燕冰川 鄭健峰 歐新偉 張海亮 張永盛

國家管網(wǎng)集團北方管道公司

GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》發(fā)布實(shí)施以來(lái)，國內管道運營(yíng)企業(yè)大力開(kāi)展管道完整性管理，油氣管道失效頻率大幅降低。根據標準要求，在管道完整性評價(jià)環(huán)節，宜優(yōu)先采用基于內檢測數據的適用性評價(jià)方法。但是目前的管道內檢測大多只針對在役管道，投產(chǎn)前管道內檢測仍受到諸多限制。近年來(lái)，隨著(zhù)新建管道工程質(zhì)量要求的提高，國內相關(guān)單位陸續開(kāi)展建設期管道投產(chǎn)前內檢測項目，進(jìn)行缺陷檢測與評價(jià)，保障新建管道的安全投產(chǎn)。

1  管道投產(chǎn)前檢測的背景

油氣管道建設工程采用的鋼管需要符合相關(guān)的標準規范要求，出廠(chǎng)時(shí)不存在超標管體缺陷。但是，管道施工工序復雜、現場(chǎng)環(huán)境惡劣，在建設過(guò)程中可能造成管體、焊縫等位置缺陷。因此有必要對建設期管道開(kāi)展投產(chǎn)前檢測，以保證管道的順利投產(chǎn)。

首先，油氣管道在建設過(guò)程中，由于管道沉降接觸溝底巖石或受其他外力作用，使得管壁受碰撞、擠壓而產(chǎn)生凹陷、橢圓變形等幾何變形缺陷。按照施工驗收規范，超標的幾何變形缺陷需在投產(chǎn)前進(jìn)行修復；長(cháng)期空管放置的管道，由于管道內部封存壓力較低，受到周?chē)�土壤移�?dòng)的影響，容易產(chǎn)生變形、褶皺等缺陷。其次，有些管道由于各種原因，線(xiàn)路鋪設完畢后未能及時(shí)投產(chǎn)，隨著(zhù)時(shí)間推遲，受到周?chē)�土壤以及空氣環(huán)境影響，可能產(chǎn)生管體腐蝕缺陷，嚴重的將降低管壁的強度，影響管道的投產(chǎn)運行。再次，在建設階段把測量管道的中心線(xiàn)作為基準數據，運行期不間斷測量中心線(xiàn)并與建設期數據進(jìn)行比對，能夠得出管道中心線(xiàn)變形情況，對存在較大變形的管段采取安全防護措施。

2  常見(jiàn)的投產(chǎn)前內檢測技術(shù)

管道投產(chǎn)前內檢測技術(shù)包括投產(chǎn)前管道幾何變形檢測、漏磁內檢測、電磁渦流內檢測、IMU檢測(中心線(xiàn)測繪）等，這些技術(shù)可實(shí)現建設期管道的幾何變形篩查、金屬腐蝕缺陷檢測與重要基礎數據留存。

2.1  幾何變形檢測

油氣管道在施工過(guò)程中，由于管溝底部地質(zhì)條件等原因，可能造成管體發(fā)生變形。在地質(zhì)條件較好的地區，建設期管道發(fā)生超標幾何變形的可能性相對較低，建設單位通常使用測徑清管器判斷管線(xiàn)是否存在超標幾何變形，然后使用過(guò)盈量較小的測徑清管器定位缺陷位置，開(kāi)挖修復缺陷或換管。這種方法通過(guò)清管器卡停位置判斷管道的幾何變形點(diǎn)，具有一定的隨機性，可能造成定位不準，而且對于存在多個(gè)超標變形點(diǎn)的管段，變形篩查的效率低、成本高。

在地質(zhì)條件復雜的區域，管道發(fā)生幾何變形的概率偏高，需要使用幾何變形內檢測器開(kāi)展專(zhuān)項檢測。這種檢測器攜帶有幾何變形檢測臂，運行過(guò)程中遇到管道凹陷，能自動(dòng)適應截面形狀的變化，通過(guò)高精度傳感器感知變形，里程輪采集管道的里程信息。檢測器內部的數據采集存儲單元，可以將管道變形量與管道里程同步記錄。應用幾何變形內檢測器，一次性運行便可以篩查整段管道的變形缺陷，便于開(kāi)挖修復，能夠大大減小建設單位投產(chǎn)前測徑的工作量。在幾何變形檢測器上可以集成環(huán)焊縫探頭，能檢測到管道的環(huán)焊縫位置與數量，可對建設期管道環(huán)焊縫施工記錄進(jìn)行對齊驗證。

