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油气集输管道内腐蚀检测与评价技术

发表时间：2021/3/26 来源：《中国科技信息》2021年3月作者：刘元贾广凯石蕾

[导读] 集输管道是一种油气混输管道，与分别输送原油和输送天然气的单相管路相比，具有很多优点，不仅极大地减少工作量，改善了集输流程，而且降低了成本，显著提高了油气开采过程中的经济效益。

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摘　要：集输管道是一种油气混输管道，与分别输送原油和输送天然气的单相管路相比，具有很多优点，不仅极大地减少工作量，改善了集输流程，而且降低了成本，显著提高了油气开采过程中的经济效益。尤其是在一些特殊的环境下，油气混输管道更有单相输送管道所不能相比的优点。随着技术发展，油气混输管路己经从小直径、短距离向大直径、长距离的方向发展。
关键词：集输管道；内腐蚀；检测方法；评价技术
        1概述
        集输管道处在复杂多变的工况环境，准确、可靠、快速地对集输管道的腐蚀状况进行检测与评价是亟需解决的工程实际问题。分析了各类检测方法的优点及其不足，探讨了检测技术的相关机制，并对无损检测技术的发展方向提出见解。集输管道处在复杂多变的工况环境（温度、压力、多相介质以及H2S、CO2等腐蚀性气体）和外部环境干扰（地质条件、第三方破坏、气候）条件下，导致集输管道结垢、腐蚀、磨蚀严重。准确、可靠、快速地对集输管道腐蚀状况进行检测与评价是油田生产亟需解决的工程实际问题。目前管道内腐蚀检测技术和方法无法解决所有环境下的腐蚀检测问题。因此，只有正确地选择适合的腐蚀检测技术并着重进行检测技术改进，在不停输、不开挖的情况下对集输管道腐蚀状况进行地面检测与评价，确定其腐蚀的具体程度与具体部位，对集输管网安全运行与腐蚀控制管理具有十分重要的意义[2-3]。
        2集输管道内腐蚀检测内容
         1）多相流动复杂工况下集输管道内腐蚀检测方法研究
        针对多相流动复杂工况下技术管道腐蚀的主要因素与腐蚀机理，确定集输管道主要典型腐蚀类型与分布特点，在现有的检测技术基础上，研究开发适合的新型高效管道内腐蚀检测技术，开发适用的检测系统，实现对集输管道内腐蚀的高灵敏度快速检测。
         2）集输管道内腐蚀评价技术研究
        分析集输管道不同程度内腐蚀状况（蚀坑、减薄、裂纹等）的检测结果，建立典型腐蚀特征数据库，确立缺陷腐蚀形态（深度、宽度、长度）与特征信号的关系模型，在线分析管体腐蚀剩余平均壁厚，提出集输管道内腐蚀状态与剩余寿命评价方法。
        3集输管道内检测的主要技术
        管道发生腐蚀后，主要表现形式为管壁减薄、蚀损斑、腐蚀点坑、应力腐蚀裂纹等。管道内腐蚀检测技术主要针对管壁的变化情况进行测量和分析，从而得到管道腐蚀状况的相关数据。目前，管道内腐蚀检测技术主要有漏磁检测技术、超声检测技术、涡流检测技术、射线检测技术等。
        1）漏磁检测技术
        漏磁检测技术的基本原理以铁磁材料的高磁导率特性为基础。当检测器在管内行走时，如果被测管道中无缺陷，则绝大部分的磁力线从管道内部通过且分布均匀，泄漏的磁通基本为零；如果被测管道内外壁存在金属损失类缺陷，由于缺陷部位的磁导率减小，磁阻变大，磁力线发生弯曲并且有一部分从缺陷部位溢出，穿越缺陷上方的空气再进入管壁，从而形成生漏磁通。如图1所示。漏磁检测方法操作简单、检测速度快、检测结果可量化，具有较高的可信度，但漏磁检测过程中容易产生虚假信号、检测灵敏度不高，对于因腐蚀产生管道裂纹尤其是轴向缺陷不敏感，而且检测精度还受到管道壁厚、管内废杂物、检测器运行速度、管壁磁化饱和程度等多种因素的影响，因此对检测数据分析人员的要求非常高。

