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油气输送管道本体缺陷点定位常见问题及解决措施

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：贺剑君鲁特

[导读] 摘要：随着我国油气输送管道建设大发展，管道运输已成为油气储运重要载体，全国上下对油气储运的安全要求越来越高，虽然随着技术不断增强，储运能力也不断提高，但仍然存在不可忽视的风险，严重威胁油气储运正常运行，其中管道本质安全作为管道主要风险来源之一，尤其重要。这就要求管道企业做到对管道本体缺陷尽早发现、及时修复，以消除隐患、降低风险。准确定位缺陷点可以减少开挖工程量、降低临时征地补偿，能够节约企业成本、

        国家管网集团北方管道有限责任公司长沙输油气分公司 410000
        国家管网集团北方管道有限责任公司长庆输油气分公司 750000
        摘要：随着我国油气输送管道建设大发展，管道运输已成为油气储运重要载体，全国上下对油气储运的安全要求越来越高，虽然随着技术不断增强，储运能力也不断提高，但仍然存在不可忽视的风险，严重威胁油气储运正常运行，其中管道本质安全作为管道主要风险来源之一，尤其重要。这就要求管道企业做到对管道本体缺陷尽早发现、及时修复，以消除隐患、降低风险。准确定位缺陷点可以减少开挖工程量、降低临时征地补偿，能够节约企业成本、提高修复效率，本文旨在分析研究管道本体缺陷点（不包含防腐层缺陷）定位中常见问题，并且提出一定的解决方案及措施，保证油气储运工作安全平稳运行。
        关键词：管道缺陷；风险缺陷定位；安全平稳运行；提质增效
        1.内检测常用检测方式及检测数据
        管道内检测是实现管道本体安全管理的基础，而缺陷定位是实现管道内检测的关键环节和快速进行管道维修的基础，精准定位能提高管道维修的效率，降低维修费用。管道内检测作为管道本体缺陷检测和定位技术，越来越受到管理和技术人员的重视，越来越多的技术和方法引入到该领域中来，是管道完整性管理的重要工作之一。
        国内管道企业最常用内检测方式有漏磁内检测和几何变形内检测，针对漏磁内检测，检测器探头的数量显示出缺陷的周向宽度，信号在轴向的变化范围显示缺陷的轴向长度，变化的幅值大小显示缺陷的深度；里程轮记录缺陷的准确位置；内置三轴陀螺记录缺陷的周向位置，最后通过数据分析软件对缺陷实现分析。
        现有漏磁内检测器，常用的为三轴高清漏磁内检测器，是指具备能够同时记录磁场三维空间分量的高清晰度内检测器。三轴高清漏磁内检测器的基本工作原理同传统漏磁内检测器完全相同，主要区别是三轴漏磁检测器同时记录了磁力线的三维分量，提高了对缺陷的识别和评定能力，而传统漏磁检测器只记录了一个方向的磁力线强度。
        三轴方向信号的记录使得三轴高清漏磁检测器在检测能力和置性度等多方面高于传统漏磁检测器，主要具有如下特点：    1）增加了对不同缺陷的检测能力，提高了检测范围；    2）提高了传统缺陷的缺陷检测精度和置信度；    3）具有一定尺寸类裂纹缺陷的探测能力。
        通过内检测检测及后期数据分析，最终得出管道的具体数据，主要为管道壁厚、长度、缺陷情况（外腐蚀、内腐蚀、金属缺失、凹坑、外部金属接触、支管、环焊缝缺陷、螺旋焊缝/直焊缝缺陷、环焊缝与螺旋焊缝交叉点时钟点位、环焊缝GPS坐标、管节类型及长度、缺陷点相对于发球筒距离、缺陷点相对于上下游环焊缝距离及缺陷点相对于定位标志点距离）等数据，对于后期缺陷点定位，使用到的常用数据有环焊缝与螺旋焊缝交叉点时钟点位、环焊缝GPS坐标、管节类型及长度、缺陷点相对于发球筒距离、缺陷点相对于上下游环焊缝距离及缺陷点相对于定位标志点距离等。
