油氣管道檢測技術(shù)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀(編輯修改稿)
2025-07-17 00:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 自動(dòng)泄漏檢測系統(tǒng)，就是利用ROV上的高靈敏度傳感器SEASⅤ探測管道泄漏后周圍海床和海水中烴的含量，通過傳感器上的智能裝置判斷烴是否來源于管道泄漏，然后通過雙路通信系統(tǒng)將信號傳輸至系統(tǒng)操作人員。英國Nepture公司最近推出了一種LongRanger液體濃度法測漏傳感器，可在其20m距離內(nèi)檢測到泄漏原油。其他普遍應(yīng)用的油氣管道泄漏檢測技術(shù)還有負(fù)壓波的檢測技術(shù)、軟硬結(jié)合技術(shù)[18]，瞬變流動(dòng)檢測技術(shù)[19]，以及適用于氣體管道的[20]可燃?xì)怏w監(jiān)測法、火焰電離檢測法兩種、氣體敏感檢測法、管內(nèi)智能檢測法等。 其他對已海底敷設(shè)管道，使用側(cè)掃聲納系統(tǒng)可對海底管道的平面位置、裸露的高度、懸跨程度等在位狀態(tài)進(jìn)行檢測[21]。對于平坦海底面上的管道, 依據(jù)聲納記錄上管道聲影區(qū)與管道影像的尺寸和相互接觸關(guān)系,能夠計(jì)算出管道的裸露或懸跨高度。對于位于管道溝中的海底管道,在一定條件下側(cè)掃聲納仍能檢測到管道的在位狀態(tài)。圖2所示為不同海底管道狀態(tài)的側(cè)掃聲納檢測結(jié)果。圖2 側(cè)掃聲納對(a)裸露于海底面上(b)懸垮于海底面上(c)處于管道溝中(d)懸垮于管道溝中的海底管道檢測結(jié)果此外，采用淺地層剖面儀也可以對海底管道的敷設(shè)情況（裸露、架空等）進(jìn)行檢測。王繼立等[22]基于工程實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)，對淺地層剖面儀在海底管道檢測中的影響因子，包括不同信號源、不同航行速度及不同水深時(shí)的探測效果進(jìn)行比較后認(rèn)為，實(shí)際應(yīng)用中，采用Chirp技術(shù)的淺地層剖面儀有較好的探測效果，保持適中航速是有益的，隨著水深增加，探測效果會隨之受到影響。部分國外公司（Total，Chevron等）開發(fā)出了一種自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicles，如圖3所示），用于對海底管道的檢測[2325]。改設(shè)備基于聲納技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)三維成像，但在管道腐蝕檢測等方面仍存有不足，目前正處于研究起步階段。圖3 Autonomous Underwater Vehicles實(shí)物圖2 內(nèi)檢測方法管道內(nèi)檢測技術(shù)主要是通過裝有無損檢測設(shè)備及數(shù)據(jù)采集、處理和存儲系統(tǒng)的智能清管器在管道中運(yùn)行，完成對管體的逐級掃描，達(dá)到對缺陷大小和位置的檢測目的。管道內(nèi)檢測技術(shù)可以在保證管道正常運(yùn)行的條件下，定量檢測出管道存在的缺陷。該類技術(shù)的應(yīng)用為管道事故的預(yù)防和合理維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)，對保證管道，尤其是長輸管道安全運(yùn)行具有重要作用。管道中內(nèi)檢測可以被檢測到的缺陷可以分為幾何形狀異常（凹陷、橢圓變形、位移等）；金屬損失（腐蝕、劃傷等）；裂紋（疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕開裂等）3中主要類型。根據(jù)檢測原理不同，管道內(nèi)檢測方法分為：漏磁法、超聲波法、電磁聲法、慣性法、激光掃描法等。其中漏磁法和超聲波法是目前應(yīng)用最廣泛的兩種檢測方法。 漏磁檢測技術(shù)漏磁檢測是通過對金屬管壁磁化后，缺陷處會產(chǎn)生漏磁通，通過檢測磁通量判斷管壁腐蝕程度。 