天然气埋地钢质管道检测技术

专题 埋地钢质管道检测技术,本节主要内容,油气管道内检测技术 油气管道外检测技术,目前世界上有近50%的管网趋于老化，如何保证这些管道运行的安全性已成为备受世人关注的问题。目前，我国油气长输管道已超过3万km，而且穿越地域广阔，涉及地域类型复杂多变。许多管道也已经运行了二三十年，接近使用寿命，进入事故多发期。如四川输气管网投产后，H2S含量偏高，加上材质和制造质量不佳，应力腐蚀破裂事故已开始出现；早期铺设管道的石油沥青涂层老化，已达到寿命年限。为保证管道运输安全，对现役管道实施在线检测势在必行。,前言,埋地钢质管道检测技术包括内检测与外检测。管道内检测技术是将各种无损检测（NDT）设备加载到清管器（PIG）上，将原来用做清扫的非智能PIG 改为有信息采集、处理、存储等功能的智能型管道缺陷检测器（SMART PIG），通过清管器在管道内的运动，达到检测管道缺陷的目的，真实地检测和记录包括管道的基本尺寸（壁厚及管径）、管线直度、管道内外腐蚀状况（腐蚀区大小、形状、深度及发生部位）、焊缝缺陷以及裂纹等情况。 。 外检测主要是指在地面不开挖条件下，对埋地钢质管道外覆盖层以及阴极保护效果进行检测评价。,前言,管道内检测技术按其工作原理可分为漏磁检测、超声检测、涡流检测等几种类型。,第一节 管道内检测技术,1、漏磁腐蚀检测原理,检测器携带的磁铁在管壁全圆周上产生一个纵向磁回路场。当检测器在管内行走时，如果管壁没有缺陷，则磁力线囿于管壁之内，如果管内壁或外壁有缺陷，则磁力线将穿过管壁之外而产生漏磁MFL （Magnetic Flux Leakage ）。,漏磁场被位于两磁极之间、紧贴管壁的探头拾取到，并产生相应的感应信号，这些信号经滤波、放大处理后被记录到检测器上携带的存储器中，再经过检测后的数据回放处理，对其进行判断识别。漏磁检测成为到目前为止应用最为广泛的一种检测方法，在油气田管道检测中使用极为广泛。,间接测量，使用复杂的解释技术使其有限量化； 用附加探头，区别内/外缺陷； 由于磁力饱和需求，对最大壁厚有限制； 信号大小与缺陷的形状有关； 管道钢材的特性及历史可能会对检测结果造成影响； 管壁内的应力可能会影响检测结果； 性能不受管内介质的影响，适用于气体和液体管道； 要求中等管道清洁度（与超声检测相较）。,漏磁腐蚀检测的特点,对天然气管道实施的漏磁式智能检测对裂纹缺陷检测准确度低，纵向裂纹无法检测； 对焊缝区检测精度偏低（指腐蚀程度判断误差大）。,漏磁腐蚀检测的特点,管道清管内检测动画演示,2、超声波检测清管器,超声波管道检测器工作原理,探头在高压脉冲作用下发射和接收超声波信号，超声波信号从探头发出后首先遇到管道内壁，一部分反射回探头，另一部分继续传播，遇到外壁时返回探头。由于输送介质声速V1是已知的，管材介质声速V2也是已知的，因此只需记下第一次回波时间T1和第一次回波时间T2由距离公式S=V×T，就可的到位移A=V1×T1/2，壁厚值W=V2 × （T2-T1）/2 。这两个值可直接反映管道壁厚的腐蚀情况。,超声波检测器特点,是直接、线性壁厚测量法可得到可靠的深度尺寸； 可区分管壁内部，壁中及外部缺陷； 对很多管道特征比漏磁检测器更灵敏； 对可检测的管壁厚度没有上限； 对最小的壁厚有限制由于超声脉冲波宽的限制，管壁剩余壁厚太薄会难以测量； 不依赖材料特性而变化；,只能在液体内运行； 一般来说，超声波检测器对管道内清洁度的要求比漏磁检测器更高； 数据精度高，尤其是缺陷的深度和长度这些影响计算最大允许操作压力（MAOP）的计算结果精度的因素； 由于是直接测量壁厚，所以结果的解释简单易理解。,超声波检测器特点,超声波管道检测器对管道检测环境要求高，不适用于气管线，而我国原油含蜡高，管内壁蜡层会对超声波信号造成严重衰减，制约了这种设备的应用。国内只在1993年利用超声波检测器对120公里（鲁宁线）原油管线进行过一次现场检测。