摘要:國內(nèi)外大量事故分析表明，腐蝕、螺旋焊縫缺陷、機械損傷等各類缺陷是危脅管道安全運行的高風險因素，為了保障管道的安全運行，最可行的解決方案是開展基于內(nèi)檢測的完整性評價三軸高清漏磁內(nèi)檢測器在檢測能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測器，提高了檢測范圍、檢測精度和置信度，具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測能力基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測技術的完整性評價技術具有以下優(yōu)點:缺陷定位精確、類型定性、尺寸量化;螺旋焊縫缺陷信號識別和尺寸評定填補國際空白;缺陷評價方法適用性強，評價軟件界面友好，可實現(xiàn)批量評價和缺陷的分級排序基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測的完整性評價技術，已成功應用于國內(nèi)管道的完整性評價，為國內(nèi)管道缺陷修復、安全運行提供了決策依據(jù)和技術支持。

關鍵詞:漏磁、三軸、內(nèi)檢測、完整性評價

1前言

近年來，發(fā)生了多起管道泄漏、開裂甚至爆炸事故，調(diào)查事故的原因發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)失效事件均與管道缺陷有關，這些缺陷包括焊縫缺陷、腐蝕、機械損傷等。面對管線的高風險因素，對管道運營者提出如下問題:

(1)什么時間會發(fā)生泄漏?位置在哪里?

(2)應該如何應對?

(3)安全運行壓力是多少?

(4)這條管道還能用多少年?

要回答這些問題，就要對管道進行完整性評價完整性評價是管道完整性管理的核心步驟，它是通過特定技術手段獲取管道缺陷信息來對管道的完整性進行評估，以明確現(xiàn)在和將來管道達到安全運行狀態(tài)的能力和水平的過程完整性管理的價值最終體現(xiàn)在合理有效的維修維護計劃卜來，通過維修維護來降低管道運行風險和提高安全水平，而完整性評價則是為維修維護計劃的制汀提供依據(jù)通常而言，完整性評價是基于風險評價的結果，對高風險段的管道缺陷進行檢測，對缺陷的剩余強度和剩余壽命進行評估，并頂測缺陷導致管道失效的發(fā)展趨勢，在此基礎卜給出管道整體安全運行卜限條件，并制汀有針對性的維修維護計劃。

完整性評價主要有3種方法:

(1)內(nèi)檢測法

通過內(nèi)檢測，找出缺陷，根據(jù)缺陷尺寸評定管體完整性。

(2)壓力試驗法

通過打壓試驗，暴露不能夠承載的缺陷。對在役管道，受停輸、清管、污水處理等條件的制約此外，容易造成某些缺陷惡化，增加風險。

(3)直接評估法

通過地面檢測、開挖驗證等綜合分析管道整體狀態(tài)。此方法缺陷數(shù)據(jù)采集不全面，評價不充分，而且無法檢測管體缺陷。

綜合分析，為了保障管道的安全運行，最可行的解決方案是開展內(nèi)檢測，確定缺陷的位置和尺寸，然后根據(jù)尺寸進行強度評價，根據(jù)評價結果進行針對性修復。三軸高清漏磁內(nèi)檢測器在檢測能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測器，提高了檢測范圍、檢測精度和置信度，具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測能力，相比較其它檢測器，適用范圍也更廣，基本適用于國內(nèi)長輸油氣管道的檢測。

2三軸高清漏磁內(nèi)檢測技術

2.1技術原理及特點

漏磁檢測器在管道內(nèi)運行過程中，其攜帶的永久磁鐵將管壁飽和磁化，管壁與鋼刷、磁鐵及鐵心形成磁回路，當管壁沒有缺陷時，磁力線在管道內(nèi)均勻分布，形成勻強磁場。當管壁有缺陷時，磁力線在缺陷處扭曲，穿出管壁產(chǎn)生漏磁。在里程輪脈沖信號觸發(fā)下，探頭模塊將表征管道特征的磁場信號轉換為電信號，經(jīng)過信號集中處理模塊后進人電子包，并記錄在電子包的存儲器內(nèi)，這些原始數(shù)據(jù)在檢測器運行完畢后導出到計算機中，由專業(yè)數(shù)據(jù)分析人員進行分析處理。

