西安摩尔石油工程实验室股份有限公司
摘要：随着国内油气产业基础设施规模不断扩大，尤其是原油、天然气、成品油、化工等储运管道的数量增长迅速，相应的管道检测需求不断增长，其中对无损非开挖不停产检测技术的需求更急迫，以支持各种设施的安全管理与完整性管理。目前，用于管道的无损非开挖检测技术主要包括:电/磁检测技术(PCM、DM技术、C－SCAN、CIPS、DCVG、ACVG等)、瞬变电磁技术(TEM)、漏磁检测技术(MFL)、超声检测技术、超声导波检测技术(UGV)、磁应力检测技术(MMT)等。
关键词：声子检测技术；输油管道；应用
引言
文中介绍一种新型无损非开挖管道本体检测技术(声子检测技术，PDT)，可在一定程度上弥补传统技术方法存在的不足。该技术先应用于核潜艇艇体检测，后发展至航空及工业管道领域。本文对其原理与方法进行介绍，并对其在国内输油管道设施的应用进行分析。
1研究输油管道检测技术及应用的重要
无意义的油在输送管道持续流入的情况下，对管道的稳定运行几乎没有影响。但是，当管道运行开/关阀或泵停止时，由于管道内部压力波动，油在流动过程中处于不稳定状态，从而导致管道泄漏的重大安全风险。研究表明，我国管道的设计使用时间几乎相同。管道的长期使用、外部侵蚀和人为破坏都变得更加严重。管道的检查和修理往往会导致泄漏，不仅影响到石油运输的效率，而且还会导致人员、物资和财政资源方面的重大维修费用。严重泄漏还可能导致经济损失、当地环境损害，甚至可能导致生命危险财产损失的爆炸性事件。重要的是要加强管道泄漏检测技术。减少事故造成的损害，如发生泄漏时早期预警和泄漏检测技术的初步努力。
2输油管道检测技术的研究现状
1)国外研究现状。对于工业化较早、工业水平较高的国家，他们较早开发了输油管道相关技术。到目前为止，他们对各种技术进行了深入研究。在输油管道泄漏检测技术中，基于硬件的泄漏检测方法已经逐渐向基于软件的泄漏检测方法转变。最初常用的硬件方法包括直接观察、超声波发射、光纤泄漏检测、放射性示踪剂泄漏检测和光纤温度传感器泄漏检测。近几十年来，随着现代网络技术的飞速发展，输油管道泄漏检测技术逐渐开始进行信息化改革。软件检测方法是在硬件检测方法的基础上进行的，两种方法相结合，实现了更加自动化的输油管道泄漏检测技术。2)中国的研究现状。中国从农业大国向工业化国家的发展相对较晚，对各种工业技术的研究也不深入。为了在世界的丛林中生存，我国只能依靠工业发展水平高的国家的工业技术基础，并结合自身的实际情况开展相关的科技研究。目前，我国输油管道泄漏检测技术主要有负压波法、压力分布图法和实时模型法。然而，这些检测技术仍存在许多问题，需要相关科技人员进行深入研究。
3声子检测技术原理简介
声子检测技术基于声子能量原理，即储存在固体原子链中的低频能量(声子)在自然、运转、外力或者多重负载作用下出现活跃缺陷，会导致相应部位晶格中的原子链断裂，释放声子能量PhE。该原理如式(1)表示。E+M→PhE(1)式中:E为能量;M为物质;缺陷处晶格原子链断裂，释放声子能量PhE。
由声子发射现象引起的构件粒子发生弹性振动传播，采集该数据，可对刚性固体构件的应力应变场进行分析:信号数据被传入软件，结合被检测物的基本技术数据和现场测量参数，进行数据计算。根据对声子活跃区域能量信号特征的分析，可以鉴别出缺陷种类、严重程度、位置等参数。技术专家据此分析结果可进一步对被检测设备现存和潜在缺陷进行分析，推测使用年限和后续运转状态、维保评估。基于上述原理，声子检测目前尚无法准确检测出非活跃的、惰性的缺陷(如曾修复过的缺陷)。
4检测技术种类及不足
1）电/磁检测技术主要应用于管道非开挖时防腐层的检测，无法对管道本体状态进行直接的检测;瞬变电磁技术属于时域电磁法，通过向地下发射脉冲电磁场，观测两次磁场瞬变数据确定导体的状况，以实现对管道壁厚的连续测量，减少了漏检，但容易受到随机噪声干扰，难以对小尺度范围内金属腐蚀进行检测，精度较差;漏磁检测技术通过外部强磁源激励缺陷产生被动漏磁场以查找宏观缺陷，操作简单但受运行速度及结构物厚度影响较大，实际中难以对缺陷进行准确的定量分析;2）超声检测技术利用超声体波在导体内的传播探测该导体存在的本体缺陷，由于声波快速衰减，其有效作用距离较小，且难以收到传播区间的结构整体信息;超声导波检测技术利用柱面超声导波在介质内频散传播与反射，实现对介质的快速、长距离、大范围无损检测(单次有效检测距离10～100m)，可检测管道内部缺陷与表面缺陷，但对传播路径纵向分布缺陷检测能力不足，且后续需进行细致的数据处理(如小波分析);3）磁应力检测技术通过金属结构缺陷表面主动散发的微漏磁场查找应力集中区域，无须专门磁化，通常情况下判断较准确且具有早期诊断与预警功能，但易受周边磁场的影响，对缺陷的定量判断能力不足。
5声子检测技术在输油管道中的应用
5.1实施办法
声子检测技术须使用声子诊断设备进行检测，包括检测探头、数据采集系统、分析软件检测探头安装在结构物两端(也可单组安装但检测有效距离较短)，获取物体上传播的声子发射的振动波，经信号A/D处理后转数字信号存储于采集模块。数据分析软件引入现场采集数据，结合结构物其他基本属性参数及现场自然参数，基于所建分析模型，计算出本体腐蚀、机械损伤、冶金缺陷、裂纹等缺陷，同时对缺陷位置、类型、尺寸、严重程度进行定量分析，生成检测报告。
5.2应用领域
声子检测技术可应用于油气工业领域的无损非开挖本体检测，包括管道(油气管道、成品油管道、化工管道、输水管道等)、储罐(原油储罐、成品油储罐、LNG储罐、化工品储罐等)、海上开采平台及储运设施(如FSＲU)等基础设施的本体缺陷检测。声子检测尤其适用于埋地油气管道本体的无损非开挖检测，可检测腐蚀缺陷、冶金缺陷、机械缺陷、疑似裂纹等，并可对缺陷数量、缺陷尺寸、缺陷位置、缺陷类别、严重程度等做出较准确的评判，而且可实现不停产状态下实时监测与数据处理，目前单次有效检测最大长度约1．2km，可对高危管段、难以进行内检的穿越管段或难以开挖的占压管段开展有效检测。
结束语
声子检测技术基于金属结构物本体缺陷处晶格原子链断裂释放声子能量的原理，通过检测该声子能量获得对结构物本体缺陷的了解，该技术具有无损、非开挖、可对管道本体进行不停运检测的特点，检测结果较准确，在一定程度上可弥补现有油气管道检测技术的短板。通过对PDT实际应用成果的分析，后续有必要深化在原油管道高危管段、穿越段的管道本体声子检测应用实践，进一步推进该技术在国内油气管道检测领域的应用。
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