中國(guó)石油冀東油田分公司油氣集輸公司

冀東油田緊鄰渤海灣地帶，且部分采油區(qū)內(nèi)穿插于濕地保護(hù)區(qū)，周邊的自然環(huán)境極其敏感。油、氣、水集輸管道多為2008年及以前建設(shè)，服役均超過(guò)10年，部分管道超過(guò)20年。

由于近年來(lái)二氧化碳吞吐、酸化措施等技術(shù)在采油過(guò)程的應(yīng)用，加劇了集輸管線的內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，失效事件頻次快速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2016年全油田發(fā)生管道穿孔事件612次， 2017年采取相關(guān)措施后管道穿孔事件降至454次，嚴(yán)重影響油田集輸系統(tǒng)的安全運(yùn)行,全面開(kāi)展管道本體腐蝕檢測(cè)迫在眉睫。

1 管道檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀對(duì)比

按照GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》要求，管道檢測(cè)是管道完整性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。管道外檢測(cè)方法較多，大多針對(duì)管道的涂層、腐蝕防護(hù)系統(tǒng)、陰極保護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，無(wú)法對(duì)管道缺陷進(jìn)行定量檢測(cè)和評(píng)估，通常需要結(jié)合開(kāi)挖檢測(cè)，不具備普遍意義。

非接觸式磁應(yīng)力檢測(cè)(PMT檢測(cè))是一種無(wú)損外檢測(cè)方法，基本原理是利用金屬磁記憶效應(yīng)來(lái)檢測(cè)部件應(yīng)力集中部位，采集數(shù)據(jù)并開(kāi)挖幾個(gè)校驗(yàn)坑即可完成，并可得出較為豐富的缺陷數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果，達(dá)到部分漏磁檢測(cè)效果。各種檢測(cè)技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表 1。

由于油田集輸管網(wǎng)管徑小，彎頭倍數(shù)低，部分老管道收發(fā)球筒的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，不能滿足內(nèi)檢測(cè)器通過(guò)要求。經(jīng)多方論證，確定采取PCM+/DM結(jié)合非接觸磁應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行管道檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)外腐蝕、金屬損失、焊縫缺陷等方面的有效檢測(cè)。

2 PMT檢測(cè)技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

當(dāng)鐵磁性構(gòu)件受到外部載荷作用時(shí)，受地球磁場(chǎng)激勵(lì)，在應(yīng)力和變形集中區(qū)域會(huì)發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，磁疇組織的重新取向會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生新的磁狀態(tài)。金屬構(gòu)件表面的這種磁狀態(tài)記憶了微觀缺陷或應(yīng)力集中的位 置，即所謂的磁記憶效應(yīng)（圖 1）。

在地面沿管道上方檢測(cè)和記錄這些磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)缺陷處管道的受力狀況進(jìn)行分析計(jì)算和缺陷評(píng)估，得出缺陷處管道的應(yīng)力水平、危險(xiǎn)程度、最大允許操作壓力、維修等級(jí)，估算缺陷尺寸和類型等信息，給出修復(fù)建議。

2.2 檢測(cè)分級(jí)

PMT檢測(cè)結(jié)果將發(fā)現(xiàn)的異常分為三級(jí)，Ⅰ級(jí)為不允許狀態(tài)，需立刻修理；Ⅱ級(jí)為允許存在狀態(tài)，需計(jì)劃修理；Ⅲ級(jí)為良好狀態(tài)，不需修理（表 2）。

通過(guò)管道局部應(yīng)力水平的變化來(lái)評(píng)價(jià)缺陷的安全性，是管道埋地狀態(tài)的真實(shí)應(yīng)力反應(yīng)，而不是以缺陷的幾何參數(shù)計(jì)算的應(yīng)力水平。

3 PMT技術(shù)在油田集輸管道的應(yīng)用

3.1 檢測(cè)步驟

（1）背景磁場(chǎng)收集

分別收集不同區(qū)段管道的背景磁場(chǎng)，為后期磁場(chǎng)強(qiáng)度的對(duì)比修正提供支持。在待檢管道附近選取50～100 m與管道方向平行的無(wú)外界磁場(chǎng)干擾的地面，磁力計(jì)在空間X、 Y、 Z三個(gè)方向（沿管道走向）以及離地50 cm、 100 cm、 150 cm三個(gè)高度進(jìn)行地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)收集。每個(gè)區(qū)段選取2～3處地面。

（2）中心線定位

使用PCM+/DM儀器復(fù)測(cè)管道中心線、埋深及高程，在地面做好臨時(shí)標(biāo)記，檢測(cè)外防腐情況的同時(shí)確定磁應(yīng)力檢測(cè)精確路線。

（3）管道磁場(chǎng)掃描

運(yùn)用磁力計(jì)對(duì)管道進(jìn)行磁場(chǎng)掃描，掃描速度0.25 m/s，以識(shí)別由管道焊縫缺陷、金屬缺陷或管道彎曲應(yīng)力引起的磁場(chǎng)異常（圖 2）。通過(guò)縱向坐標(biāo)（相對(duì)于檢測(cè)零點(diǎn)）和角坐標(biāo)（相對(duì)于管道圓周），確定管道缺陷（群）和位置。檢測(cè)缺陷和應(yīng)力變化主要包括制管缺陷、機(jī)械缺陷、焊接缺損、局部腐蝕損壞以及應(yīng)力變形區(qū)域，其掃描指數(shù)≤0.25 m。

