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油气管道外检测技术现状与发展趋势

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油气 管道 检测 技术 现状 发展趋势
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2012 年第 1 期 1收稿日期 : 2011 -06 -08 收修改稿日期 : 2011 -08 -21油气管道外检测技术现状与发展趋势龙宪春1, 张 鹏1, 喻建胜2, 成 磊1, 黄泳硕1( 1. 西南石油大学 , 四川成都 610500; 2. 川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院 , 四川广汉 618300)摘要 : 介绍了国内长输管道的现状 , 分析了油气管道常用的 5 种外检测方法 : 中电流法 、直流电位梯度 ( 方法 、标准管 /地电位检测技术 ( P/S) 、电流梯度检测技术 ( 、间隔电位法 。比较了它们在四川地区应用的优缺点 , 并对其适用性进行了简要阐述 。最后 , 对油气管道外检测技术发展趋势进行了展望 。关键词 : 管道 ; 外检测技术 ; 外涂层 ; 电流中图分类号 : 献标识码 : A 文章编号 : 1004 -9614( 2012) 01 -0020 -03 1. 10500, 2. 18300, of of P/S) , , . of so as to of ey 言国内建成油气管道长度超过 7. 5 × 104其中包含天然气管线 3. 8 ×104原油管道 2 ×104成品油管线 1. 7 ×104构成了跨多个省市 、多区块的长输管网 。国内管网跨多个地区 , 管道所处的环境不同 , 有高盐咸地区 , 也有高湿地区 , 因而管道的外腐蚀状况存在很大差异 。做好管道外腐蚀检测 , 及时地发现运行管道的缺陷 , 确保油气管道安全可靠的运行 , 从而减小管道运营风险 , 进而降低油气管道事故的发生概率 , 最终降低损失风险 。文中将重点介绍几种管道外检测技术 , 并以四川地区管道为例比较它们的优缺点 , 最后介绍了管道外检测技术的发展趋势 。1 国内长输管道现状国内建成了由西气东输 、陕京线及复线 、涩宁兰线及其复线 、忠武线 、兰银线 、冀宁线 、川气东送为骨干的供气网络系统 , 主干管网总输送载荷能力每年超过 1011在东北 、西北 、华北 、华东和中部区域建成了地区性的输油管网 。主干管线包括大庆至铁岭线与其复线 、铁岭至大连线 、铁岭至抚顺线 、铁岭至秦皇岛线 、秦皇岛至北京线 、阿拉山口至独山子线 、西部管道系统 、东营至黄岛与其复线 、东营至临邑与其复线 、临沂与仪征线 、仪征至长岭线等 。成品油管线近几年取到了长足的发展 , 主要的成品油管道包括乌鲁木齐至兰州线 、兰成渝线 、兰郑长线 、茂名至昆明线 、鲁皖成品管道 、福炼一体化管道体系等 。2 管道外检测的主要方法埋地钢管道的外涂层体系由外涂层和阴极保护系统组成 。外涂层联合阴极保护方法经济高效 , 阴极保护能监控外涂层老化情况 。这种联合作用方法是高效的保护钢管道腐蚀的经典技术 , 并在国内外埋地钢管腐蚀保护中广泛应用 。外涂层是腐蚀控制的第一步 , 也是最重要的防第 1 期 龙宪春等 : 油气管道外检测技术现状与发展趋势 21线 , 它的完整性对管道正常运转起决定性作用 。外涂层需要具有优秀的绝缘性与抗腐蚀性能 , 它受很多因素的影响 , 如外涂层材质 、补口方法 、施工情况 、管道的地质环境等 , 当管道运行超过一定的保障年限后 ,外涂层性能会下降 , 具体体现为老化 、脱落 、裂纹等 ,这时管体表面可能直接 、间接与腐蚀环境接触而发生腐蚀 , 如不对外涂层进行检测及维护 , 最后可能导致管道蚀穿 、破裂等事故 。检测钢制管道外涂层在不开挖的情况下进行 , 采用检测设备非接触性地对管道外涂层性能进行检测 ,准确地对外涂层老化与破损定位 , 把检测的数据换算成电阻形式并分类统计 , 进而与行业标准 ( 表 1) 进行对比 , 判断其外涂层状况 , 进行综合评价 , 最后提出整改计划 , 对存在安全隐患的管道外涂层区及时进行维护 , 保证外涂层的完整 , 保障管道的安全运营 。