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油气管道内检测

/internal inspection of oil and gas pipeline/
条目作者张来斌

张来斌

最后更新 2023-02-28
浏览 140
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针对油气管道整体管壁完整性即金属损失情况的检测。

英文名称
internal inspection of oil and gas pipeline
所属学科
安全科学与工程

油气管道内检测中,检测管壁金属损失的方法有漏磁检测法(MFL)和超声波检测法(UT)两种,此外还有针对裂纹缺陷的检测。

当材料存在切割磁力线的缺陷时,材料表面的缺陷或组织状态变化会使磁导率发生变化,由于缺陷的磁导率很小,磁阻很大,使磁路中的磁通发生畸变,磁感应线流向会发生变化,除了部分磁通会直接通过缺陷或材料内部来绕过缺陷,还有部分磁通会泄漏到材料表面上空,通过空气绕过缺陷再进入材料,于是就在材料表面形成了漏磁场。

将被测铁磁材料磁化后,若材料内部材质连续、均匀,材料中的磁感应线会被约束在材料中,磁通平行于材料表面,被检材料表面几乎没有磁场;如果被磁化材料有缺陷,其磁导率很小、磁阻很大,使磁路中的磁通发生畸变,其感应线会发生变化,部分磁通直接通过缺陷或从材料内部绕过缺陷,还有部分磁通会泄漏到材料表面的空间中,从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。利用磁感应传感器(如霍尔传感器)获取漏磁场信号,然后送入计算机进行信号处理,对漏磁场磁通密度分量进行分析能进一步了解相应缺陷特征比如宽度、深度。

漏磁检测是用磁传感器检测缺陷,相对于渗透、磁粉等方法,优点在于:①容易实现自动化。由传感器接收信号,软件判断有无缺陷,适合于组成自动检测系统。②有较高的可靠性。从传感器到计算机处理,降低了人为因素影响引起的误差,具有较高的检测可靠性。③可以实现缺陷的初步量化。这个量化不仅可实现缺陷的有无判断,还可以对缺陷的危害程度进行初步评估。④对于壁厚30毫米以内的管道能同时检测内外壁缺陷。⑤因其易于自动化,可获得很高的检测效率且无污染。

漏磁检测可检测缺陷类型包括外部缺陷、内部缺陷、各种焊接缺陷、硬点、焊缝、冷加工缺陷、凹槽和变形、修复区、胀裂区域(与金属腐蚀相关)、管壁金属的加强区等。其局限性在于:①只适用于铁磁材料。因为漏磁检测的第一步就是磁化,非铁磁材料的磁导率接近1,缺陷周围的磁场不会因为磁导率不同出现分布变化,不会产生漏磁场。②漏磁检测不能检测铁磁材料内部的缺陷。若缺陷离表面距离很大,缺陷周围的磁场畸变主要出现在缺陷周围,而工件表面可能不会出现漏磁场。③不适用于检测表面有涂层或覆盖层的试件。④不适用于形状复杂的试件。磁漏检测采用传感器采集漏磁通信号,试件形状稍复杂就不利于检测。⑤不适合检测开裂很窄的裂纹,尤其是闭合性裂纹。

漏磁在线检测设备一般分为:①标准分辨率(又称低的或常规分辨率)设备。②高分辨率设备。③超高分辨率设备。其中高分辨率设备适合于检测不规则管道,所需处理的数据量比较大,数据处理的过程复杂。

当在线检测设备在管道中运行时,超声波检测设备可以直接测量出管壁的厚度。其通过所带的传感器向垂直于管道表面的方向发送超声波信号,管壁内表面和外表面的超声反射信号也都被传感器所接收,通过它们的传播时间差以及超声波在管壁中的传播速度就可以确定管壁的厚度。

超声波检测的特性包括:①采用直接线性测厚的方法结果准确可靠;②可以区分管道内壁、外壁以及中部的缺陷;③对多种缺陷的检测都比漏磁检测法敏感;④可检测的厚度最大值没有要求,可以检测很厚的管壁;⑤有最小检测厚度的限制,管壁厚度太小则不能测量;⑥不受材料性能的影响;⑦只能在均匀介质中运行;⑧超声波检测设备对管壁的清洁度比漏磁检测设备要求更高;⑨检测结果准确,尤其是检测缺陷的深度和长度直接影响评价结果的准确性;⑩设备的最小检测尺寸可达到15厘米。

可检测的缺陷类型包括外部腐蚀、内部腐蚀、各种焊接缺陷、凹坑和变形、弯曲、压扁、翘曲、焊接附加件和套筒、法兰、阀门、夹层、裂纹、气孔、夹杂物、纵向沟槽、管道管壁厚度的变化。

裂纹缺陷出现后会导致管道泄漏和破裂,对裂纹最可靠的在线检测方法是超声波检测,这是因为大多数裂纹缺陷都垂直于主应力成分,而超声波发送的方式使管道得到最大的超响声响应。

液体耦合装置让超声脉冲通过一种液体耦合介质(如油、水等)调整超声脉冲的传播角度,可以在管壁中产生剪切波。在钢结构管道检测中,超声波入射角可以调整为45°的传播角,更适合于裂纹缺陷的检测。

超声波液体耦合检测器的特性在于:①只能用于液体环境。②气体管道在充填液体的情况下进行检测。③可以对管道的全管体进行检测。④可区分缺陷类型。⑤可区分内壁缺陷、外壁缺陷和管壁内部缺陷等。⑥可进行壁厚测量。

这种装置使用液体填充盘作为传感器,产生剪切波以65°的入射角进入管壁。其特性是:①可在气体或者液体管道中运行。②不能区分内部和外部缺陷。③不能用于直径小于51cm的管道。

电磁声学传感器由放置在管道内表面的磁场中的线圈构成。交变电流通过线圈在管壁中产生感应电流,从而形成洛仑兹力(由磁场控制),产生超声波。传感器的类型和结构决定超声波的类型模式以及超声波在管壁中传播的特征。电磁声传感器在在线检测设备中的应用目前还处于研发阶段,电磁声传感器不需要耦合介质,可稳定地应用于气体输送管道。

环形漏磁检测装置也可用来进行管道沟槽、裂纹的检测。其特性包括:在气体和液体运输管道中运行;不能区分内壁和外壁缺陷;能检测管壁金属的腐蚀。

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