檢測方法測得的是管道正上方一定距離處磁場的水平梯度，經(jīng)推導(dǎo)能得到測點(diǎn)處的磁力梯度模量G，再計(jì)算管道損傷等級指標(biāo)F，以確定管道損傷等級，然后通過檢測系統(tǒng)精確定位管道中存在缺陷的高風(fēng)險位置。
判定
依據(jù)
根據(jù)GB/T 35090-2018《無損檢測管道弱磁檢測方法》，對于含有損傷的管道，依據(jù)損傷等級指標(biāo)F確定管道的損傷等級，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)管道損傷等級指標(biāo)F的不同可將管道損傷劃分為三個等級：
Ⅰ級為高風(fēng)險，高腐蝕
（壁厚損失率>40%）
Ⅱ級為中風(fēng)險，中腐蝕
（壁厚損失率在20%~40%）
Ⅲ級為低風(fēng)險，低腐蝕
（壁厚損失率<20%）
管道損傷等級及建議處理措施如下表所示：
檢測工具
本次檢測采用的工具為管道應(yīng)力非接觸磁力檢測系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)檢測管道時，不需要額外的磁化設(shè)備，它利用地磁場實(shí)現(xiàn)管道的磁化，通過識別應(yīng)力集中區(qū)域檢測缺陷部位產(chǎn)生的漏磁信號，實(shí)現(xiàn)管道缺陷早期診斷。
實(shí)施檢測時對管道和環(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)境中無高壓線、電氣化鐵路、磁信號的干擾。
圖片
磁記憶檢測技術(shù)
技術(shù)
原理
管道在地磁場的作用下具有磁性，在工作運(yùn)行時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產(chǎn)生漏磁場，從而使原有磁場方向發(fā)生變化，去除載荷后，漏磁場并不會消失，在這個過程中管道保留了之前的磁場強(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)。在地磁場和工作載荷的共同作用下，管道缺陷處磁記憶效應(yīng)會更加明顯，因此通過獲取缺陷處漏磁場信息可以確定管道運(yùn)行中發(fā)生缺陷的位置。若管道表面沒有缺陷，其磁場會均勻分布。
管道局部缺陷處磁場強(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，會引起局部磁場分布異常，形成漏磁場（磁場強(qiáng)度Hp），漏磁場的法向分量Hp（y）符號改變且過零點(diǎn)，切向分量Hp（x）出現(xiàn)最大值，如下圖所示。因此，可根據(jù)管道周圍磁場分布來判斷缺陷位置，當(dāng)異常磁場法向分量Hp（y）過零點(diǎn)且符號改變或切向分量Hp（x）存在最大值時，則磁場異常處為腐蝕缺陷部位。
（a） 法向分布 （b） 切向分布
缺陷部位漏磁場分布示意圖
超聲波測厚技術(shù)
采用TMG-II超聲波測厚儀進(jìn)行管道壁厚分析，以驗(yàn)證非接觸式磁力檢測結(jié)果。超聲波測厚方法需接觸管壁，對開挖管段實(shí)施橫向密集、環(huán)向時鐘性的檢測。
本工作通過磁記憶檢測技術(shù)先找出開挖管段的缺陷位置，再對缺陷處實(shí)施壁厚測量，可提高檢測效率。
工程應(yīng)用
本次檢測的埋地管道為一條外輸干線，長度為12.036km，平均埋深1.289 m，投產(chǎn)5年，無并行管道，管道所在區(qū)域地形起伏較小。管材為20號無縫鋼管，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)氧樹脂）等。
該管道輸送介質(zhì)為含水原油，在運(yùn)行過程中內(nèi)腐蝕情況嚴(yán)重，腐蝕穿孔維修16次。隨著管道在役時間的延長，潛在的腐蝕缺陷會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。
檢測
過程
采用非接觸式磁力檢測技術(shù)對管道全線實(shí)施大范圍的缺陷檢測，管道參數(shù)符合該技術(shù)的檢測要求。采集現(xiàn)場管道磁場數(shù)據(jù)，儀器檢測采集點(diǎn)的間距不超過0.25m。完成數(shù)據(jù)采集后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入檢測系統(tǒng)進(jìn)行分析，計(jì)算管段的損傷等級指標(biāo)、確定損傷等級，同時精確定位發(fā)生磁異常的管段位置。最后，結(jié)合現(xiàn)場開挖條件，采用磁記憶檢測技術(shù)和SYT 0087.2-2012《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評價》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的超聲波測厚法，對非接觸式磁力檢測結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