表 1 外涂层级别分类行业标准外涂层状况 R/( Ω·m) 老化状况优 >104无老化良 5 ×103~104老化轻微 , 无剥离与损坏中 3 ×103~5 ×103老化较轻 , 基本完整差 103~3 ×103老化较严重 , 有剥离 , 水吸附严重劣 <103老化和剥离严重 , 轻剥脱落2.1 中电流法利用 中电流法测量管线的电流衰减 , 当向管道施加电流信号时 , 也称为电流梯度法 。运用电流测绘系统将测得的电流绘成电流梯度图 , 应用于在役管道外涂层状态的评估 、新投产管道外层补口质量的验收 、管道阴极保护的运营情况监测 、管道的搭接点的查找和定位 、管道泄漏点的定位等 。2.1.1 测仪的构成测仪由 1 台发射仪 、多个接收器 、A 字架及地极构成 , 其工程应用过程见图 1。图 1 测仪工程应用结构图2.1.2 评价原理价的核心是遥控地面电流信号的强弱来控制发射到管道表面的电流 , 通过检测到的电流变化规律 , 进而判断外防腐层的破损定位与老化程度 。加载到管道上的电流会产生相应的电磁场 , 磁场强弱与加载电流的大小成正比 , 同时随着传输距离增大 , 电流信号逐渐减小 。电流衰减的关系式为I = 1)单位距离的电流衰减变化率 Y:Y = ) /X ( 2)式中 : I 为接收机在管道上方读取的被测点的电流值 ,A; A; X 为测量点到施加电流点的距离 , m; a 为衰减常数 。当管道外涂层有破损时 , 电流通过破损点流向大地 , 该点处的电流衰减率突然增大 , 可判定外涂层破损点的位置 。2.2 直流电位梯度 ( 方法在管线上施加 直流电源 , 与加在阴极保护上类似 ) , 通过一个灵敏的毫伏表来检测电流的大小 。术已经应用在检测管道的外涂层腐蚀方面 ,提供外涂层损伤方面的信息 , 它能精确定位外涂层缺陷及其严重程度 。这样就可以在阴极保护系统等方面提前做好修补和研究的准备工作 。断流器和测量仪组成 。评价原理是向管道施加直流 , 电流可以通过有抵抗力的土壤到达外涂层有破损的金属管道处 , 电压梯度就会显示出变化 , 电流越大 , 距离防腐层破损的区域越近 , 电压梯度越来越集中 。一般来说 , 破损越大 ,电流越大 , 电压梯度也越大 。2.3 标准管 /地电位检测技术 ( P/S)该技术主要用于监控阴极保护有效性 。它采用万用表来测接地 通过电位与距离构成的曲线了解电位的分布 , 把当前电位与以往电位区别开来 , 可用检测来的阴极保护电位来判定是否对管道外涂层起保护作用 。该法运用简单快捷 。2.3.1 标准管 /地电位检测技术的构成标准管 /地电位检测设备主要由 1 个阴极保护发射站和测量仪组成 。2.3.2 标准管 /地电位检测技术的评价原理通过向被测管道通以阴极保护电流 , 使其阴极22 2012化 。然后测量其电流和电位偏移的差别 , 根据所测得的基本参数计算出管段的外涂层绝缘性能参数 。其原理见图 2。图 2 检测原理图图 2 中 , A 点放置 1 台带有通 /断装置的直流电源( 电流发射站 ) , 向管道输送阴极电流 , 在 B 点和 C 点测其管中电流 , 两者之差为 ΔI, 并在 B 点和 C 点测其相对远方大地的通 /断状态下的管道对大地的电位偏移 , 两者之差为 ΔE. 这样就可以计算出该段管道中电流的损耗为 Δ平均电位偏移为 ( ,则该段管道的泄漏电阻为( [ 2( Δ] ( 3)2.4 电流梯度检测技术 ( 管道加载交流电流信号 , 并沿着管道检测此信号 , 记录其在管道中的衰减情况 , 来推算外涂层的完好情况 。电流信号管道的传播大小取决于管道的材质与管道外涂层的属性 。当管道外涂层良好时 , 电流信号的衰减是有规律的 ; 当外涂层存在破损时 , 由于管道与土壤接触 , 电流信号将大量流失 , 造成沿管道上的交流信号衰减加快 , 电流信号大幅减小 。这样可以比较检测衰减常数与管道固有衰减常数来确定管道外涂层破损位置 , 见图 2。检测衰减常数的计算如下 : Δ( 4)式中 : Δ、B 与发射点的电流差 ,A; L 为管段 A、B 两点之间的距离 , m.