如下情況會使磁力線產(chǎn)生扭曲:(1)管壁中有金屬損失點;(2)如果有金屬接近管壁;(3)材質(zhì)變化。

三軸高清漏磁內(nèi)檢測器可區(qū)分內(nèi)外缺陷，ID/OD探頭的原理是利用較弱的局部磁場磁化管道的內(nèi)壁，形成局部小磁場區(qū)，當管道內(nèi)壁出現(xiàn)缺陷時，局部小磁場區(qū)的磁場被擾動，通過ID/OD探頭探測這種擾動，從而發(fā)現(xiàn)缺陷。由于形成局部小磁場區(qū)的磁鐵非常弱，管道外壁的缺陷對該局部磁場區(qū)不能產(chǎn)生擾動，也就不能探測到管壁外部的磁場，從而區(qū)分管道內(nèi)外缺陷。

三軸高清漏磁內(nèi)檢測器，是指具備能夠同時記錄磁場三維空間分量的高清晰度內(nèi)檢測器三軸高清漏磁內(nèi)檢測器的基本工作原理與傳統(tǒng)漏磁內(nèi)檢測器完全相同，主要區(qū)別是三軸漏磁檢測器在一個探頭中放置了三個方向的傳感器，可以同時記錄泄漏磁力線的三維分量，提高了對缺陷的識別和評定能力;而傳統(tǒng)漏磁檢測器只能記錄一個方向的磁力線強度變化。

由于三軸漏磁內(nèi)檢測器在同一位置記錄了磁場的三維矢量，通過專門的漏磁數(shù)據(jù)讀取工具分析管道缺陷處三個方向的漏磁分量，可以判斷出缺陷的深度、長度、寬度等特征信息，清晰地回歸出缺陷的兒何變化特征，提高了根據(jù)缺陷信號特征回歸缺陷兒何尺寸的精度。三軸方向信號的記錄使得三軸高清漏磁檢測器在檢測能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測器，主要具有三個方面的特點。

（1）增加了對不同缺陷的檢測能力，提高了檢測范圍，在一次檢測中可以準確測量日}不同方向分布的狹長類裂紋缺陷。

(2)提高了檢測精度和置信度

(3)具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測能力，可以檢測出具有一定開口尺寸的各類裂紋缺陷。

雖然三軸漏磁檢測器提高了對金屬損失缺陷的檢測精度和置信度，但依然對沒有開[lI的微小裂紋缺陷不敏感，具有一定的局限性，檢測成本高也是該檢測器的一個缺點。

2.2缺陷信號特征

對于典型的缺陷，例如腐蝕缺陷，三軸高清漏磁檢測可以較為準確的檢測出來，對其檢測信號的識別，缺陷尺寸的頂測都有成熟的方法，而且得到了實踐的檢驗。下圖為典型腐蝕缺陷軸向、徑向和周向磁力線的信號。對于螺旋焊縫缺陷，國際卜沒有針對性的檢測分析技術，牽拉試驗和現(xiàn)場開挖驗證表明現(xiàn)有三軸高清漏磁檢測器可以發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷信號異常，但無法有效解讀信號。

中國石油管道研究中心首次在國際卜提出了三軸高清漏磁內(nèi)檢測螺旋焊縫缺陷信號識另of方法，研究出了信號判定和尺寸評定模型，實現(xiàn)了從螺旋焊縫缺陷三軸漏磁信號特征卜判讀出缺陷的類型和尺寸大小，填補了國際卜在此方面的空自。

3工程適用性評價

由于三軸高清漏磁內(nèi)檢測技術的特性，可檢測出螺旋焊縫未熔合和未焊透、環(huán)焊縫缺陷、腐蝕、凹陷等各類缺陷，而且可以給出大部分缺陷的尺寸，這就為缺陷的工程適用性評價奠定了堅實的基礎。因為原始內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的復雜性，檢測商只典型地評估這些信息并給管道運營公司提供結果。管道運營公司的責任則是隨后的分析和評估這些數(shù)據(jù)，并制定修理和減緩風險的措施。這就要求管道運營公司具備成熟、先進、適用的工程適用性評價技術。對于某類缺陷，例如腐蝕缺陷，評價方法較為成熟，根據(jù)腐蝕缺陷尺寸提供的精度，可以采用不同的評價方法。而對于某些缺陷，例如螺旋焊縫缺陷，國際卜尚沒有成熟的標準，中國石油管道研究中心采用應力分解的方法，消除了原有投影法只近似適用于裂紋面法向與主應力方向比較接近情況的限制，豐富、修正和改進了對螺旋焊縫適用性評價的方法。建立了四種管道螺旋焊縫缺陷評價模型，研究并修正了螺旋焊縫缺陷評價方法，實現(xiàn)了螺旋焊縫缺陷嚴重程度的等級劃分與排序。在對各種缺陷評價方法研究的基礎卜，開發(fā)了管道完整性評價軟件，該軟件缺陷評價方法適用性強，評價軟件界面友好，可實現(xiàn)批量評價和缺陷的分級排序。