        针对内检测得出缺陷点，一般定位方法为：1）GPS定位法，通过环焊缝GPS坐标找到参考环焊缝（须有环焊缝与螺旋焊缝交叉点时钟方向作为辅助），再结合内检测给出的缺陷点与参考环焊缝距离，找到缺陷点；2）定点磁标法，即通过缺陷点相对于定位标志点距离，人工拉尺，找到缺陷点；3）管节定位法，通过寻找缺陷点上下游附近的弯头、变壁厚点、螺旋焊缝与环焊缝时钟交叉方向位定位法，人工拉尺，找到缺陷点。
        2.通过内检测数据，开展缺陷点定位的常见问题
        2.1GPS定位法常见问题
        2.1.1GPS测量误差叠加导致定位不准确
        基于GPS定位方法存在的二次定位误差，即：1）内检测器一次定位得出GPS数据存在的误差，主要因为内检测在检测时，可能存在打滑、测量误差导致；2）由GPS定位仪在现场开展二次定位存在的误差，主要由GPS定位仪的精度决定。两次定位误差相叠加，给GPS现场定位带来偏差，通过实际测量对比，误差最大值可达30米，将近三根管节长度（一般长输管道一根管节长度为12m）。
        2.1.2内检测数据后期数据处理错误导致定位不准确
        由于内检测GPS数据为现场检测数据采集，再结合人工后期处理而生成，在人工后期处理时，由于处理错误，可能导致某一段检测管段整体出现GPS偏差，如：在XX输油气分公司管辖的XX管道的内检测B段数据，曾出现过，50Km管段的GPS数据整体偏差两根管节。
        2.1.3上下游环焊缝与螺旋焊缝时钟交叉点位相同或相近，如：XX管线编号为22110与22120的两道环焊缝，环焊缝与螺旋焊缝的交叉点位一致或相近。虽然出现概率较小，但此类情况出现时，由于GPS定位存在客观误差，仅开挖一处环焊缝无法判定是否为目标环焊缝。
        2.1.4如果遇到直焊缝或无缝钢管时，由于缺陷点与螺旋焊缝间距、环焊缝与螺旋焊缝间距作为主要定位参考数据之一，而直焊缝、无缝钢管与环焊缝无交叉点位特征，无法判定目标环焊缝，GPS定位法无法单独使用。
        2.2定点磁标法常见问题
        2.2.1定点磁标未设置在管道里程桩处而导致定位偏差
        管道内检测时，为追求数据准确性，往往结合管道每1Km的里程桩设置定点磁标，在特殊地段，如穿越铁路、大型河流时，检测单位往往为了直观显示检测器是否通过穿越点，设置定点磁标时选择在穿越点前后，而非管道里程桩处，且后期处理数据时未加以修正，而导致定位错误。
        2.2.2管道高低起伏时，导致定点磁标法偏差较大
        如果管道敷设在平原地带，地势高低起伏小，且目标缺陷点距离定点磁标较近时，定点磁标法误差较小。

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但如果管道敷设在地势起伏较大区域，且弯头较多时，往往误差较大。
        2.3管节定位法常见问题
        2.3.1通过弯头定位缺陷法。需要掌握内检测数据的各管节数据，在目标缺陷点上下游找到1处明显上下弯头、左右弯头，再根据弯头距离缺陷点位置，人工拉尺，找到目标缺陷点，此方法在短距离时误差较小，但距离较长且高低起伏较大时，同定点磁标法相同，误差较大，且有多处弯头时容易因判断失误导致定位错误。
        2.3.2通过变壁厚点定位缺陷法。同弯头定位缺陷相同，首先要找到1处明显变壁厚点，油气输送管道变壁厚点一般在穿跨越段、改线段，再根据变壁厚点距离缺陷点位置，人工拉尺，找到目标缺陷点，问题同弯头定位法一样，此方法因为要先挖出定位环焊缝，常作为辅助定位。
        2.3.3螺旋焊缝与环焊缝时钟交叉方向定位法。管道施工设计时，同一批管材的螺旋焊缝与环焊缝时钟交叉方向应一致，但往往由于施工期管材采购批次不同等原因，导致出现交叉方向相反的情况，即出现上下游两根钢管反向螺纹情况，在内检测时可以清晰检出，此方法因为要先挖出定位环焊缝，往往是挖出反向螺纹后作为辅助定位方法，方法和问题同弯头定位、变壁厚点定位相同。
