城市燃氣管道內(nèi)檢測技術(shù)

摘 要

分析了管道內(nèi)檢測的必要性，介紹了基于無損檢測理論的漏磁檢測、超聲波檢測、射線檢測、渦流檢測以及紅外熱成像檢測等管道內(nèi)檢測技術(shù)，探討了漏磁檢測技術(shù)在城市燃氣管道中的應用，提出了加強管道完整性管理的建議。
摘要：分析了管道內(nèi)檢測的必要性，介紹了基于無損檢測理論的漏磁檢測、超聲波檢測、射線檢測、渦流檢測以及紅外熱成像檢測等管道內(nèi)檢測技術(shù)，探討了漏磁檢測技術(shù)在城市燃氣管道中的應用，提出了加強管道完整性管理的建議。
關(guān)鍵詞：城市燃氣管道；內(nèi)檢測；漏磁檢測；超聲波檢測；渦流檢測；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 管道內(nèi)檢測的必要性
    隨著西氣東輸、川氣東送等國家級骨干輸氣管網(wǎng)的建設，我國城市燃氣得到了快速發(fā)展，對現(xiàn)有燃氣管道的完整性管理要求也不斷提高。管道內(nèi)檢測是提高管道完整性管理水平的有效手段之一。
    管道內(nèi)檢測[1]是指采用檢測技術(shù)真實地檢測并記錄管道壁厚、管徑、內(nèi)腐蝕情況以及焊縫缺陷等。施工階段進行內(nèi)檢測主要是監(jiān)督施工質(zhì)量，同時為后期運行管理提供基本數(shù)據(jù)；運營階段實施內(nèi)檢測主要是了解腐蝕等原因?qū)е碌陌欛?、凹陷等缺陷信息，進行預知性維修，以減小事故發(fā)生概率。運營階段實施內(nèi)檢測日益受到燃氣公司的重視。
2 管道內(nèi)檢測技術(shù)及其分類
    近年來，隨著計算機的廣泛普及，國內(nèi)外檢測技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，逐漸形成管道外檢測和內(nèi)檢測兩個分支。管道外檢測技術(shù)是在檢測防腐涂層及陰極保護的基礎上，通過挖坑檢測，達到檢測管體腐蝕缺陷的目的。普遍的外檢測方法包括：標準管/地電位檢測、皮爾遜檢測、密間距電位測試、多頻電流測試、直流電位梯度測試[2]。管道內(nèi)檢測技術(shù)主要用于發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)腐蝕、局部變形以及焊縫裂紋等缺陷，也可間接判斷防腐涂層的完好性。目前比較成熟的內(nèi)檢測方法包括漏磁檢測[3～4]、超聲波檢測[5]、射線檢測[6]、渦流檢測[7]、紅外熱成像檢測[8]等。各種內(nèi)檢測技術(shù)的優(yōu)缺點見表1。
    基于漏磁檢測的管道檢測系統(tǒng)具有準確性高、可靠性強的特點，隨著電子信息的發(fā)展、檢測器探頭的小型化、處理器采樣速率的提高以及超大容量存儲器的應用，漏磁檢測與GIS、GPS技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了管道可視化完整性管理等高新技術(shù)在管道內(nèi)檢測技術(shù)領域的應用，使得漏磁檢測器分辨率、定位精度有了大幅度提高。與其他檢測技術(shù)相比，漏磁檢測技術(shù)更適用于城市燃氣管道的內(nèi)檢測。
表1 各種內(nèi)檢測技術(shù)的優(yōu)缺點
內(nèi)檢測技術(shù)
優(yōu)點
缺點
漏磁檢測
對檢測環(huán)境要求低，在線檢測能力強，自動化程度高，能夠進行快速在線檢測，是應用最廣的一種磁粉檢測方法。
對運載工具的運行速度相當敏感，需控制清管器的運行速度；要求管壁達到完全磁性飽和；受管壁厚度影響。
超聲波檢測
被測對象廣泛，缺陷定位準確，檢測靈敏度高，便于現(xiàn)場使用。
需要連續(xù)的耦合劑，主要適用于液體管道，在氣體管道上使用有一定的困難；不能檢測復雜幾何形狀和太小的工件。
射線檢測
可得到永久性記錄，結(jié)果比較直觀，檢測技術(shù)簡單，輻照范圍廣，檢測時不需拆掉管道上的保溫層。
需要把射線源和照相底片或熒光屏放置在另一側(cè)，故難以用于在線檢測；為防止人員受到輻射，檢測時檢測人員必須采取嚴格的防護措施。
渦流檢測
適用于管道表面缺陷或近表面缺陷的探傷。
不適用于形狀復雜的零件，檢測結(jié)果易受到材料本身及其他因素的干擾。
紅外熱成像檢測
能進行非接觸的在線測量；適用于檢測高溫壓力管道的腐蝕分布。
環(huán)境溫度、通風等因素會影響熱像顯示圖像的準確性；不適用于檢測腐蝕的發(fā)展速率。
3 漏磁檢測技術(shù)在城市燃氣管道中的應用
   高壓燃氣管道在整個輸配系統(tǒng)中的作用不言而喻，為進行管道完整性管理，針對高壓燃氣管道進行內(nèi)檢測技術(shù)的應用分析。
   ① 工作原理
漏磁檢測通過測量被磁化的鐵磁材料工件表面泄漏的磁場強度，來判斷工件缺陷的大小，無缺陷工件、有缺陷工件進行漏磁檢測的原理見圖1、2。
 