本文以腐蝕為例，簡單介紹一下腐蝕缺陷的工程適用性評價對于腐蝕缺陷剩余強度評估，國際卜有較多成熟的標準，其中，ASMEB31G、了ST了ENG  0.85dL、了ST了ENG有效面積法適合中低強度鋼的評價，DNV 了P F101適合中、高強度等級管道的缺陷評定。腐蝕管道剩余強度評價應在以下兩個方面進一步深人研究:用有限元方法研究腐蝕管道的剩余強度，應該考慮更復雜的情況，如正確的考慮軸向載荷和彎曲載荷及其聯(lián)合作用下以及更復雜的腐蝕形狀等;進一步研究在內(nèi)壓和附加載荷聯(lián)合作用下環(huán)向腐蝕缺陷的剩余強度評價。

通過對現(xiàn)場管線進行階段性的腐蝕檢測，得到腐蝕深度隨時間的變化趨勢，從而得到腐蝕速率發(fā)展趨勢，擬合出經(jīng)驗公式，即可頂測下一階段的腐蝕速率。為了保證頂測的精度，頂測的時間不宜太長，而是應該隔一定時間后再進行檢測，結合歷次檢測數(shù)據(jù)，給出下一階段的腐蝕速率。檢測的次數(shù)越多，所獲得的結果與實際腐蝕速率越相符合。基于依據(jù)定期全線腐蝕檢測數(shù)據(jù)為基礎的剩余壽命頂測模型，在數(shù)據(jù)依據(jù)充分的條件下(三軸高清漏磁檢測技術可提供充分的數(shù)據(jù))，能充分顯示管段不同區(qū)段腐蝕發(fā)展差別，頂測精度和可信度高，可為管道再檢測周期決策提供支持。

4應用案例

應用基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測的完整性評價技術，已成功對某管道開展了完整性評價，提出了缺陷修復計劃和安全運行建議，為該管道缺陷修復、安全運行提供了決策依據(jù)。

通過內(nèi)檢測，檢測出了威脅該管道安全運行的高風險因素，檢測出包括腐蝕引起的金屬損失、螺旋焊縫異常、環(huán)焊縫異常、凹陷等各類缺陷，同時還識別出大量管線修補補丁特征以及管線附屬物，并且結合信號分析技術對缺陷進行了量化。

根據(jù)三軸高清漏磁內(nèi)檢測結果，對檢測發(fā)現(xiàn)存在缺陷的狀態(tài)進行了系統(tǒng)評價，評價對象包括腐蝕、螺旋焊縫缺陷、環(huán)焊縫缺陷、凹陷及其它缺陷等，評價內(nèi)容主要涵蓋了失效壓力、使用壽命頂測等，并根據(jù)評估結果給出了修復建議和再檢測計劃建議。

管道運營單位根據(jù)修復建議和再檢測計劃建議對管道進行了針對性地維修維護，由于基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測的完整性評價技術缺陷定位精確，可較為準確的給出缺陷修復的位置，由于尺寸量化，可以頂先按缺陷尺寸準備修復的材料可以徹底地將傳統(tǒng)的事后維修變?yōu)槭虑绊敺溃�真正做到管道的風險可控，事故可防。

5結論

（1）三軸高清漏磁檢測器在檢測能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測器，增加了對不同缺陷的檢測能力，提高了檢測范圍，提高了檢測精度和置信度，具有一定尺寸類裂紋缺陷的探測能力。

（2）基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測技術的完整性評價技術具有以下優(yōu)點:缺陷定位精確、類型定性、尺寸量化;螺旋焊縫缺陷信號識別和尺寸評定填補國際空自;缺陷評價方法適用性強，評價軟件界面友好，可實現(xiàn)批量評價和缺陷的分級排序。

(3)基于三軸高清漏磁內(nèi)檢測的完整性評價技術，已成功應用于國內(nèi)管道的完整性評價，為國內(nèi)管道缺陷修復、安全運行提供了決策依據(jù)和技術支持。

《管道保護》2012年第1期（總第2期）