魯青龍 張陽(yáng)

西南管道公司

摘要：管道內檢測容易受到管輸量、工藝及服役狀況等多種因素影響，一些小口徑、低流量、無(wú)內涂層的支線(xiàn)管道實(shí)施管道內檢測往往難度較大。以某支線(xiàn)管道內檢測為例，對實(shí)際發(fā)生的一些問(wèn)題深入分析其產(chǎn)生原因，總結提出了具體解決方法，為開(kāi)展此類(lèi)管道清管和內檢測提供了可借鑒的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：天然氣小口徑管道；無(wú)內涂層管道；清管；工藝牽引；漏磁檢測

天然氣管道內涂層一方面降低氣體輸送時(shí)摩阻提升輸氣效率，同時(shí)又在一定程度上提升管道內壁的抗腐蝕性[1]。目前國內管徑500 mm以下支線(xiàn)管道多數無(wú)內涂層。通過(guò)管道內檢測發(fā)現，內涂層對內檢測影響較大，一般有內層涂層管道內部金屬腐蝕產(chǎn)物少，管道干凈，檢測進(jìn)展順利，無(wú)內涂層管道內部金屬腐蝕產(chǎn)物多，開(kāi)展檢測工作較為困難。

某天然氣支線(xiàn)管道全長(cháng)65 km，共設場(chǎng)站1座、閥室3座，輸量為4.5×104 m3/d，2015年7月投產(chǎn)。設計壓力6.3 MPa，輸送壓力4 MPa，管徑273 mm，主要壁厚5.6 mm、7.1 mm，鋼管等級X42，以螺旋焊縫管為主，熱煨彎管曲率半徑R＝6 D，無(wú)內涂層且之前無(wú)清管歷史。2021年初，企業(yè)根據法定檢驗要求開(kāi)展管道內檢測，內容包括檢測前清管、幾何變形檢測、三軸高清漏磁檢測以及中心線(xiàn)測繪等作業(yè)。因受低流量工況條件影響，檢測設備運行時(shí)間長(cháng)，對檢測設備電池及發(fā)射機電池耐久要求高，設備低速運行對數據質(zhì)量有一定的影響，并存在停球卡堵可能。為此確定“泡沫球疏通+測徑清管+鋼刷清管+磁力清管+幾何檢測+漏磁檢測”為檢測方案。

1  開(kāi)展清管及幾何檢測情況

檢測項目歷時(shí)1年完成現場(chǎng)檢測，共發(fā)送泡沫檢測器1次，兩直四蝶測徑清管器2次，鋼刷清管器1次，磁力鋼刷清管器3次，智能幾何檢測器2次，漏磁檢測器2次共11次，清出鐵磁性雜質(zhì)約350 kg。

清管階段推進(jìn)基本順利，4種清管器共平穩運行7次，平均速度均在3 m/s左右，清出雜質(zhì)約30 kg（清出雜質(zhì)較少）。圖 1是2種典型清管器收發(fā)球前后對比。

（a）兩直四碟測經(jīng)清管器

（b）磁力鋼刷清管器
圖 1 清管器發(fā)送前后對比

第一次運行智能幾何檢測器因球速超過(guò)了5 m/s，有20 km發(fā)生了速度漂移，數據失真，檢測不完整。第二次智能幾何檢測時(shí)進(jìn)行了輸量控制，檢測器歷經(jīng)12 h進(jìn)入收球筒，清出雜質(zhì)75 kg，數據記錄完整，檢測成功。通過(guò)對該管道變形檢測數據的初步分析，發(fā)現管道有3處大于5%OD的變形點(diǎn)，但不影響后續發(fā)送漏磁檢測器。

2  開(kāi)展漏磁檢測情況

（1）漏磁檢測遇到的問(wèn)題。第一次漏磁檢測清出雜質(zhì)多，導致探頭磨損嚴重，檢測失敗。第二次漏磁檢測運行極不正常，反復停頓，到最后20 km基本失去前進(jìn)動(dòng)力，最終通過(guò)工藝操作制造牽引動(dòng)力方式使得檢測器順利進(jìn)入收球筒，數據記錄完整，基線(xiàn)檢測完成。

