城市燃气管道内检测技术_技术研究

摘要

分析了管道内检测的必要性，介绍了基于无损检测理论的漏磁检测、超声波检测、射线检测、涡流检测以及红外热成像检测等管道内检测技术，探讨了漏磁检测技术在城市燃气管道中的应用，提出了加强管道完整性管理的建议。

摘要：分析了管道内检测的必要性，介绍了基于无损检测理论的漏磁检测、超声波检测、射线检测、涡流检测以及红外热成像检测等管道内检测技术，探讨了漏磁检测技术在城市燃气管道中的应用，提出了加强管道完整性管理的建议。

关键词：城市燃气管道；内检测；漏磁检测；超声波检测；涡流检测；完整性管理

Internal Detection Technologies of City Gas Pipeline

GAO Huiming，MENG Yue，JING Shuai，GONG Ming

Abstract：The necessity for pipeline internal detection is analyzed.The pipeline internal detection technologies based on nondestructive detection theory including leakage flux detection，ultrasonic detection，radiography detection，eddy current detection and infrared thermal imaging detection are introduced.The application of leakage flux detection in city gas pipeline is discussed.Suggestions on strengthening pipeline integrity management are presented.

Key words：city gas pipeline；intemal detection；leakage flux detection；ultrasonic detection；eddy current detection；integrity management

1 管道内检测的必要性

随着西气东输、川气东送等国家级骨干输气管网的建设，我国城市燃气得到了快速发展，对现有燃气管道的完整性管理要求也不断提高。管道内检测是提高管道完整性管理水平的有效手段之一。

管道内检测^[1]是指采用检测技术真实地检测并记录管道壁厚、管径、内腐蚀情况以及焊缝缺陷等。施工阶段进行内检测主要是监督施工质量，同时为后期运行管理提供基本数据；运营阶段实施内检测主要是了解腐蚀等原因导致的皱褶、凹陷等缺陷信息，进行预知性维修，以减小事故发生概率。运营阶段实施内检测日益受到燃气公司的重视。

2 管道内检测技术及其分类

近年来，随着计算机的广泛普及，国内外检测技术得到了迅猛的发展，逐渐形成管道外检测和内检测两个分支。管道外检测技术是在检测防腐涂层及阴极保护的基础上，通过挖坑检测，达到检测管体腐蚀缺陷的目的。普遍的外检测方法包括：标准管/地电位检测、皮尔逊检测、密间距电位测试、多频电流测试、直流电位梯度测试^[2]。管道内检测技术主要用于发现管道内腐蚀、局部变形以及焊缝裂纹等缺陷，也可间接判断防腐涂层的完好性。目前比较成熟的内检测方法包括漏磁检测^[3～4]、超声波检测^[5]、射线检测^[6]、涡流检测^[7]、红外热成像检测^[8]等。各种内检测技术的优缺点见表1。

基于漏磁检测的管道检测系统具有准确性高、可靠性强的特点，随着电子信息的发展、检测器探头的小型化、处理器采样速率的提高以及超大容量存储器的应用，漏磁检测与GIS、GPS技术相结合，实现了管道可视化完整性管理等高新技术在管道内检测技术领域的应用，使得漏磁检测器分辨率、定位精度有了大幅度提高。与其他检测技术相比，漏磁检测技术更适用于城市燃气管道的内检测。

表1 各种内检测技术的优缺点

内检测技术	优点	缺点
漏磁检测	对检测环境要求低，在线检测能力强，自动化程度高，能够进行快速在线检测，是应用最广的一种磁粉检测方法。	对运载工具的运行速度相当敏感，需控制清管器的运行速度；要求管壁达到完全磁性饱和；受管壁厚度影响。
超声波检测	被测对象广泛，缺陷定位准确，检测灵敏度高，便于现场使用。	需要连续的耦合剂，主要适用于液体管道，在气体管道上使用有一定的困难；不能检测复杂几何形状和太小的工件。
射线检测	可得到永久性记录，结果比较直观，检测技术简单，辐照范围广，检测时不需拆掉管道上的保温层。	需要把射线源和照相底片或荧光屏放置在另一侧，故难以用于在线检测；为防止人员受到辐射，检测时检测人员必须采取严格的防护措施。
涡流检测	适用于管道表面缺陷或近表面缺陷的探伤。	不适用于形状复杂的零件，检测结果易受到材料本身及其他因素的干扰。
红外热成像检测	能进行非接触的在线测量；适用于检测高温压力管道的腐蚀分布。	环境温度、通风等因素会影响热像显示图像的准确性；不适用于检测腐蚀的发展速率。