（4）磁場(chǎng)數(shù)據(jù)保存

不同區(qū)段管道掃描數(shù)據(jù)單獨(dú)保存，同一區(qū)段每100 m保存一次。對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域，如變徑、位置偏移、地貌差異、敷設(shè)方式改變、干擾環(huán)境、陰極保護(hù)模式、埋深差異和土壤性質(zhì)差異等區(qū)域，按照差異區(qū)段分類記錄，確保分區(qū)段檢測(cè)的準(zhǔn)確性和后期數(shù)據(jù)修正的可靠性。

（5）數(shù)據(jù)解析及評(píng)估

管道磁應(yīng)力檢測(cè)方法通過(guò)直接量化評(píng)估應(yīng)力變化水平?jīng)Q定缺陷的相對(duì)危險(xiǎn)度，而不通過(guò)缺陷的幾何參數(shù)（長(zhǎng)，寬，高）進(jìn)行計(jì)算。在磁異常區(qū)域沿管道軸線方向及背景“靜區(qū)”中磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的密度，由曲線部分的長(zhǎng)度確定。通過(guò)相應(yīng)的異常長(zhǎng)度和背景部分相結(jié)合，對(duì)DQ進(jìn)行積分計(jì)算而得。

（6）開(kāi)挖修正

檢測(cè)完成后，選擇部分異常點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖，對(duì)磁應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。如果開(kāi)挖評(píng)價(jià)結(jié)果比磁檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)輕，應(yīng)按開(kāi)挖評(píng)價(jià)結(jié)果適當(dāng)提高該管段的磁異 常綜合指數(shù)F值；如果開(kāi)挖結(jié)果比磁檢測(cè)結(jié)果嚴(yán)重，應(yīng)適當(dāng)降低F值；如果開(kāi)挖結(jié)果比磁檢測(cè)結(jié)果嚴(yán)重很多，應(yīng)降低F值，重新排列開(kāi)挖點(diǎn)，并對(duì)這種情況的磁異常段進(jìn)行優(yōu)先開(kāi)挖。

（7）開(kāi)挖驗(yàn)證

根據(jù)報(bào)告中GPS數(shù)據(jù)，定位埋地管道的腐蝕點(diǎn)，取腐蝕點(diǎn)軸向±0.5 m作為測(cè)試管段開(kāi)挖驗(yàn)證。以管道截面30°為1個(gè)壁厚測(cè)試點(diǎn)，進(jìn)行環(huán)向標(biāo)記，測(cè)試環(huán)線間距10 cm（圖 3）。每處腐蝕位置共計(jì)檢測(cè)120個(gè)壁厚數(shù)據(jù)并記錄。取壁厚最薄的數(shù)據(jù)對(duì)比磁應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。

3.2 檢測(cè)結(jié)果

2018年，冀東油田全面開(kāi)展環(huán)境敏感區(qū)域油、氣、水管道的磁應(yīng)力檢測(cè)，共計(jì)檢測(cè)管道19條，總長(zhǎng)度達(dá)213.25 km。

檢測(cè)出一級(jí)腐蝕點(diǎn)18處，二級(jí)腐蝕點(diǎn)544處，三級(jí)腐蝕點(diǎn)2 857處，對(duì)部分腐蝕點(diǎn)開(kāi)挖驗(yàn)證，數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表 3。

經(jīng)對(duì)比，共計(jì)24個(gè)開(kāi)挖點(diǎn)，僅第7、 9點(diǎn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)不吻合，其他測(cè)試數(shù)據(jù)均符合磁應(yīng)力判定結(jié)果，準(zhǔn)確率達(dá)到91.6%。已根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道所處環(huán)境和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)制定維修方案和防范措施。

4 結(jié)論及應(yīng)用建議

非接觸式磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)在管道無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)檢測(cè)的條件下，能較為準(zhǔn)確的檢測(cè)出管道本體的腐蝕情況，得出管道本體缺陷大小，是一種半定量管道本體腐蝕檢測(cè)方法。同時(shí)，該檢測(cè)方法不影響管道正常運(yùn)行，不需要停輸，且對(duì)管道收發(fā)球裝置、管輸壓力等無(wú)要求。建議：增加不同環(huán)境、不同材質(zhì)下管道開(kāi)挖修正數(shù)據(jù)的數(shù)量，以大量的人為對(duì)比結(jié)果為磁應(yīng)力數(shù)據(jù)分析提供后臺(tái)大數(shù)據(jù)資源，提高磁應(yīng)力檢測(cè)的準(zhǔn)確率；通過(guò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、篩選和分析，細(xì)化磁應(yīng)力檢測(cè)腐蝕等級(jí)區(qū)間，增加腐蝕等級(jí)的劃分層級(jí)，為管道運(yùn)營(yíng)單位提供更好、更直接的決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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【4】GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》[S]. 44-45

作者：楊振東， 1978年生，大學(xué)本科，工程師，冀東油田公司油氣集輸公司工程維護(hù)中心主任，主要從事油氣集輸檢測(cè)與維護(hù)工作。