,超声波检测器特点,目前国内广泛使用的管外检测法包括：标准管/地（P/S）电位测试、Pearson测试法、电流衰减法（多频管中电流法PCM）、密间隔电位测试法（CIPS）、直流电位梯度法（DCVG）等。,第二节 管道外检测技术,标准管地（P/S）电位测试就是在有阴极保护的管线按一定的距离测试管地电位（通常在长输管道上每隔 1km 设有一个测试桩）。此方法是管道防腐层状况传统的检测方法，在长输油气管道中普遍使用。其优点为在现场不用开挖就能快速测量管线的阴极保护电位，管道检测速度比较快，可达到 50km/天。但此方法检测的资料相隔 1km左右，只能对这一管段的防腐层作总体的评估，不能确定管道防腐层缺陷的大小、位置以及缺陷在管道上的分布情况。对于没有阴极保护或测试桩的管道，此方法不使用。,1、标准管地（P/S）电位测试,Pearson 测试技术的工作原理为在管道大地之间施以 1000Hz 的交流信号，该交流电流便会在管道防腐层的破损点处流失到大地土壤中，因而在破损点的上方地表面形成了一个交流电压梯度。如图 所示，两名操作者相距 36m 沿管线上方检测地面电压梯度。一般两个检测电极可分别由两个操作人员的人体代替，用人体对地的耦合电容来检测电压梯度信号，并通过链式电缆传送到接收装置，经过滤波放大后，由指示仪表指示检测结果。故该方法又称为“人体阻容法”。,2、Pearson测试法,发射机,电池,计距仪,检测仪,探管仪,可沿线检测防腐层破损点和金属物体，是目前国内最常用的检测技术。价格便宜，且在国内有较成熟的使用经验，检测速度较快，同时，该法具有识别破损点大小的功能，微小漏点均能测到，在长输管道的检测与运行维护中的使用效果较好。但需要全线步行检测，不能指示缺陷的严重程度、CP（阴极保护）效率和涂层剥离，易受外界电流的干扰，依赖操作者的技能，常给出不存在的缺陷信息，同时，劳动强度较大，对水泥或沥青地面存在接地难的问题。代表仪器为江苏海安仪表厂生产的SL型系列地下管道防腐层探测检漏仪。,2、Pearson测试法,其基本原理是在具有防腐层的埋地金属管道上施加一个交变电流信号，由于管道与地面之间分布电容及防腐层绝缘电阻的存在，所施加的电流 I 沿管道流动并随着距离 X 的增加随指数衰减，即：,式中，衰减系数与管道防腐层的技术状况有着密切的关系。,3、电流衰减法（多频管中电流法PCM）,对上式进行对数变换，并以分贝表示可得:,=1/8.686 Y,由此可见，当防腐层完好时，管中电流衰减呈线性变化，当管道防腐层存在破损点时，由于电流将从防腐层破损点处漏失到土壤中，因而该处管道电流将突然变低，具体反映到IdBx曲线上时，其斜率（即或Y）出现异常。,3、电流衰减法（多频管中电流法PCM）,测量结果可绘制出IdB- X和Y- X曲线。当防护层有破损时，部分电流将从该处流入土壤，X曲线有异常衰减，在Y- X曲线上出现明显的脉冲，如图2所示，可以断定此处即为破损点。,3、电流衰减法（多频管中电流法PCM）,该方法属于非接触地面检测，通过磁场变化判断防腐层的状况，因而受地面环境状况影响较小，可以对埋地管道进行准确定位，确定防腐层破损点位置，并能分段计算防腐层的绝缘电阻，对防腐层的状况进行整体评价。工程测量中所使用的仪器轻便，操作也比较简单，用户反应良好，目前在油田系统、公用行业、石化企业等领域应用广泛。但由于检测磁场是由电流的感应所产生，受到磁场叠加及介质的影响，对相邻比较近的多条管道难以分辨，在管道交叉、拐点处以及存在交流电流干扰时，所测得的数据难以反应管道防腐层的真实状况。同时，该方法受到一些管道自身条件的约束，比如对于一些有局部牺牲阳极保护的管道，为限制阴极保护范围而设有绝缘法兰的管段等。主要代表仪器是英国公司生产的RD400PCM检测仪。,3、电流衰减法（多频管中电流法PCM）,CIPS技术是目前比较先进的管道检测技术之一，是一种用来提供管道对地电位和距离关系详细情况的地面检测技术。