摘要:國內外大量事故分析表明，腐蝕、螺旋焊縫缺陷、機械損傷等各類(lèi)缺陷是危脅管道安全運行的高風(fēng)險因素，為了保障管道的安全運行，最可行的解決方案是開(kāi)展基于內檢測的完整性評價(jià)三軸高清漏磁內檢測器在檢測能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統漏磁檢測器，提高了檢測范圍、檢測精度和置信度，具有一定尺寸類(lèi)裂紋缺陷的探測能力基于三軸高清漏磁內檢測技術(shù)的完整性評價(jià)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):缺陷定位精確、類(lèi)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(jià)方法適用性強，評價(jià)軟件界面友好，可實(shí)現批量評價(jià)和缺陷的分級排序基于三軸高清漏磁內檢測的完整性評價(jià)技術(shù)，已成功應用于國內管道的完整性評價(jià)，為國內管道缺陷修復、安全運行提供了決策依據和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:漏磁、三軸、內檢測、完整性評價(jià)

1前言

近年來(lái)，發(fā)生了多起管道泄漏、開(kāi)裂甚至爆炸事故，調查事故的原因發(fā)現，大多數失效事件均與管道缺陷有關(guān)，這些缺陷包括焊縫缺陷、腐蝕、機械損傷等。面對管線(xiàn)的高風(fēng)險因素，對管道運營(yíng)者提出如下問(wèn)題:

(1)什么時(shí)間會(huì )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(wèn)題，就要對管道進(jìn)行完整性評價(jià)完整性評價(jià)是管道完整性管理的核心步驟，它是通過(guò)特定技術(shù)手段獲取管道缺陷信息來(lái)對管道的完整性進(jìn)行評估，以明確現在和將來(lái)管道達到安全運行狀態(tài)的能力和水平的過(guò)程完整性管理的價(jià)值最終體現在合理有效的維修維護計劃卜來(lái)，通過(guò)維修維護來(lái)降低管道運行風(fēng)險和提高安全水平，而完整性評價(jià)則是為維修維護計劃的制汀提供依據通常而言，完整性評價(jià)是基于風(fēng)險評價(jià)的結果，對高風(fēng)險段的管道缺陷進(jìn)行檢測，對缺陷的剩余強度和剩余壽命進(jìn)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(jià)主要有3種方法:

(1)內檢測法

通過(guò)內檢測，找出缺陷，根據缺陷尺寸評定管體完整性。

(2)壓力試驗法

通過(guò)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(fēng)險。

(3)直接評估法

通過(guò)地面檢測、開(kāi)挖驗證等綜合分析管道整體狀態(tài)。此方法缺陷數據采集不全面，評價(jià)不充分，而且無(wú)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(kāi)展內檢測，確定缺陷的位置和尺寸，然后根據尺寸進(jìn)行強度評價(jià)，根據評價(jià)結果進(jìn)行針對性修復。三軸高清漏磁內檢測器在檢測能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統漏磁檢測器，提高了檢測范圍、檢測精度和置信度，具有一定尺寸類(lèi)裂紋缺陷的探測能力，相比較其它檢測器，適用范圍也更廣，基本適用于國內長(cháng)輸油氣管道的檢測。

2三軸高清漏磁內檢測技術(shù)

2.1技術(shù)原理及特點(diǎn)

漏磁檢測器在管道內運行過(guò)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(méi)有缺陷時(shí)，磁力線(xiàn)在管道內均勻分布，形成勻強磁場(chǎng)。當管壁有缺陷時(shí)，磁力線(xiàn)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(chǎng)信號轉換為電信號，經(jīng)過(guò)信號集中處理模塊后進(jìn)人電子包，并記錄在電子包的存儲器內，這些原始數據在檢測器運行完畢后導出到計算機中，由專(zhuān)業(yè)數據分析人員進(jìn)行分析處理。

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

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

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

由于三軸漏磁內檢測器在同一位置記錄了磁場(chǎng)的三維矢量，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的漏磁數據讀取工具分析管道缺陷處三個(gè)方向的漏磁分量，可以判斷出缺陷的深度、長(cháng)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)于傳統漏磁檢測器，主要具有三個(gè)方面的特點(diǎn)。

（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(cháng)類(lèi)裂紋缺陷。

(2)提高了檢測精度和置信度

(3)具有一定尺寸類(lèi)裂紋缺陷的探測能力，可以檢測出具有一定開(kāi)口尺寸的各類(lèi)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(méi)有開(kāi)[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(gè)缺點(diǎn)。