3 漏磁检测技术在城市燃气管道中的应用

高压燃气管道在整个输配系统中的作用不言而喻，为进行管道完整性管理，针对高压燃气管道进行内检测技术的应用分析。

① 工作原理

漏磁检测通过测量被磁化的铁磁材料工件表面泄漏的磁场强度，来判断工件缺陷的大小，无缺陷工件、有缺陷工件进行漏磁检测的原理见图1、2。

若被测工件表面光滑无缺陷，内部没有杂物，则磁通全部通过被测工件。若被测工件存在缺陷，则缺陷及其附近的磁阻增大，磁场发生畸变，磁通分布的具体情况为：a.大部分磁通在工件内部绕过缺陷；b.少部分磁通穿过缺陷；c。部分磁通离开工件的上下表面经空气绕过缺陷，即所谓的漏磁通。漏磁通量可通过霍尔元件测量得到，信号的强弱取决于管道情况。

② 装置构成

漏磁检测装置由钕铁硼永久磁铁励磁，采用霍尔效应传感器检测磁场。该装置自带电源，随传输介质运行，数据存储在硬盘中。完成检测后，经评价软件处理得到缺陷尺寸及所在位置，为管道安全评价、寿命预测、管道维护提供技术支持。为保证装置顺利通过弯头，装置分为测量节、计算机节和电池节3节，节间采用软连接，漏磁检测装置见图3。

③ 技术指标

漏磁检测装置的技术指标见表2^[2]，其中δ表示管道的壁厚。

④ 对管道及设备的技术要求

对城市燃气管道进行漏磁检测时，设管道外径为D，则要求被检测管道直管段变形不大于0.13D；弯头变形不大于0.1D；沿线三通必须有挡条，或支管管径不大于干管管径；沿线阀门为全通径阀门；斜接管段角度不大于15°等；设有收发球系统时，对收发球筒的长度、收发球前场地的大小以及检测设备的运行速度均有要求，以满足检测设备放入与取出的需要。

表2 漏磁检测装置的技术指标

项目名称		技术指标
轴向采样距离		2mm，当采样时间确定时，采样距离随检测速度而变化。
周向传感器间距/mm		8～17
最小检测速度		0.5m/s(采用导电线圈)；没有要求(采用霍尔元件)
最大检测速度/(m·s^-1)		4～5
宽度检测精度(周向)/mm		10～17
长度(轴向)、深度检测精度	一般腐蚀	最小深度：0.16 深度检测精度：±0.13 长度检测精度：±20mm
	坑状腐蚀	最小深度：(0.1～0.2)δ 深度检测精度：±0.1δ 长度检测精度：±10mm
	轴向沟槽	最小深度：0.2δ 深度检测精度：(-0.15～0.1)δ 长度检测精度：±10mm
	周向沟槽	最小深度：0.1δ 深度检测精度：(-0.1～0.15)δ 长度检测精度：±15mm
定位精度	轴向(相对于最近环焊缝)：±0.1mm 周向：±5°
可信度/%	80

⑤ 检测风险分析及对策

漏磁检测能够进行快速在线检测，但这种在线检测设备运用到城市燃气管道，还存在卡球、磨损等风险。决策实施在线检测，需要平衡短期管道安全与长期管道安全的辩证关系。从长期来看，实施在线检测将降低运行管理风险。实际在线检测时，针对检测风险的具体对策为：a.选择合理的检测时间，利用城市燃气的夏季供气低峰，减少检测风险。b.选择合理的检测区段，收集数据和积累经验，以利于推广。c.做好应急预案，确保万无一失。

4 结论及建议

目前，高清晰度的漏磁检测装置已成功应用于燃气管道，这对于提高国内燃气管道完整性管理水平、保障管道安全运行具有十分重要的意义。由于管道内检测装置使用的清管器比普通清管器长得多，很多城镇燃气管道不具备管道内智能检测的条件，应用前需对厂站收发球装置及部分管道、管件进行改造。

为了更好地实现城市燃气管道的内检测，笔者提出以下建议：

① 正确选择无损检测方法。应综合考虑管道的工艺条件、检测技术文件和相关标准的要求等因素，将各种检测方法相结合，提高检测的全面性。

② 提高管道检测装置的可靠性及精度，为管道维修提供更科学的依据。

③ 积极借鉴国外先进技术，开展学术交流与国际合作。

④ 建立管道完整性评价数据库，完善管道安全评估体系。

参考文献：

[1] 宋生奎，宫敬，才建，等.油气管道内检测技术研究进展[J].石油工程建设，2005，31(2)：10-14.

[2] 范向红，王少华，那晶.我国管道漏磁检测技术及其成就[J].石油科技论坛，2007(4)：55-57.

[3] 杨理践，王玉梅，冯海英.智能化漏磁检测装置的研究[J].无损检测，2002，24(3)：100-102.

[4] 杨理践，陈晓春，魏兢.油气管道漏磁检测的信号处理技术[J].沈阳工业大学学报，1999，21(6)：516-518.