投產(chǎn)前幾何變形檢測與在役管道的主要差別在于檢測器運行工況不同：在役管道內檢測器由輸送介質(zhì)推動(dòng)，投產(chǎn)前管道無(wú)輸送介質(zhì)，檢測器的運行動(dòng)力一般來(lái)源于外部壓縮空氣。依靠空壓機輸出的壓縮空氣推動(dòng)檢測器運行，類(lèi)似于在役天然氣管道內運行，但投產(chǎn)前檢測器運行狀況相對困難，主要是推動(dòng)壓力與反向背壓都比較低，難以保證檢測器處于良好的運行狀態(tài)，容易產(chǎn)生速度沖擊。一般來(lái)說(shuō)，空壓機的輸出流量、壓力均遠低于在役管道的泵、壓縮機組，檢測器驅動(dòng)力不足，在大口徑管道檢測時(shí)容易造成檢測器停滯甚至卡堵；投產(chǎn)前檢測建立背壓只能靠空壓機從反向打壓，管線(xiàn)距離達到一定長(cháng)度以后很難有效穩定壓力，這將導致檢測器運行速度不穩、瞬間速度過(guò)大，影響數據質(zhì)量。因此，投產(chǎn)前幾何變形內檢測，需要保證前置清管效果好、不存在影響檢測器通過(guò)的超標變形以及建立穩定的背壓。

2.2  腐蝕缺陷檢測

管道建成后長(cháng)期未投產(chǎn)，在放置期可能發(fā)生管體腐蝕、焊縫開(kāi)裂等缺陷，這將成為投產(chǎn)運行時(shí)的不穩定因素。與在役管道內檢測類(lèi)似，投產(chǎn)前腐蝕檢測的主流方式仍是漏磁內檢測。在建設期管道開(kāi)展投產(chǎn)前漏磁檢測，能全面檢測管道的腐蝕、變形、焊縫異常等缺陷，能有效摸清長(cháng)期未投產(chǎn)管道的本體狀態(tài)，有助于管道的順利投產(chǎn)，但相比于在役管道內檢測，投產(chǎn)前漏磁檢測仍面臨諸多難題。

投產(chǎn)前漏磁檢測工況分析。運行工況類(lèi)似于幾何變形檢測器，需要外部壓縮空氣推動(dòng)。區別在于漏磁檢測器的結構更復雜、變徑范圍低，存在強大的管壁磁吸附力，并且重量遠遠高于幾何變形檢測器，因此漏磁檢測器的運行需要更大的啟動(dòng)壓差。與在役管道的漏磁內檢測相比，投產(chǎn)前管道驅動(dòng)力相對較弱，檢測器容易產(chǎn)生停滯，再啟動(dòng)時(shí)存在較大的速度沖擊，背壓較低的情況下減速更慢。速度沖擊與超速運行造成檢測數據質(zhì)量下降，包括磁化的滯后引起的漏磁信號強度降低和檢測器采集頻率受限引起的數據缺失等。

投產(chǎn)前漏磁檢測實(shí)施要點(diǎn)。為了保證投產(chǎn)前漏磁內檢測的效果，重點(diǎn)是控制檢測器運行速度。在工藝上，可以通過(guò)建立足夠且穩定的背壓，緩解檢測器的速度沖擊。與幾何變形檢測類(lèi)似，可靠的背壓將為檢測器運行創(chuàng )造較好的條件，但漏磁檢測器所需要的啟動(dòng)壓差更大，并且對運行速度更敏感，需要提供更高的背壓。在檢測器經(jīng)過(guò)上坡、下坡區域時(shí)，可根據實(shí)際情況調節背壓，盡可能地控制檢測器運行的速度。

除了在運行工況上做文章，還可以在檢測器的結構上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以改善在壓縮空氣環(huán)境下的運行狀況。檢測器速度沖擊主要由于靜態(tài)/動(dòng)態(tài)摩擦力差值引起，需要盡可能減小靜動(dòng)摩擦差，這可以減小檢測器啟動(dòng)瞬間的加速度。另外，管線(xiàn)運行壓力低，需要實(shí)現最佳密封，確保能夠有效建立前后壓差。設計原則上要保證檢測器處于最小且恒定的摩擦阻力狀態(tài)，由于驅動(dòng)壓力較低，管道介質(zhì)能提供的壓差相應較低，因此需要減小檢測器的阻力。設計細則方面主要從皮碗、鋼刷、磁化強度、長(cháng)度與重量方面優(yōu)化，盡可能地降低啟動(dòng)壓差。