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(lái)，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(shí)踐的檢驗。下圖為典型腐蝕缺陷軸向、徑向和周向磁力線(xiàn)的信號。對于螺旋焊縫缺陷，國際卜沒(méi)有針對性的檢測分析技術(shù)，牽拉試驗和現場(chǎng)開(kāi)挖驗證表明現有三軸高清漏磁檢測器可以發(fā)現焊縫缺陷信號異常，但無(wú)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(shí)現了從螺旋焊縫缺陷三軸漏磁信號特征卜判讀出缺陷的類(lèi)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(jià)

由于三軸高清漏磁內檢測技術(shù)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(lèi)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(jià)奠定了堅實(shí)的基礎。因為原始內檢測數據的復雜性，檢測商只典型地評估這些信息并給管道運營(yíng)公司提供結果。管道運營(yíng)公司的責任則是隨后的分析和評估這些數據，并制定修理和減緩風(fēng)險的措施。這就要求管道運營(yíng)公司具備成熟、先進(jìn)、適用的工程適用性評價(jià)技術(shù)。對于某類(lèi)缺陷，例如腐蝕缺陷，評價(jià)方法較為成熟，根據腐蝕缺陷尺寸提供的精度，可以采用不同的評價(jià)方法。而對于某些缺陷，例如螺旋焊縫缺陷，國際卜尚沒(méi)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(jìn)了對螺旋焊縫適用性評價(jià)的方法。建立了四種管道螺旋焊縫缺陷評價(jià)模型，研究并修正了螺旋焊縫缺陷評價(jià)方法，實(shí)現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(jià)方法研究的基礎卜，開(kāi)發(fā)了管道完整性評價(jià)軟件，該軟件缺陷評價(jià)方法適用性強，評價(jià)軟件界面友好，可實(shí)現批量評價(jià)和缺陷的分級排序。

本文以腐蝕為例，簡(jiǎn)單介紹一下腐蝕缺陷的工程適用性評價(jià)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(jià)，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(jià)應在以下兩個(gè)方面進(jìn)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(jìn)一步研究在內壓和附加載荷聯(lián)合作用下環(huán)向腐蝕缺陷的剩余強度評價(jià)。

通過(guò)對現場(chǎng)管線(xiàn)進(jìn)行階段性的腐蝕檢測，得到腐蝕深度隨時(shí)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(shí)間不宜太長(cháng)，而是應該隔一定時(shí)間后再進(jìn)行檢測，結合歷次檢測數據，給出下一階段的腐蝕速率。檢測的次數越多，所獲得的結果與實(shí)際腐蝕速率越相符合�；�于依據定期全線(xiàn)腐蝕檢測數據為基礎的剩余壽命頂測模型，在數據依據充分的條件下(三軸高清漏磁檢測技術(shù)可提供充分的數據)，能充分顯示管段不同區段腐蝕發(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檢測的完整性評價(jià)技術(shù)，已成功對某管道開(kāi)展了完整性評價(jià)，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。

通過(guò)內檢測，檢測出了威脅該管道安全運行的高風(fēng)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(lèi)缺陷，同時(shí)還識別出大量管線(xiàn)修補補丁特征以及管線(xiàn)附屬物，并且結合信號分析技術(shù)對缺陷進(jìn)行了量化。

根據三軸高清漏磁內檢測結果，對檢測發(fā)現存在缺陷的狀態(tài)進(jìn)行了系統評價(jià)，評價(jià)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(jià)內容主要涵蓋了失效壓力、使用壽命頂測等，并根據評估結果給出了修復建議和再檢測計劃建議。

管道運營(yíng)單位根據修復建議和再檢測計劃建議對管道進(jìn)行了針對性地維修維護，由于基于三軸高清漏磁內檢測的完整性評價(jià)技術(shù)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的事后維修變?yōu)槭虑绊敺�，真正做到管道的風(fēng)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(lèi)裂紋缺陷的探測能力。

（2）基于三軸高清漏磁內檢測技術(shù)的完整性評價(jià)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):缺陷定位精確、類(lèi)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(jià)方法適用性強，評價(jià)軟件界面友好，可實(shí)現批量評價(jià)和缺陷的分級排序。

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

《管道保護》2012年第1期（總第2期）