多輪次清管后管道內清除雜質(zhì)少于5 kg，且測徑分析無(wú)制約檢測器通過(guò)的限制點(diǎn)，經(jīng)綜合評估滿(mǎn)足發(fā)送漏磁檢測器條件。但第一次漏磁檢測器平均速度為2.85 km/h，清出鐵磁性雜質(zhì)達178 kg，雜質(zhì)過(guò)多導致漏磁探頭數據記錄不完整。為確保第二次漏磁檢測順利實(shí)施，再次發(fā)送磁力清管器，同時(shí)協(xié)調控制管道輸量確保球速穩定行駛，清出雜質(zhì)2.5 kg，滿(mǎn)足發(fā)送檢測器條件。再次發(fā)送漏磁檢測器，但檢測器在管道彎頭處出現了多次長(cháng)時(shí)間停球，反復停球啟動(dòng)造成檢測器驅動(dòng)皮碗較大磨損。

（2）對相關(guān)問(wèn)題的處置措施。圖 2為站場(chǎng)及閥室相對距離圖。當檢測器首次停留在3#閥室前7 km處時(shí)，2#閥室和3#閥室之間壓差始終在0.25 MPa左右，若在密封完好的情況下，檢測器可正常行進(jìn)，但檢測器因自身重量較重，且皮碗破損已較為嚴重，存在泄流現象，需工藝調整建立更大的壓差方可推動(dòng)檢測器正常行進(jìn)。決定開(kāi)通3#閥室放空閥，通過(guò)放空牽引方式給檢測器建立新動(dòng)力，同時(shí)通過(guò)放空引流可以抽走檢測器前段的粉塵雜質(zhì)。處置后檢測器順利前行5 km，又停留在3#閥室前2 km處。

圖 2 站場(chǎng)及閥室相對距離圖

為此，采取先關(guān)后開(kāi)3#閥室氣液聯(lián)動(dòng)閥，以瞬時(shí)大壓差方式推動(dòng)檢測器前行。過(guò)程中，關(guān)閉閥門(mén)約30 min，在前后壓差1 MPa時(shí)同時(shí)打開(kāi)氣液聯(lián)動(dòng)閥和旁通閥，迅速給檢測器一個(gè)較大推動(dòng)力，通過(guò)2次操作使得檢測器前行約10 km。在距離站場(chǎng)10 km處，檢測器又出現2次停球。采用站場(chǎng)放空牽引和下游管控消耗相結合的方式，使檢測器順利進(jìn)筒，總耗時(shí)近37.47 h，平均1.73 km/h。

（3）檢測器運行數據分析。圖 3為檢測器運行速度曲線(xiàn)，可以看出首站至2#閥室區間檢測器運行大體平穩，僅在直管段及彎頭位置存在停頓，此段檢測器皮碗輕微磨損無(wú)泄流情況，前方雜質(zhì)較少。2#閥室至末站區間，檢測器運行速度較慢，此段皮碗磨損加劇造成一定泄流及檢測器前方雜質(zhì)量較多造成多處長(cháng)時(shí)間停球。如圖中紅色箭頭所示，檢測器共發(fā)生5次較為明顯的低速停球，后續停球啟動(dòng)過(guò)程均與工藝操作相符。

圖 3 漏磁內檢測器運行速度曲線(xiàn)圖

3  漏磁檢測故障原因分析

（1）清管條件不滿(mǎn)足檢測要求。雖然在發(fā)送檢測器前清出的雜質(zhì)小于5 kg，滿(mǎn)足規范要求，但實(shí)際上常規磁力鋼刷清管器對于無(wú)內涂層管道內壁金屬氧化物清出能力有限，并未真實(shí)反映管道內部雜質(zhì)情況。

