综述国内外油气管道检测监测技术发展现状李育忠201精Word格式文档下载.docx

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国家863科技项目“油气管道光纤安全预警技术与装备研制”（编号:

2006AA06Z242;

国家科技支撑项目“油气管道裂纹检测技术研究及装备研制”（编号:

2008BAB30B05;

中国石油天然气集团公司科技攻关项目“长输油气管道及储运系统安全无损检测新技术研究”（编号:

2008A-3002。

第一作者简介:

李育忠,1969年生,1998年硕士毕业于大庆石油学院化工机械专业,高级工程师,现任中油管道检测技术有限责任公司副经理,长期从事管道检测技术研究与应用工作。

1世界管道内检测技术发展现状

随着油气管道完整性管理理念的兴起,管道内检

测技术也随之得到迅速发展。

所谓管道内检测技术,就是在不影响油气管道输送条件下,通过使用智能检测设备（INTELLIGENT　PIG完成对管道存在缺陷的检测,并对所发现的缺陷进行适用性评价（FITNESS-FOR-PURPOSE以进行科学合理的维修,它不仅可以保障管道安全运行,而且还可以延长管道使用寿命。

当前国内外所应用的智能检测器主要以漏磁检测技术（MFL和超声检测技术（UT为典型代表,经过近40多年的发展,得到了工业界的广泛应用,为管道安全运行和科学管理提供了重要决策依据,内检测技术正向更高精度和更好适应性方向发展。

由于受到的约束条件较少,漏磁检测技术发展表现更为突出,各种形式的漏磁技术相继涌现,其中,轴向漏磁检测技术发展最早并最为成熟,继之又出现了横向漏磁检测技术、三维

探头漏磁检测技术和螺旋磁场检测技术。

超声检测技术方面,除了传统的压电超声技术,应用于天然气管道的电磁超声检测技术也已开始推广应用。

同时,为满足特殊工况条件,出现了多功能组合检测器,一次完成各种功能的检测,实现各种检测技术的优势互补。

1.1

漏磁检测技术

1.1.1

轴向磁场检测技术

轴向磁场检测技术发展历史较长,技术比较成

熟,应用较为广泛,目前仍是大部分检测公司最常用的检测技术。

如GE　PII　、ROSEN等检测公司早已开发出轴向磁场的三轴探头检测设备,并在工业现场广泛应用。

三轴探头的检测器能够检测同一柱面上缺陷处磁场的矢量大小、方向及分布,为数据分析建立的数据模型提供了比单轴更为丰富的数据信息,可精确量化金属损失缺陷的几何尺寸,大大提高缺陷的量化精度（图1。

1.1.2横向磁场检测技术

传统的轴向磁场检测技术对轴向缺陷较敏感,而对沿管道轴向的纵向金属损失缺陷不敏感,被轴向磁场漏磁检测器发现或者探测到的信号较弱,因此作为常规轴向漏磁检测技术的补充,横向磁场检测器应运而生。

它提高了对沿管道轴向狭长金属损失缺陷的检测灵敏度（图2。

目前,国际上个别公司开发出横向磁场检测设备,对漏磁检测技术发展具有重要意义。

1.1.3

螺旋磁场检测技术

在2011年里约国际管道会议上,TDW公司发表了论文《倾斜漏磁场在线检测技术》,阐述了螺旋漏磁场检测管道金属损失缺陷的优势。

而螺旋磁场检测技术正好是轴向和周向磁场检测技术的有机结合（图3。

牵拉试验结果表明,该设备不仅可以检测到轴向狭长的缺陷（传统的MFL不能检测到,也能够检测到周向的缺陷（图4。

对于轴向狭长缺陷,SMFL比普通MFL检测信号灵敏度明显提高（图5。

1.2

超声检测技术

1.2.1

压电超声检测技术

超声波检测技术由来已久,目前也是无损检测领

域的主要方法,在液体管道中广泛应用。

该技术是将超声波探头与管壁垂直入射布置,能够直接测量管道

壁厚减薄的金属损失,灵敏度高,缺陷量化准确。

当前UT检测器技术指标详见表1。

表1　当前UT检测器技术指标

名称指标速度范围≤2.4　m/s

缺陷最小直径10mm（Pitting配置为5mm缺陷最小深度

1.5mm　（Pitting配置为0.4mm

轴向

精度

缺陷定位精度（离最近环焊缝

±

0.1m

周向±

10°

深度量化

壁厚测量分辨率

0.06mm壁厚测量精度

0.2mm未检测

已检测

表2　当前超声波裂纹检测器技术指标

名称指标速度范围<

1.5m/s裂纹最小长度30mm

裂纹最小深度

1mm　（焊缝处2mm

轴向精度

长度量化精度

L>

100

10%L≤100

10mm将超声波探头按与管壁以一定角度入射布置,可以检测裂纹类缺陷,这是管道裂纹检测的主要手段,目前国外知名的管道检测公司都拥有该技术。

随着管道完整性管理技术水平的不断提高,业主对管道常规超声波检测的需求不断增强。

当前超声波裂纹检测器技术指标如表2所示。

1.2.2电磁超声检测技术

从20世纪50年代开始,随着天然气管道的大量使用和传输介质压力的不断提高,因管材产生裂纹引起的安全问题受到了越来越多的关注。

由于裂纹形态和分布的特殊性,将常规的腐蚀缺陷检测方法应用于裂纹检测时都显得无能为力。

为此,在将管道检测的重点转到裂纹在役检测上的同时,国内外管道无损检测界做了大量的尝试性研究,取得了一些阶段性成

果。

超声波是最可靠的裂纹检测方法之一,但由于天然气管道中没有耦合剂,因此耦合方法是其研究的重点。

目前,美国GE　PII公司和德国ROSEN公司已经开发出EMAT检测器,已有商业应用,但某些技术方面还有待改进,尤其对输气量大和站间距较长的管道检测是一个严峻的挑战。

