賈瀟

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田第六采氣廠

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，油氣管道作為重要的能源輸送基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)行至關(guān)重要。本文主要介紹了光纖傳感、漏磁清管等管道泄漏智能檢測(cè)技術(shù)及在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用情況及效果評(píng)價(jià)，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。通過(guò)實(shí)際案例表明，應(yīng)用智能檢測(cè)技術(shù)能夠顯著提高管道泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，為管道的安全運(yùn)行提供有力保障。

關(guān)鍵詞：智能檢測(cè)技術(shù)；光纖傳感；漏磁清管；非接觸磁檢測(cè)

油氣管道是我國(guó)能源輸送的大動(dòng)脈，其安全運(yùn)行對(duì)于保障國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義。管道在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，由于老化、腐蝕、地質(zhì)災(zāi)害、人為破壞等原因，泄漏事故時(shí)有發(fā)生，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，甚至威脅到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

隨著科技的不斷進(jìn)步，泄漏檢測(cè)技術(shù)（光纖傳感技術(shù)、智能清管器等）逐漸應(yīng)用于油氣管道領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)，快速發(fā)現(xiàn)泄漏隱患，為管道保護(hù)提供技術(shù)支撐[1]。

1  油氣管道泄漏檢測(cè)方法

1.1  光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)（DFOSS）

（1）技術(shù)原理。將光纖沿著管道敷設(shè)，利用光纖的光散射、折射率等特性變化來(lái)感知管道周?chē)�的溫度、壓力、�?yīng)變等物理量。當(dāng)管道泄漏時(shí)，泄漏介質(zhì)與周?chē)�環(huán)境的相互作用會(huì)引起這些物理量的改變，光纖傳感器能夠?qū)崟r(shí)捕捉到這些變化并準(zhǔn)確定位泄漏位置。光纖傳感技術(shù)具有分布式監(jiān)測(cè)、抗電磁干擾、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，在管道泄漏檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用[2]。表 1是光纖傳感監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)參數(shù)。

表 1 光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要參數(shù)

（2）技術(shù)特點(diǎn)。①采用一芯光纜可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的管道安全預(yù)警監(jiān)測(cè)；②能夠?qū)�管道周�(chē)鷻C(jī)械施工、管道鉆孔、惡意破壞等行為實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)；③可根據(jù)不同鋪設(shè)條件，分區(qū)域設(shè)置報(bào)警級(jí)別，應(yīng)用靈活；④系統(tǒng)探測(cè)部分本征無(wú)源，無(wú)電磁干擾或電磁輻射等問(wèn)題；⑤可通過(guò)擴(kuò)展器及多套系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的監(jiān)控。

1.2  智能清管技術(shù)（MFL）

（1）技術(shù)原理。智能清管技術(shù)能夠充分利用日常管道清管時(shí)機(jī)，通過(guò)常規(guī)清管器、測(cè)徑清管器、鋼刷清管器、變形清管器和漏磁清管器等一系列清管措施，對(duì)管道內(nèi)部各類(lèi)缺陷（凹陷變形、腐蝕減薄、焊縫異常等）進(jìn)行檢測(cè)。在清管作業(yè)過(guò)程中，它可以實(shí)時(shí)采集管道內(nèi)壁的厚度、腐蝕情況、缺陷位置等信息，為管道的維護(hù)和泄漏預(yù)防提供數(shù)據(jù)支持[3]。表 2為常規(guī)漏磁清管器技術(shù)參數(shù)。

表 2 常規(guī)漏磁清管器（Φ 406 mm）技術(shù)參數(shù)

（2）技術(shù)特點(diǎn)。①檢測(cè)精度高，搭載高精度漏磁傳感器及智能算法，能精準(zhǔn)捕捉管道內(nèi)外壁因腐蝕、裂紋、孔洞等缺陷引發(fā)的磁場(chǎng)畸變，可識(shí)別微小損傷（如毫米級(jí)腐蝕坑），定位缺陷位置和深度的誤差小；②適用性強(qiáng)，適用于多數(shù)鐵磁性金屬管道（如碳鋼管道），不受管道內(nèi)介質(zhì)類(lèi)型（原油、天然氣等）、雜質(zhì)等因素影響，能在復(fù)雜工況下穩(wěn)定工作；③檢測(cè)效率高，可隨管道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)連續(xù)行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離管道的一次性、不間斷檢測(cè)，無(wú)需中斷管道運(yùn)行，大幅縮短檢測(cè)周期，降低對(duì)生產(chǎn)的干擾。

1.3  非接觸式磁檢測(cè)技術(shù)（MTM）

（1）技術(shù)原理。在地磁場(chǎng)中，鐵磁性油氣管道在內(nèi)部介質(zhì)和外載荷的作用下，內(nèi)部的磁疇將發(fā)生不可逆的重新取向，使管道磁化，從而在管道上方產(chǎn)生漏磁場(chǎng)（SMFL），其物理基礎(chǔ)為金屬磁記憶效應(yīng)。當(dāng)管道存在宏觀缺陷或微觀結(jié)構(gòu)缺陷時(shí)，大多出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中將引起局部漏磁場(chǎng)的突變[4]（圖 1）。表 3是非接觸式磁檢測(cè)主要技術(shù)參數(shù)。

圖 1 管道缺陷的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化和磁場(chǎng)曲線異常情況

表 3 非接觸式磁檢測(cè)技術(shù)主要參數(shù)