        2.4其它常见问题
        2.4.1改线段缺陷点定位，由于内检测周期一般为5至8年，在一个检测周期内如果管道发生改线，虽然改线后短期内不会结合内检测结果开展缺陷修复，但结合环焊缝底片排查等因素导致的缺陷修复仍可能发生，那么基于内检测数据开展缺陷点定位将无意义。
        2.4.2直焊缝、无缝钢管缺陷点定位，国内管道中部分管道采取直焊缝、无缝钢管敷设，此类管材由于缺少环焊缝与螺旋焊缝交叉点位这一关键参考数值，导致遇到内腐蚀、内部金属缺失及焊缝制造缺陷时，难以准确判断缺陷点位置。
        3.常见问题解决措施
        3.1及时修正GPS数据，一是内检测后及时修正GPS数据，一般内检测施工结束后，会每段选取点位进行开挖，验证内检测数据准确性，此时应密切关注，发现GPS数据偏差后，及时通过人工复核修正GPS数据；二是改线时，采用高精度GPS测试仪，定位环焊缝、弯头等特征点位GPS数据，确保数据测量误差最小化；
        3.2采用GPS定位法时，缺陷定位时使用高精度GPS定位仪，以减少误差；
        3.3采用定点磁标法和管节定位法时，尽量选取距离较近参考点，同时应掌握拉尺范围内所有弯头角度、长度，拉尺时在弯头处加大测量密度，减小误差；
        3.4采用定点磁标法时，由于个别磁标定位点并非选取管道里程桩作为定位点，未避免相关数据丢失，应及时记录定位点位置，为缺陷点定位找准参考点；
        3.4合理使用定位方法
        3.4.1对于螺旋焊缝钢管管道缺陷定位：
        1）高低起伏较小、弯头较少处，且距离定磁标较近点位，优先选取定点磁标法；
        2）对于缺陷上下游有明显弯头处，优先采用弯头定位法；
        3）对于高低起伏较大，且离定点磁标较远，附近也没有明显弯头时，优先采用GPS定位法；
        4）对于附近有变壁厚点或螺旋焊缝与环焊缝反向情况时，结合现场实际，用于辅助定位；
        3.4.2对于改线段管道缺陷定位：
        1）对于缺陷上下游有明显弯头处，优先采用弯头定位法；
        2）对于高低起伏较大，且附近也没有明显弯头时，优先采用GPS定位法；
        3.4.3对于直焊缝或无缝钢管管道缺陷定位：
        1）高低起伏较小、弯头较少处，且距离定点磁标较近点位，优先选取定点磁标法；
        2）对于缺陷上下游有明显弯头处，优先采用弯头定位法；
        3）针对外部明显缺陷特征点位，采用上述方法定位后，结合外部缺陷辅助判断；
        4）针对内部缺陷或不明显缺陷特征点位，结合各管节长度、以往修复点位相对距离、施工期资料、管道外包裹物（如套筒、围墙）等进行辅助判断；如各管节长度一致，须结合无损检测现场验证进行辅助判断；由于个别缺陷无损检测无法检出，未避免定位错误，有时须挖出多个管节，综合判断。
        4总结
        本文通过介绍基于内检测数据定位管道本体缺陷的常见问题及解决措施，致力于提高管道本体缺陷定位的精准度，能够帮助管道企业在减少开挖量的基础上，对管道内检测缺陷进行开挖、维修，保障在役长输油气管道的安全运行，为管道运营单位降低维修成本、提高工作效率，达到提质增效目的。
        参考文献：
        [1]王金柱，王泽根.油气长输管道内部缺陷定位方法综述.石油天然气学报（江汉石油学院学报）2010.2，第32卷第1期
        [2]张华兵，程五一，王富才等.东北管道内检测缺陷的开挖定位.油气储运：2010.29（12）：941-942.
        [3]宋茂忠.提高GPS定位精度的数据处理技术[J]，数据采集与处理，2001，16（2）：220-226