据了解,这种技术的检测器还未实现系列化。

2我国管道内检测技术发展状况

管道内检测技术在我国的发展只有不到30年的

历史,从20世纪80年代初期,我国开始对管道检测技术进行研究,并取得了初步成果,但没有投入到实际的工业应用中。

直到1994年中国石油天然气管道局从美国引进漏磁检测设备开始,才真正着手漏磁检测技术的研究和应用。

在16年的研究与应用发展过程中,

管道局的检测技术水平取得了巨大的飞跃,从全套引进设备的消化吸收,到自行研制标准精度漏磁检测器,从整套检测设备的全面国产化和系列化,到适用于输气管道的中等清晰度检测设备的技术升级,从开发高清晰度检测设备到实现高清晰度检测器的系列化与工业应用,管道局的轴向漏磁检测技术与国际上相比水平已基本接近。

但对于超声波检测技术和电磁超声技术等方面研究才刚刚起步。

目前,管道局拥有与国际技术水平相当的轴向磁场的高清晰度检测技术,口径范围覆盖8~48in,并在国内外得到广泛应用。

具有代表性的48in高清晰度腐蚀检测器,主探头（480个采用高灵敏度HALL元件,ID/OD（120个探头采用涡流技术,并集成一体化,具有良好的动态性能,可搭载测绘系统（MAPPING和速度控制系统（图6。

测绘系统可精确测绘出管道的地理坐标,结合地面高精度的GPS参考点坐标,就可以精确报告出管线的GPS坐标并描绘出管道的走向图,这对管道业主有效监测其管道是否因地震、土壤坍塌和人为地表作业造成的管道位移具有重要作用,同时管道走向检测数据是管道业主实施完整性管理的重要基础数据,结合GIS、GPS技术可实现管道可视化完整性管理。

速度控制系统在不影响管道正常输气量的情况下能实时地根据设备的实际运行速度进行调节,通过控制泄流阀门的开闭,将设备的速度有效地控制在提前预设安全有效的速度区间内,达到安全地进行清管或检测作业的目的。

就单轴轴向磁场检测技术方面,管道局40in高清晰度检测器技术指标与NACE标准指标的对比如表3所示。

表3　管道局40in高清晰度检测器技术指标与NACE标准指标对比

参数NACE标准

管道局轴向采样间距>

2mm,固定频率随速度变化

3.3mm周向探头间距8~17mm

6.9mm

探测能力

最小缺陷深度:

10%壁厚

10%

深度测量精度:

-15%~20%（与缺陷类型有关

最小检测速度要求0.5m/s（线圈无要求（霍尔

最大检测速度要求4~5　m/s

5m/s

最小磁化水平

最小磁场强度:

10　~　12kA/m

16kA/m

最小磁流密度:

1.8T

1.7T

长度测量精度（轴向±

10mm±

10mm宽度测量精度（周向

10~17mm

10mm

定位精度

轴向定位精度:

1‰最近参考点

周向定位精度:

5°

可信度

80%

>

3

管道监测光纤传感技术国内外现状与发展动态

随着激光和光纤技术的发展,分布式光纤传感技

术将是未来油气管道安全监测技术的主要发展方向。

近年来,国内外在此技术领域进行了大量研究,干涉式光纤传感技术利用光纤受到所检测物理场感应,如温度、压力或振动等,使导光相位产生延迟,经由相位的改变,造成输出光的强度改变,进而得知待测物理场的变化。

干涉式分布光纤传感技术相对于其他技术的优点是它的动态范围大、灵敏度高。

干涉式分布光纤传感技术起步较早的是澳大利亚的Future　Fibre　Technologies（FFT。

该公司研制了光纤管道安全防御系统,对管道构成威胁的行为所产生的各类振动、位移进行监测,并可以利用已有的通讯方式构成通信网络,实现一个实时性、可精确定位的防止第三方干扰的检测系统。

此前,FFT公司产品在我国管道上进行过试验测试,效果不佳,遂转向环境较为单一的边界防范领域,产品已经在机场边界和国防线上做了很多推广。

美国HoneyWell（霍尼韦尔利用提高音波测试技术方案,能够实现泄漏发生后的事件和位置检测,属于事后检测,不能避免经济损失及对环境造成的污染,但是对于无同沟光缆的管道具有一定的竞争力。

美国Schlumberger（斯伦贝谢采用光学时域反射法（OTDR——一种广泛应用于陆上和海底

监测的分布式感应技术,该系统软件可连续分析返回的光信号,获得这些参数在光纤的变化情况,从而即时检测并定位事件,但是OTDR技术属于一种静态或者准静态的折射率变化测量技术,无法检测振动变化等瞬态事件,因此在预警市场上受到一定的制约。

在该领域管道局技术处于国际先进水平,自主研发的光纤管道安全预警技术无论从检测距离还是检测精度方面都达到了较高水平。

随着管道的建设,各种技术监测手段也在不断发展,目前应用于管道泄漏监测的方法主要有压力梯度法、负压力波法、流量平衡法、超声波检测法、光纤传感等物理方法和一些化学方法。

这些方法的特点和应用场合各不相同,纵观目前国内与国外的各种管道泄露监测技术,我国负压波法,流量平衡法、压力坡降等输油管道泄露监测技术的发展水平与国际先进水平相差无几。

但这些方法无法对微小泄露进行识别和定位,而且受介质的流体的特性限制,不能用于气体管道的泄漏监测及微小泄漏的监测。

在采用光纤传感技术对管道地质灾害的监测和评估方面,管道局进行了多种技术研究,研发了BOTDR系统和应变检测系统