軸向磁場檢測技術(shù)軸向磁場檢測技術(shù)發(fā)展歷史較長，技術(shù)比較成熟，應(yīng)用較為廣泛[2628]，目前仍是大部分檢測公司最常用的檢測技術(shù)。如GE PII 、ROSEN 等檢測公司早已開發(fā)出軸向磁場的三軸探頭檢測設(shè)備，并在工業(yè)現(xiàn)場廣泛應(yīng)用。三軸探頭的檢測器能夠檢測同一柱面上缺陷處磁場的矢量大小、方向及分布，為數(shù)據(jù)分析建立的數(shù)據(jù)模型提供了比單軸更為豐富的數(shù)據(jù)信息，可精確量化金屬損失缺陷的幾何尺寸，大大提高缺陷的量化精度。圖4所示為三軸信號示意圖。圖4 三軸信號示意圖 橫向磁場檢測技術(shù)傳統(tǒng)的軸向磁場檢測技術(shù)對軸向缺陷較敏感，而對沿管道軸向的縱向金屬損失缺陷不敏感，被軸向磁場漏磁檢測器發(fā)現(xiàn)或者探測到的信號較弱，因此作為常規(guī)軸向漏磁檢測技術(shù)的補(bǔ)充，橫向磁場檢測器應(yīng)運(yùn)而生。它提高了對沿管道軸向狹長金屬損失缺陷的檢測靈敏度（見圖5）。目前，國際上個(gè)別公司開發(fā)出橫向磁場檢測設(shè)備，對漏磁檢測技術(shù)發(fā)展具有重要意義。圖5 缺陷形狀對軸向和橫向磁場變化的影響 螺旋磁場檢測技術(shù)TDW公司近年開發(fā)出了螺旋漏磁場在線檢測技術(shù)，而螺旋磁場檢測技術(shù)正好是軸向和周向磁場檢測技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。牽拉試驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)備不僅可以檢測到軸向狹長的缺陷（傳統(tǒng)的MFL不能檢測到），也能夠檢測到周向的缺陷。對于軸向狹長缺陷，SMFL 比普通MFL 檢測信號靈敏度明顯提高。圖6所示為TDW公司螺旋漏磁場在線檢測裝置示意圖。圖6 TDW公司研發(fā)的旋轉(zhuǎn)漏磁場在線檢測裝置 超聲檢測技術(shù)超聲波檢測法是根據(jù)超聲波的反射、透射和散射作用，對被檢測管道進(jìn)行缺陷檢測、幾何特征測量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測。國外主要超聲波管道檢測傳感器有相控陣超聲波檢測器、彈性波管道檢測器、基于電磁超聲的管道檢測器和適用于氣體管道檢測的超聲波腐蝕檢測器4種[29]。 相控陣超聲波檢測器美國GE公司研制的超聲波相控陣管道內(nèi)檢測器（圖7）于2005 年開始應(yīng)用于油氣管道內(nèi)檢測，共檢測管道長度4700km，該檢測器包括兩種不同的檢測模式：超聲波壁厚測量模式和超聲腐蝕檢測模式，適用于管徑610～660mm的成品油管道[30]。圖7 GE公司研制的相控陣超聲波檢測器該檢測器有別于傳統(tǒng)檢測器的單探頭入射管道表面檢測的方法，采用探頭組的形式來布置探頭環(huán)，幾個(gè)相鄰并非?？拷?mm 左右）的探頭組成一個(gè)探頭組，一個(gè)探頭組內(nèi)的探頭按照一定的時(shí)間順序來激發(fā)并產(chǎn)生超聲波脈沖，而該激發(fā)順序決定了產(chǎn)生的超聲波脈沖的方向和角度，控制一個(gè)探頭組內(nèi)不同探頭的激發(fā)順序就可以產(chǎn)生聚焦的超聲波脈沖。檢測器包括3 個(gè)探頭環(huán)、44 個(gè)探頭組，每個(gè)探頭環(huán)提供一種檢測模式，可根據(jù)不同的管道檢測需求來確定探頭環(huán)（圖8）。該檢測器與其他內(nèi)檢測器相同，包括清管器、電源、相控陣傳感器、數(shù)據(jù)處理和儲存模塊4 部分，清管器上裝有聚氨酯皮碗，一方面負(fù)責(zé)清管以確保檢測精度，另一方面其位于整個(gè)檢測器的頭部，具有密封作用，使得檢測器可以在壓力差的作用下驅(qū)動(dòng)前進(jìn)。探頭倉由3個(gè)獨(dú)立的探頭環(huán)組成，每個(gè)探頭環(huán)的探頭布置都能實(shí)現(xiàn)超聲波信號周向全覆蓋。檢測器能夠?qū)崿F(xiàn)長25 m
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