非接觸式
磁力檢測
結(jié)果
根據(jù)非接觸式磁力檢測技術(shù)初步檢測到的磁場異常分布，將磁場異常位置形成GPS坐標(biāo)。共檢測出6處Ⅰ級腐蝕缺陷管段，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值分布見下表：
共檢測出50處Ⅱ級腐蝕缺陷管段，腐蝕深度在20%~40%，條件允許時需制定維修計(jì)劃；其余為Ⅲ級缺陷管段。全線腐蝕缺陷位置、F值分布及相應(yīng)損傷等級如下圖所示。
全線腐蝕缺陷位置和F值分布
開挖
檢測
結(jié)合磁記憶檢測技術(shù)和超聲波測厚法兩種方法對磁場異常管段進(jìn)行開挖檢測。運(yùn)用TSC-2M-8型磁記憶檢測儀對開挖管段的3?6?9?12點(diǎn)時鐘位置進(jìn)行檢測，根據(jù)磁異常分布預(yù)先找出管段腐蝕缺陷的位置；然后通過超聲波測厚儀對磁記憶技術(shù)檢測出的缺陷管段進(jìn)行壁厚測量，從而實(shí)現(xiàn)開挖管段缺陷位置的快速識別和腐蝕程度的定量分析，提高檢測效率。
根據(jù)非接觸式磁力檢測結(jié)果可知，6號管段的磁場分布異常，損傷等級為Ⅰ級。以6號管段為例進(jìn)行開挖檢測，以驗(yàn)證非接觸式磁力檢測結(jié)果。6號管段為直管段，規(guī)格為Φ219mm ×6.3mm，管道埋深1.40m。開挖長度為6m、寬度為2.1m、深度為1.9m。開挖后外觀檢查發(fā)現(xiàn)該管段的保溫層完好，管段剝離保溫層長度3.0m，防腐蝕層無破損，可判斷腐蝕類型為內(nèi)腐蝕。
磁記憶
檢測結(jié)果
通過磁記憶檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，6號管段3點(diǎn)鐘、9點(diǎn)鐘方向存在磁異常信號，如下圖所示。
6號管段3點(diǎn)鐘方向磁記憶檢測曲線
6號管段9點(diǎn)鐘方向磁記憶檢測曲線
在6號管段的3點(diǎn)鐘方向距測量起點(diǎn)0.3~0.4m、0.8~1.0m、1.2~1.3m、1.4~2.0m處和9點(diǎn)方向距測量起點(diǎn)1.1~1.3m、1.7~1.8m處磁場法向分量Hp（y）存在過零點(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)一步的超聲波測厚。
超聲波
測厚結(jié)果
根據(jù)SYT 0087.2-2012標(biāo)準(zhǔn)中現(xiàn)場開挖檢測方法，采用超聲波測厚儀對磁記憶檢測技術(shù)檢測出的腐蝕嚴(yán)重管段的3點(diǎn)鐘、9點(diǎn)鐘方向進(jìn)行壁厚測量，測量結(jié)果如下圖所示。
6號管段超聲波壁厚檢測值
結(jié)果表明，最小壁厚位置在3點(diǎn)鐘方位距離測量起點(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號管段的磁異常等級為Ⅰ級，與PMDT儀檢測確定的磁異常等級一致，屬于高風(fēng)險。
結(jié)論
1 由開挖檢測結(jié)果可判斷6號管段缺陷類型為局部腐蝕，缺陷損傷等級為Ⅰ級，與非接觸式磁力檢測結(jié)果相符，表明實(shí)際工程中可依據(jù)非接觸式磁力檢測技術(shù)對全線管道進(jìn)行腐蝕缺陷檢測。
2 實(shí)施開挖驗(yàn)證時，先運(yùn)用磁記憶檢測技術(shù)快速檢測出管段磁異常部位，預(yù)先找出管段缺陷位置，再通過超聲波測厚儀對腐蝕缺陷管段進(jìn)行壁厚檢測，相對于單獨(dú)采用超聲波測厚法開挖驗(yàn)證，該方法的檢測效率顯著提高。
3 應(yīng)用非接觸式磁力檢測技術(shù)初步檢測，結(jié)合磁記憶檢測技術(shù)定性分析和超聲波測厚法定量分析開挖管道進(jìn)行驗(yàn)證，形成一套針對埋地管道的快速高效的缺陷檢測方法體系，實(shí)現(xiàn)管道缺陷位置的準(zhǔn)確定位和損傷等級評價，為埋地管道腐蝕缺陷的現(xiàn)場檢測提供一定的借鑒價值。