当防腐层在某一位置上存在破损点时，破损点的电流密度会增大，在该点周围的土壤中就会产生比其他地方较大的电位降，使得保护电位较正常时向正的方向漂移，当这种漂移达到一定值时，地表就可以测量到。,4、密间隔电位测试法（CIPS）,26,数据采集器一端与参比电极相连，另一端通过里程记录器的电缆（铜线）与管道测试桩相连。测量时操作人员沿管道行走，在管道正上方移动参比电极，每隔 0.9m1.8m 测量一次管地电位，根据阴保系统的on/off电位的变化曲线来评价管道的阴极保护情况和防腐层的状况。,4、密间隔电位测试法（CIPS）,能指示管道沿线的CP（阴保）效果，指出缺陷的严重性，并自动采集数据样。缺点是检测时需步行整个管线，检测结果不能指示涂层的剥离，还可能受到干扰电流的影响，需拖拉电缆，使用范围有一定的限制。代表仪器是加拿大Cathodic Technology Company生产的Hexcorder LIPS。,4、密间隔电位测试法（CIPS）,在施加了阴极保护的埋地管线上，电流经过土壤介质流入管道防腐层破损而裸漏的钢管处时，会在管道防腐层破损处的地面上形成一个电位梯度场。,5、直流梯度测试法（DCVG ）,DCVG检测技术通过在管道地面上方的两个接地探极（Cu/CuSO4电极）和与探极连接的中心零位的高灵敏度毫伏表来检测因管道防腐层破损而产生的电压梯度，从而判断管道破损点的位置和大小。,在进行检测时，两根探极相距 2米左右沿管线进行检测，当接近防腐层破损时毫伏表的指针会指向靠近破损点的探极，走过缺陷点时指针会指向检测后方的探极，当破损点在两探极中间时，毫伏表指针指示为中心零位。将两探极间的距离逐步减少到 300mm，可进一步精确地确定埋地金属管道缺陷位置。,5、直流梯度测试法（DCVG ）,根据土壤电阻率的不同，电压场的范围将在 12.245.8m 范围变化。对于较大的涂层缺陷，电流流动会产生 200500mV 的电压梯度，缺陷较小时，也会有 50200mV。电压梯度主要在离电场中心较近的区域（0.91.8m）。通常，随着防腐层破损面积越大和越接近破损点，电压梯度会变的越大、越集中。,5、直流梯度测试法（DCVG ）,该方法能准确地查出防腐层的破损位置，可估算缺陷大小，并通过IR%（土壤电阻降）判定缺陷的严重程度。测试过程中不受交流电干扰，不需拖拉电缆，受地貌影响小，操作简单，准确度高。根据检测结果可给用户提供合理的维护和改造建议。但该方法不能指示管线阴极保护效果，不能指示涂层剥离，需沿线步行检测；杂散电流、地表土壤的电阻率等环境因素会引起一定的测量误差。代表仪器是加拿大Catholic Technology Company生产的Hexcorder DCVG 。,5、直流梯度测试法（DCVG ）,为克服单一检测技术的局限性，国外检测技术的最新发展是组合几种检测方法对防腐层缺陷进行检测，将记录管道真实保护状态和防腐层缺陷定位、定量综合。目前国外已采用 CIPS 和 DCVG 综合检测技术，其检测原理如下：先采用DCVG 方法进行防腐层检测，确定破损点的正确位置以后，采用 CIPS 技术在缺陷中心位置测量开启和瞬时关闭电位。通过以上测量，根据每一个缺陷的 IR 降（土壤电阻降）的百分比，确定出缺陷的大小、被腐蚀程度的大小及等级度。该方法的主要优点是能够准确地对缺陷定位和估计缺陷大小、重要性等级，减少了开挖工作量。,6、 CIPS和DCVG综合检测技术,33,7、埋地钢质管道外检测检测技术对比（1）,34,7、埋地钢质管道外检测检测技术对比（2）,具体应用时需要分析其应用条件限制和适用范围并进行仔细的测量，因为检测精度同检测人员的素质和经验、检验设备精度紧密相关。而对于结构复杂、材质多样、检测环境恶劣、干扰因素众多的埋地钢质管网来说，则需要更多种检测方法相互补充。,1）腐蚀防护系统检测技术,2018年10月12日,名称：CSCAN 功能：非开挖评价防腐层整体质量是NACE(美国腐蚀协会) 标准推荐的最先进的外防腐层检测系统，目前国内较少拥有。,