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2-内检测技术


内容概要

第二章 内检测技术

? 内检测工具 ? 内检测作业应考虑的因素

中国石油大学(北京) 帅健 机械与储运工程学院

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1、内检测工具介绍
? 20世纪60年代,在美国诞生了 管道内检测器,称Smart Pig & Intelligence Pig,是一种 集成了多种技术的高技术装置。 ? 内检测也称为在线检测,内检 测器在管道内由输送介质推动, 在移动过程中检测管壁,不需 要中断管线运行。 ? 内检测已经是管道完整性管理 的首要(常规)手段。

必要性
? 政府法规、安全和环境保护要求; ? 基线检测和周期性检测
– 基线检测建立管道基本资料 – 周期性检测是对缺陷监控的重要手段

? 为管道安全运行和合理维护提供科学依据。
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内检测技术在国内的应用
? 1989年从德国引进第一台φ273、 φ529、 φ720漏磁检测器。 ? 先后检测 ? 鲁宁线 ? 阿塞线 ? 花格线 ? 秦京线 ? 陕京输气管道 ? 西气东输 ? 中石化鲁宁

检测工具
? 自六十年代以来,经历了数代技术改造,形成了 四类特定功能的管道内检测装置:
–金属损失——腐蚀缺陷等 –裂纹——应力腐蚀裂纹等 –几何——管壁凹陷、压扁 –测绘——路径

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(1)金属损失检测
MFL技术——漏磁通量泄漏检测技术
漏磁检测器结构: ? ? 如果管壁没有缺陷,则磁力线封闭于管 壁之内,均匀分布。如果管内壁或外壁 有缺陷,磁通路变窄,磁力线发生变形, 部分磁力线将穿出管壁产生漏磁。 ? ? 驱动节:装有皮碗产生压差推动装置行走和清管工作; 测量节:励磁装置和传感器,产生和测量漏磁信号; 计算机节:是系统的核心,测量过程控制和测量数据的处理与存储; 电池节:为检测装置在管道中长时间工作提供充足的电能。

漏磁检测器的基本原理
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金属损失检测
? 漏磁信号与缺陷
? 常规分辨率分类检测缺陷; ? 高分辨率能进行缺陷几何尺寸的详细鉴别和定位,进行分 类。此外,可以使用更先进的缺陷评价方法; ? 横向磁通泄漏(MFL)工具在圆周方向上磁化管道。这类 工具对轴向缺陷较敏感。

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漏磁检测技术的特点
优点:
– 应用相对较为简单,对检测环境的要求不高,具有较高的可信度, 而且可兼用于输油和输气管道

金属损失检测
超声检测器——超声回波技术,压缩波。

缺点:
– 对于很浅、长且宽的金属损失缺陷,难以检测。 – 测试精度与管壁厚有关,厚度越大,精度越低。其使用范围通常 在12mm以下。 – 运行速度影响检测结果的准确性。

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超声检测
? 超声检测扫描管道壁厚,可得到缺陷的河床表面, 容许采用先进的缺陷评价方法。

金属损失检测
漏磁与超声检测技术比较 ? 漏磁检测属于间接测量,对管道介质、环境等因 素要求较超声波方法宽松,目前普遍采用; ? 超声检测直接测量管道壁厚,虽然检测结果精确 度较高,但其对管道的清洁度要求较高,同时还 要求有耦合剂,限制了其应用范围。

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(2)裂纹检测技术
? 裂纹检测仍然是一项挑战性的工作,尝试过用多 种无损检测技术:
– 超声 – 横向漏磁通 – 弹性波 – 超声导波 – 远场涡流

超声
? 超声是唯一取得成功的管道裂纹检测技术 ? 和检测金属损失不同的是,采用的是45剪切波。

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弹性波
? 从充满液体的轮子发射超声波

EMAT (电磁声能转换装置)
根据超声导波在管壁中的传播特性检测裂纹。

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(3)几何检测工具
? 裂纹缺陷的检测尽管已经成功,但: –检测灵敏度低; –数据解释难(大量的假数据显示); –检测的费用高; –可靠性有待提高。 ? 检测凹坑、皱折、椭圆度等几何 缺陷. ? 原理: –机械测径装置 –电磁 ? 管子变形工具 –利用惯性制导提供凹坑或其 他变形的时钟位置
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? 可靠地检测裂纹仍然具有挑战性。