（2）天然氣輸量沒(méi)有達到要求。在發(fā)送檢測器前調整輸量時(shí)，只考慮了內檢測器自重情況下所需要的理想輸量，未考慮到在前段雜質(zhì)堆積、驅動(dòng)皮碗磨損嚴重的困難情況下所需要的最大輸量。

（3）檢測器皮碗耐磨性不夠[2]。常規聚氨酯皮碗在有內涂層管道中磨損量小，長(cháng)距離檢測也能保持較好密封性和驅動(dòng)能力，但在無(wú)內涂層管道大量金屬粉末磨損下，加之檢測器運行不暢頻繁啟停，皮碗磨損及偏磨加劇，運行速度越慢，動(dòng)摩擦系數越大，皮碗磨損越嚴重[3]，使其在后段運行中驅動(dòng)力不足。圖 4為漏磁檢測器檢測前后皮碗磨損情況分析。通過(guò)測量得知，驅動(dòng)前端皮碗磨損量15%，唇邊厚度磨損80%；驅動(dòng)后端皮碗磨損量15%，唇邊厚度磨損92%，幾乎磨完。驅動(dòng)鋼刷磨損在合適范圍。

圖 4 漏磁檢測器驅動(dòng)皮碗磨損情況分析

（4）磁性晶體粉末影響檢測器運行。使用體視顯微鏡（Zeiss Stemi 508）觀(guān)察黑色粉末宏觀(guān)形貌等，可見(jiàn)粉末細微，少量粉末團聚成球狀；使用X射線(xiàn)衍射儀分析其成分，主要成分為Fe3O4，FeO（OH）和FeCO3，如圖 5所示。Fe3O4為具有磁性的黑色晶體，漏磁檢測器若去掉漏磁探頭就是一個(gè)具有超強磁力的鋼刷清管器，在其運行過(guò)程中，兩側鋼刷將管道內壁金屬氧化物刷下來(lái)，一部分吸附在漏磁探頭兩側的強磁鐵上，一部分堆積在檢測器前段，使得漏磁檢測器需要比正常0.2 MPa壓差更大的驅動(dòng)力。磁性氧化物粉末細微，硬度高，對皮碗的磨損嚴重。

圖 5 管道內壁黑色粉末成分分析圖

4  結語(yǔ)

（1）無(wú)內涂層的天然氣支線(xiàn)管道內壁金屬氧化物等腐蝕粉末較多，常規磁力鋼刷清管器難以有效清除干凈，務(wù)必在漏磁檢測前發(fā)送重型磁力清管器，盡可能多清除管道內壁腐蝕產(chǎn)物。

（2）建議新建小口徑支線(xiàn)管道在設計建設階段盡可能選用有內涂層管材，且應縮短清管站之間的距離，宜在60 km～80 km，即使發(fā)生檢測器卡堵停球事件也可選擇通過(guò)工藝牽引方式將檢測器帶入收球筒。

（3）無(wú)內涂層管道所用漏磁檢測器務(wù)必選用耐磨性好的皮碗，皮碗過(guò)盈量不大于4%，且盡可能選擇在大輸量工況條件下開(kāi)展檢測，提升檢測成功率，避免停球風(fēng)險。

參考文獻：

[1]陳耿，潘代波，駱暉，等.長(cháng)輸天然氣管道內涂層技術(shù)及其應用[J].管道技術(shù)與設備，2009(4)：16-17.

[2]劉剛，陳磊，張國忠，等.管道清管器技術(shù)發(fā)展現狀[J].油氣儲運，2011，30(9)：646-653.

[3]戴斌，陶志鈞.皮碗式清管器的磨損和長(cháng)度特性研究[J].上海煤氣，2008(2)：6-8.

作者簡(jiǎn)介：魯青龍，1987年生，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，工程師，主要從事管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：17790261009，luql@pipechina.com.cn。