        2）超声检测技术
        超声检测是集传感器技术、信号处理技术、模式识别和图像显示等技术于一体的综合技术。超声波检测主要基于超声波的脉冲反射原理来测量管壁腐蚀减薄大小，管道壁厚可由前波和缺陷波返回的时间差，以及超声波在管壁中的传播速度来确定。早在20世纪90年代，Murakami等人为检测试件中是否存在气孔，设计了一套基于缺陷回波信号时域分析的超声识别系统，该系统在存在气孔的试件中检测效果明显，而对于裂纹、孔径等其他缺陷类型的检测效果不太理想；1992年，Kato基于Murakami等的研究，将采集到的缺陷信号的信息进行了二次提取，选取了更加具有代表性的特征参数，提高了系统的检测效果；21世纪初，Aoki和Suga首次在设计的检测系统中加入神经网络技术，再加上小波信号处理技术，使得检测系统的识别率进一步提高，标志着缺陷识别技术向着智能检测的方向迈进。
        超声检测可用于直接定量测定管道腐蚀缺陷的深度和位置，并且与管壁厚度大小无关。由于超声波方向性好、能量易于集中、绕射现象小、在液体及固体中衰减很小、穿透力强，
因此，超声缺陷检测结果的精确度和置信度都很高，但超声波在空气中衰减很快，应用于输气管道时存在一定困难，而且检测费用比漏磁检测高。
        3）涡流检测技术
        涡流检测是建立在电磁感应现象及Maxwell电磁方程组之上。通过检测探头产生交变磁场，当探头接近被测导体试件时，在传感器的磁场作用下，被测试件表面会根据电磁感应原理产生与此磁场相交联的涡流。如果被测试件上存在缺陷或者物理属性变化，导体内的涡流受到影响，产生的次生磁场发生变化；使传感器内的激励磁场发生改变，也可以看做探头阻抗发生变化。利用Foster提出的阻抗分析法，分析探头上的阻抗变化就可以得到缺陷信息。涡流检测可以实现高检测速度，理论上非常适合管道内检测；对识别管道内环焊缝处缺陷有着得天独厚的优势。涡流检测具有可达性强、应用范围广、对表面缺陷检测灵敏度较高且易于实现自动检测等优点，适合于管道在线检测。但涡流检测技术由于受趋肤效应的影响，只能检测管道表面或近表面缺陷，而对于管道深层缺陷（内腐蚀）的检测灵敏度很低。
         4）射线检测技术
        1895年，德国物理学籍伦琴发现X射线，同年，谬勒生产了第一个X射线管。4年后，申请了X射线管的发明专利。1912年物理学家库利际研制出新型X射线管，称作白炽阴极射线管，不仅能够承受高管电流、高电压，而且还为X射线工业应用奠定基础。1980年工业CT问世。如今X射线探伤广泛应用于工业的各领域。
        射线检测技术的优点是可得到永久性记录，检测结果比较直观，辐照范围广，但射线检测时检测人员必须采取严格的防护措施以防止人员受到辐射。射线检测主要是采用人工辅助的方法，观测者需要一直盯着显示器，造成眼睛疲劳，如果长期工作，对操作者的眼睛损害极大。若出现走神的情况，稍有不慎，将造成不可预计的损失。并且检测结果的判断往往因人而异，观察人员的经验和技术不同，最终的评定结果存在差异。
        4总结
        管道腐蚀穿孔造成了巨大的经济损失与安全生产威胁，对集输管道腐蚀状况进行科学的检测方法不仅可以避免因局部管道的严重腐蚀未被及时发现造成事故，而且能够对集输管道整体技术状况做出评价与鉴定，避免盲目维修更换管道造成投资浪费。从目前国内的研究进展来看，各项技术都存在自身有待解决的缺陷，如何提高检测精度，实现高效的精确化检测仍然是管线检测领域的主要研究方向。
参考文献
[1]王霞，大口径高压输气管道清管技术研究[D].中国石油大学（华东），2009.
[2]杨寨，海上某油田海底管线的腐蚀失效原因[J].腐蚀与防护，2016（37）：76-79.
[3]罗鹏，张一玲，蔡陪陪，等.长输天然气管道内腐蚀事故调查分析与对策[J].全面腐蚀控制，2010（24）：16-21.