若被測工件表面光滑無缺陷，內(nèi)部沒有雜物，則磁通全部通過被測工件。若被測工件存在缺陷，則缺陷及其附近的磁阻增大，磁場發(fā)生畸變，磁通分布的具體情況為：a.大部分磁通在工件內(nèi)部繞過缺陷；b.少部分磁通穿過缺陷；c。部分磁通離開工件的上下表面經(jīng)空氣繞過缺陷，即所謂的漏磁通。漏磁通量可通過霍爾元件測量得到，信號的強弱取決于管道情況。
   ② 裝置構(gòu)成
漏磁檢測裝置由釹鐵硼永久磁鐵勵磁，采用霍爾效應傳感器檢測磁場。該裝置自帶電源，隨傳輸介質(zhì)運行，數(shù)據(jù)存儲在硬盤中。完成檢測后，經(jīng)評價軟件處理得到缺陷尺寸及所在位置，為管道安全評價、壽命預測、管道維護提供技術(shù)支持。為保證裝置順利通過彎頭，裝置分為測量節(jié)、計算機節(jié)和電池節(jié)3節(jié)，節(jié)間采用軟連接，漏磁檢測裝置見圖3。
 

   ③ 技術(shù)指標
   漏磁檢測裝置的技術(shù)指標見表2[2]，其中δ表示管道的壁厚。
   ④ 對管道及設備的技術(shù)要求
   對城市燃氣管道進行漏磁檢測時，設管道外徑為D，則要求被檢測管道直管段變形不大于0.13D；彎頭變形不大于0.1D；沿線三通必須有擋條，或支管管徑不大于干管管徑；沿線閥門為全通徑閥門；斜接管段角度不大于15°等；設有收發(fā)球系統(tǒng)時，對收發(fā)球筒的長度、收發(fā)球前場地的大小以及檢測設備的運行速度均有要求，以滿足檢測設備放入與取出的需要。
表2 漏磁檢測裝置的技術(shù)指標
項目名稱
技術(shù)指標
軸向采樣距離
2mm，當采樣時間確定時，采樣距離隨檢測速度而變化。
周向傳感器間距/mm
8～17
最小檢測速度
0.5m/s(采用導電線圈)；沒有要求(采用霍爾元件)
最大檢測速度/(m·s-1)
4～5
寬度檢測精度(周向)/mm
10～17
長度(軸向)、深度檢測精度
一般腐蝕
最小深度：0.16
深度檢測精度：±0.13
長度檢測精度：±20mm
坑狀腐蝕
最小深度：(0.1～0.2)δ
深度檢測精度：±0.1δ
長度檢測精度：±10mm
軸向溝槽
最小深度：0.2δ
深度檢測精度：(-0.15～0.1)δ
長度檢測精度：±10mm
周向溝槽
最小深度：0.1δ
深度檢測精度：(-0.1～0.15)δ
長度檢測精度：±15mm
定位精度
軸向(相對于最近環(huán)焊縫)：±0.1mm
周向：±5°
可信度/%
80
   ⑤ 檢測風險分析及對策
   漏磁檢測能夠進行快速在線檢測，但這種在線檢測設備運用到城市燃氣管道，還存在卡球、磨損等風險。決策實施在線檢測，需要平衡短期管道安全與長期管道安全的辯證關(guān)系。從長期來看，實施在線檢測將降低運行管理風險。實際在線檢測時，針對檢測風險的具體對策為：a.選擇合理的檢測時間，利用城市燃氣的夏季供氣低峰，減少檢測風險。b.選擇合理的檢測區(qū)段，收集數(shù)據(jù)和積累經(jīng)驗，以利于推廣。c.做好應急預案，確保萬無一失。
4 結(jié)論及建議
    目前，高清晰度的漏磁檢測裝置已成功應用于燃氣管道，這對于提高國內(nèi)燃氣管道完整性管理水平、保障管道安全運行具有十分重要的意義。由于管道內(nèi)檢測裝置使用的清管器比普通清管器長得多，很多城鎮(zhèn)燃氣管道不具備管道內(nèi)智能檢測的條件，應用前需對廠站收發(fā)球裝置及部分管道、管件進行改造。
    為了更好地實現(xiàn)城市燃氣管道的內(nèi)檢測，筆者提出以下建議：
    ① 正確選擇無損檢測方法。應綜合考慮管道的工藝條件、檢測技術(shù)文件和相關(guān)標準的要求等因素，將各種檢測方法相結(jié)合，提高檢測的全面性。
    ② 提高管道檢測裝置的可靠性及精度，為管道維修提供更科學的依據(jù)。
    ③ 積極借鑒國外先進技術(shù)，開展學術(shù)交流與國際合作。
    ④ 建立管道完整性評價數(shù)據(jù)庫，完善管道安全評估體系。
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(本文作者：高慧明 孟悅 井帥 龔明 北京市煤氣熱力工程設計院有限公司 北京 100032)