几何检测数据
? 局部变形(如凹陷)用内径与名义管径的绝对偏离的百分 比度量; ? 常规的测径器能够用于确定尺寸、壁厚变化以及其他潜在 的变形限制; ? 更多成熟的变形工具可识别最大偏离、周向位置、曲率、 形状、翘曲和褶皱等,具有提供更精确量化管道变形的能 力。

(4)测绘工具
? 采用精密惯性制导仪器,记录管道极微小的移动; ? 用于测绘管道的纵断面和路径; ? 与GPS联合使用能为地质断层、沉陷区、永冻土地区等提 供优良的监测。

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测绘工具
? 高精度提供真实空间坐标:
–所有缺陷的坐标; –弯曲应变/曲率; –绝对弯曲应变; –监测土体或其它外部因素导致的管线移动; –为不在原始设计/建设的详细说明范围内的区域提供参 考。

存在问题
? 所有的内检测器对于缺陷的探测、描述、定位及确定大小 的可靠性仍不稳定; ? 检测器的工作环境极其苛刻(高压、低/高温),检测器 不可避免地由于运行速率、杂质等引起检测结果偏差或设 备损坏; ? 分析检测结果的方法不一致。 ? 完成检测是一个多步骤的过程,取决于算法与判读人员的 经验。 ? 目前还没有针对如何诊断、分析、识别三维缺陷大小的推 荐做法。
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2、检测作业
? 不仅要选择合适的检测器,还要评价管道系统本身对 检测作业的适用性。 ? 考虑的因素
– 结构特征; – 介质类型、流量和速度; – 检测方式; – 清管; – 资料收集。

1 结构特征
? 防止检测器受到损害或被堵塞 ? 收、发球筒:
–永久性或临时性的均可; –有效的工作空间:装、卸检测器的作业的空间; –足够的球筒长度:容纳检测器。

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管道结构特征
? 内径变化(如凹陷、缩径、单向阀等); ? 探针; ? 土壤移动的区域; ? 管壁厚度(通过厚壁管道比薄壁管道需要更大的压力差); ? 弯头(大多数能够通过3D的弯曲半径); ? 反向弯曲(弯头之间没有直管段)——存在障碍或是卡住 危险; ? 阀门——应全开;

管道结构特征
? 河流穿越处; ? 内涂层——某些工具对内涂层有所损害; ? 三通——使检测器失速; ? 管道上安装的设备:如孔板流量计(气体管线)、压 力罐(原油管线)、y-型分支接头和斜接弯头等; ? 自燃材料——硫化亚铁,防止火灾。

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3、介质类型、流量和速度

4、检测方式

? 某些介质可能损坏检测器(如腐蚀性介质); ? 不充足流; ? 限制正常输量; ? 速度调节:加旁通。

? MFL检测器:适用于气体管道和液体管道,但 应该考虑产品的组分。 ? UT检测器:适合液体管道,检测之前应验证检 测器对液体的适配性。

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? 气体管道,检测器在“段塞”流中运行,应考虑的因素:
– 消除气体圈闭; – 支路气体引起的污染; – 经过阀门、支管等处液体数量减少; – 控制段塞流的速度。

? 测径检测(几何检测) ? 确保后续工具通过:
–首先运行测径器; –制定对于缩径/弯曲段的应对措施; –如有必要,可运行模拟检测器。

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5、清管
? 检测之前应清管; ? 预先评价沉积物的历史数据,如氧化物、尘、 石蜡等; ? 经常清管有助于检测; ? 服务商应提出对清管的要求。

6、信息收集
? 在初步计划阶段应该复验并识别物理约束; ? 给承包商提供尽可能多的信息; ? 和承包商讨论清管信息; ? 对较老的设施,补充现场信息。

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补充信息
? 内部资料
– 图纸、测量记录等; – 焊缝总数和接头长度记录; – 购货记录; – 测径器运行记录; – 常规清管器运行结果; – 测量盘运行; – 第三方施工活动记录

本章内容
? 内检测器的功能有哪些? ? 漏磁内检测器、超声内检测器的原理?各自的特点? ? 裂纹检测器所采用的技术方法有哪些?裂纹检测器的技术 难点? ? 变形检测器的原理? ? 测绘检测器原理?适用场合。 ? 内检测作业应考虑的因素? ? 怎样认识管道结构特征对内检测作业的影响? ? 怎样认识介质及其流动对内检测作业的影响? ? 怎样认识清管在内检测作业中的重要性?
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? 实地考察——服务商和运营商实地考察设施 ? 以前的检测

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