（2）技術(shù)特點(diǎn)。①不需要額外的磁化設(shè)備；②可以實(shí)現(xiàn)管道缺陷的早期診斷。應(yīng)力集中是大多數(shù)缺陷產(chǎn)生的前奏，從而基于對(duì)應(yīng)力集中的金屬磁記憶檢測(cè)可預(yù)防事故發(fā)生；③不需要提前處理，管道表面的防腐層和保溫層對(duì)磁記憶信號(hào)無(wú)影響，無(wú)需對(duì)檢測(cè)表面進(jìn)行處理；④操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快。金屬磁記憶技術(shù)的操作非常簡(jiǎn)單，檢測(cè)時(shí)的速度可以達(dá)到0.5 m/s，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模檢測(cè)；⑤不受管道形狀和尺寸的限制。金屬磁記憶技術(shù)是一種外檢測(cè)技術(shù)，不受管道內(nèi)徑和形狀的影響，可實(shí)現(xiàn)管道設(shè)備的100%檢測(cè)，為管道的完整性管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2  應(yīng)用案例

2.1  光纖傳感監(jiān)測(cè)

以長(zhǎng)慶油田某采氣廠輸氣管道為例，該管道全長(zhǎng)60 km，采用光纖傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2019年1月11日8:45，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出管道泄漏報(bào)警信息（圖 2），根據(jù)壓力下降幅度和報(bào)警順序分析，準(zhǔn)確定位泄漏位置位于2#閥室附近。指揮中心迅速通知相關(guān)人員現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)及應(yīng)急處置，確認(rèn)該管道環(huán)焊縫處開(kāi)裂導(dǎo)致泄漏（圖 3）。應(yīng)用光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效提高了管道異常工況發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性，防止了泄漏事件進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖 2 光纖傳感系統(tǒng)報(bào)警

圖 3 管道環(huán)焊縫開(kāi)裂

2.2  智能清管檢測(cè)

以某采氣廠集輸管道為例，管道長(zhǎng)度55 km，輸送介質(zhì)為含硫天然氣。2023年10月，該管道開(kāi)展智能漏磁清管。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：金屬損失81201處（圖 4 a）、焊縫異常92處（圖 4 b）、凹陷變形12處。智能清管技術(shù)能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)管道焊縫缺陷、內(nèi)腐蝕、幾何變形、機(jī)械損傷等管道缺陷。通過(guò)漏磁清管，及時(shí)全面地掌握了管道安全現(xiàn)狀，為后期采取環(huán)氧鋼套修復(fù)、換管、控制運(yùn)行壓力等安全措施提供了有力的技術(shù)支撐。

（a）管道金屬損失示例

（b）焊縫異常示例

圖 4 漏磁清管器檢測(cè)情況

2.3  非接觸式磁檢測(cè)

以某天然氣集輸管道為例，管道長(zhǎng)度41 km，管徑Φ508 mm×9/11 mm，運(yùn)行壓力4.87 MPa ～4.92 MPa。由于設(shè)計(jì)問(wèn)題，該管道暫時(shí)無(wú)法進(jìn)行智能清管器檢測(cè)，于2024年開(kāi)展了非接觸式磁檢測(cè)。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：管道整體質(zhì)量良好，無(wú)變形、無(wú)表面凹坑，防腐層破損28處，存在1處不合格焊口（圖 5）。屬地單位立即組織對(duì)缺陷管段進(jìn)行更換及外防腐層修復(fù)，有效預(yù)防了管道泄漏事件的發(fā)生。

圖 5 非接觸式磁檢測(cè)情況

3  結(jié)論

不同管道檢測(cè)技術(shù)各有特點(diǎn)：光纖傳感技術(shù)主要用于長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)監(jiān)控（實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)），智能漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)主要用于量化金屬損失（定期體檢），磁應(yīng)力技術(shù)主要用于預(yù)警應(yīng)力集中（趨勢(shì)預(yù)警）。

近年來(lái)，長(zhǎng)慶油田已大規(guī)模推廣應(yīng)用智能漏磁清管、電磁渦流清管、非接觸式磁力清管等管道檢測(cè)技術(shù)，并形成一套較完善的管道綜合預(yù)警、檢測(cè)及保護(hù)技術(shù)體系，通過(guò)智能清管、光纖傳感及磁檢測(cè)等技術(shù)的深度協(xié)同，共同構(gòu)建起管道“點(diǎn)（磁檢測(cè)技術(shù)定位高風(fēng)險(xiǎn)段）—線（光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)跟蹤）—面（智能清管實(shí)現(xiàn)缺陷定量）”的立體防護(hù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“風(fēng)險(xiǎn)可預(yù)警、缺陷可量化、決策可追溯”的管控目標(biāo)，推動(dòng)管道保護(hù)從“事后修復(fù)”轉(zhuǎn)向“事前防控”轉(zhuǎn)變。

未來(lái)結(jié)合AI技術(shù)的突破發(fā)展，需進(jìn)一步豐富和完善管道檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，建立以“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”為核心引擎，以“AI算法革新”為突破利器的智慧管網(wǎng)，為油氣管道的安全運(yùn)行保駕護(hù)航，為國(guó)家能源輸送系統(tǒng)的本質(zhì)安全提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)：

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[4]湛立寧，盧俊文，王肖逸，等.非接觸式磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)在埋地管道腐蝕評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2023(1)：46-50.

作者簡(jiǎn)介：賈瀟，1990年生，油氣田開(kāi)發(fā)工程師，主要從事天然氣集輸及管道保護(hù)管理工作。聯(lián)系方式：17729432909，992598823@qq.com。