驅動(dòng)力較低導致的另一個(gè)問(wèn)題是，檢測器運行的間距相對縮短�？諝饩哂袠O強的壓縮性，當檢測距離達到一定程度時(shí)，壓縮空氣的動(dòng)力衰減明顯，難以再達到啟動(dòng)壓差，導致檢測器停滯。因此投產(chǎn)前漏磁內檢測的檢測段間距，相比于在役管道要明顯縮短，理論上根據管道口徑、途徑地形進(jìn)行綜合分析，實(shí)踐上可根據清管器運行狀態(tài)進(jìn)一步評估。

實(shí)踐中開(kāi)展管道投產(chǎn)前漏磁內檢測，還面臨諸多困難。線(xiàn)路閥門(mén)可能會(huì )影響檢測器通過(guò)，造成探頭與其他結構損壞；因檢測間距縮短，需要根據實(shí)際情況在管道線(xiàn)路上斷管安裝臨時(shí)收發(fā)球筒，檢測完成后還需要對斷管處進(jìn)行金口連接；經(jīng)過(guò)試壓的管道，在低洼處可能存在較多的積水，甚至存在泥沙等雜質(zhì)，給漏磁檢測的前置清管帶來(lái)更大挑戰。另外，投產(chǎn)前漏磁內檢測還面臨著(zhù)成本的考量。

2.3  內表面腐蝕缺陷檢測

使用IEC電磁渦流內檢測技術(shù)無(wú)需對管壁飽和磁化，沒(méi)有鋼刷等部件，所需的啟動(dòng)壓力遠低于漏磁檢測器（最低0.5 MPa），因此更適合于低壓環(huán)境的投產(chǎn)前檢測。電磁渦流內檢測技術(shù)能夠檢測管道幾何變形、內壁腐蝕、環(huán)焊縫異常、錯邊等，對于內表面腐蝕的檢測性能與三軸高清漏磁水平相當。電磁渦流檢測器信號不受提離的影響，可以穿透蠟層或雜質(zhì)，檢測出環(huán)焊縫錯變。

國內某管線(xiàn)長(cháng)度39 km，口徑813 mm，開(kāi)展了電磁渦流投產(chǎn)前檢測。建立背壓0.8 MPa，成功識別出管道基礎特征如環(huán)焊縫、法蘭、三通、熱彎、冷彎等，檢測到超標凹陷22處、大于20%壁厚的內腐蝕7處、環(huán)焊縫異常5處，為管道風(fēng)險排查提供了重要的數據支持。

2.4  其他類(lèi)型檢測

近年來(lái)，國內外對于不適宜采用壓縮空氣推動(dòng)的建設期管道，采用自主驅動(dòng)內檢測器開(kāi)展投產(chǎn)前檢測。自主驅動(dòng)型內檢測器主要集成幾何變形或漏磁檢測單元，不需要外部介質(zhì)推動(dòng)，可依靠自身攜帶的電源與電機提供動(dòng)力，并且在運行過(guò)程中能主動(dòng)控制速度，保證檢測器處于良好的速度區間，不僅節約了成本，而且提高了檢測效果。但是，這種檢測器對于自身驅動(dòng)能力的要求非常高，尤其是攜帶漏磁檢測單元的自主驅動(dòng)內檢測器，需要克服極大的運行阻力，遇到上坡時(shí)還需克服自身的重力。實(shí)踐中，自主驅動(dòng)型內檢測大多用于平原地區的管道，適合運行阻力較低的幾何變形檢測。

3  結語(yǔ)

管道投產(chǎn)前內檢測是保障建設期管道安全投產(chǎn)的重要技術(shù)手段。近年來(lái)，隨著(zhù)工程質(zhì)量要求的提高，投產(chǎn)前檢測的需求愈加強烈。與在役管道相比，投產(chǎn)前管道內檢測面臨諸多困難，在檢測器的運行、檢測數據的質(zhì)量、檢測結果分析與評價(jià)實(shí)施方面仍存在技術(shù)難度較大、經(jīng)驗不足等問(wèn)題。建議針對具體管道的狀況，明確檢測需求與檢測目標，選用適宜的技術(shù)開(kāi)展投產(chǎn)前內檢測，保障新建管道安全投產(chǎn)。

作者簡(jiǎn)介：燕冰川，北方管道公司技術(shù)支持中心（科技部），副主任，材料學(xué)博士。組織和參與編寫(xiě)完整性管理相關(guān)ISO國際標準3項，第一編寫(xiě)人國家標準2項，參與編寫(xiě)行業(yè)標準6項、企業(yè)標準10項。ISO/TC67/SC2 WG21 管道完整性管理注冊成員，中央企業(yè)高端金屬材料創(chuàng )新聯(lián)合體工作委員會(huì )委員，國家管網(wǎng)集團資產(chǎn)完整性管理專(zhuān)業(yè)標準化技術(shù)委員會(huì )委員。