管道固有衰减常数 :( R0/, [ π( D -δ) δ], D/5)式中 : m-1; Ω·m-1; D 为管径 , Ω·m; δ 为管壁厚度 , ρ 为管材的电阻率 , Ω·m-1; 2.5 间隔电位法该方法和标准管 /地电位检测方法相近 , 但是它在更短间距 ( 1 ~5 m) 来读取电位 。它指出阴极保护缺省区域 , 也可通过计算机自动沿管线取样 , 但缺点是测试人员工作强度也相应增大 , 由于需要拖拉电缆而大大限制使用范围 , 尤其不适应野外操作 。这种方法对外涂层破损位置精度在 ±1 m 范围内 。3 5 种方法在四川盆地的运用及优缺点比较四川盆地的气矿分布于东部与西部的山区 、南部与中部的丘陵地区 , 地貌特性差性大 , 因而对集气管线外涂层检测方法的优选显得非常重要 , 下面介绍 5种管道外检测技术应用于四川各大气矿的优缺点 。多频管中电流法 ( 优点在于一次可检测较长的集气管道 ( 500 m) , 缺陷定位能力较强且设备轻便 。缺点在于检测结果显现为图形状 , 当有外界电流干扰时 , 缺陷图形的判定难度较大 , 因此对检测人员经验与技能水平有较大的要求 。适用于具备检测资质的单位对管道防腐层与其阴极保护措施进行综合检测评价 。法优点是缺陷定位能力强且设备轻便 ,缺点是探明缺陷后需进行来回检测定位 , 因而检测速度慢 。适于地域起伏小的旱地 , 对已泄漏或短矩离管道防腐层进行详尽检测 。标准管 /地电位测试技术 ( P/S) 优点是对管道阴极保护检测效果好 , 检测速度较快 , 并能判断管道防腐层优劣 ; 其缺点在于对管道缺陷大小与位置精确定位能力不足 , 连续评价能力差 。它适用于在役集气管道日常监控与维护 。电流梯度检测技术优点在于其加入了磁场衰减 ,因而基本不受外界影响 , 缺点是只能对一段管道防腐层进行评价 , 评价速度慢 , 且无法对防腐层破损位置定位相对精确 。适用于管道运行的日常维护与监控 。密间隔电位测试 ( 优点是能检测到缺陷具体位置 、并估算缺陷大小 , 对阴极保护效果进行评价 。缺点是检测进度慢 , 电位测试桩的连接导电漆包线与管道周围植物易形成缠绕并至使断线 , 受周边地面活动情况限制大 。适于周边活动少且地势平坦地区并对管道防腐层与阴保设施进行综合检测评价 。4 油气管道外检测技术发展趋势目前国外已广泛使用 合检测方法实现对管道外涂层的地面检测技术 , 且技术较成熟 。其检测方案是 :( 1) 管道外涂层检测采用 法 , 确定集气管道外涂层的损坏类型并确定位置 , 做好记录 。( 2) 利用 间隔电位检测技术在管道记录处开启瞬时切断电位 , 测量用于 计算的管 - 远地电位 。 ( 下转第 26 页 )26 2012度为 97. 316 6 二次 B 样条小波变换定位结果与波定位结果对比如表 1 所示 。表 1 二次 B 样条小波与 波定位结果对比小波类型首站时间 /%绝对误差 / 样条小波57. 33 73. 24 38. 86 39. 10 0. 25 0. 24波 45. 82 45. 82 39. 56 39. 10 0. 47 0. 46图 4、图 5 与表 1 综合对比表明 , 所给出的采用二次 B 样条小波算法进行泄漏定位的算法区分度大 , 且定位精度较高 。4 结束语研制的与 统相结合的成品油管道泄漏监测与定位系统经实践证明正确可行 。系统采用的中断技术进行时钟异地同步的方法保证了首末站时间的精确一致 , 采用的分段斜率法判漏准确 , 系统所使用的二次 B 样条小波提高了泄漏点的定位精度 。现场应用表明 : 系统报警迅速 , 定位准确 , 并且对于缓慢泄漏的检测也具有较好效果 。参考文献 :[ 1] 靳世久 , 唐秀家 , 王立宁 , 等 . 原油管道泄漏检测与定位 .仪器仪表学报 , 1997, 18( 4) : 343 -348.[ 2] 王长建 , 叶伟文 , 肖超波 , 等 . 负压波在管道泄漏检测与定位中的应用 . 管道技术与设备 , 2009( 6) : 27 -28; 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