油氣管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)綜述

油氣管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)綜述

0管道腐蝕污染嚴(yán)重,影響生態(tài)文明管道運(yùn)輸是最經(jīng)濟(jì)、最安全、最有效的方式之一。中國(guó)長(zhǎng)輸管道總長(zhǎng)已達(dá)3.5×104km,而且正以1000~2000km/年的速度增加,其中大部分管線已使用20多年,正逐步進(jìn)入后期事故多發(fā)階段。管道因腐蝕破壞而造成的穿孔泄漏事故時(shí)有發(fā)生,隨之引起的的腐蝕污染不僅會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)嚴(yán)重地污染環(huán)境并破壞生態(tài)。因此,必須對(duì)管道定期進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)。1腐蝕管道檢測(cè)管道發(fā)生腐蝕后,主要表現(xiàn)為管壁減薄、蝕損斑、腐蝕點(diǎn)坑、應(yīng)力腐蝕裂紋等。管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)主要是針對(duì)管壁的變化情況進(jìn)行測(cè)量和分析,得出被腐蝕管道的相關(guān)數(shù)據(jù)。目前,國(guó)內(nèi)外在油氣管線內(nèi)腐蝕方面做了大量的工作,提出了多種檢測(cè)技術(shù),其中部分技術(shù)已被應(yīng)用并取得了良好的效果。這些技術(shù)包括:漏磁檢測(cè)技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)、渦流檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)、基于光學(xué)原理的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。1.1漏磁通法檢測(cè)漏磁檢測(cè)技術(shù)是建立在如鋼管、鋼棒等鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率這一特性上的。其基本原理如圖1所示,鋼管中因腐蝕而產(chǎn)生缺陷處的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率;鋼管在外加磁場(chǎng)作用下被磁化,當(dāng)鋼管中無(wú)缺陷時(shí),磁力線絕大部分通過(guò)鋼管,此時(shí)磁力線均勻分布;當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時(shí),磁力線發(fā)生彎曲,并且有一部分磁力線泄漏出鋼管表面,檢測(cè)被磁化鋼管表面逸出的漏磁通,就可判斷缺陷是否存在,通過(guò)分析磁敏傳感器的測(cè)量結(jié)果,即可得到缺陷的有關(guān)信息。漏磁檢測(cè)方法適用于中小型管道的細(xì)小缺陷檢測(cè)。該方法操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、檢測(cè)費(fèi)用較低,對(duì)管道輸送的介質(zhì)不敏感,可以進(jìn)行油氣水多相流管道的腐蝕檢測(cè),可以覆蓋管道的整個(gè)圓周。此外,與常規(guī)檢測(cè)方法相比,漏磁檢測(cè)具有量化檢測(cè)結(jié)果、高可靠性、高效、低污染等特點(diǎn)。漏磁檢測(cè)方法以其在線檢測(cè)能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而滿足管道運(yùn)營(yíng)中的連續(xù)性、快速性和在線檢測(cè)的要求,在管道內(nèi)檢測(cè)中使用極為廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中,漏磁通法檢測(cè)器仍存在一些缺點(diǎn)。具體如下:容易產(chǎn)生虛假信號(hào)。漏磁通法檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)在腐蝕不嚴(yán)重但邊緣陡峭的局部腐蝕所產(chǎn)生的信號(hào)比腐蝕嚴(yán)重但邊緣平滑的腐蝕所產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng),必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確解釋,以確切評(píng)價(jià)腐蝕的程度。檢測(cè)靈敏度低。漏磁通法檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果易受管材的影響,檢測(cè)精度隨管壁厚度的減小而提高,有關(guān)缺陷都能檢測(cè)出來(lái),但不能可靠地確定缺陷的大小。不能檢測(cè)軸向缺陷。漏磁通法檢測(cè)器對(duì)腐蝕坑和三維機(jī)械缺陷最為敏感,而對(duì)軸向缺陷檢測(cè)有困難。1.2超聲檢測(cè)技術(shù)超聲波檢測(cè)是用靈敏的儀器接收和處理采集到的聲發(fā)射信號(hào),通過(guò)對(duì)聲發(fā)射源特征參數(shù)的分析和研究,推斷出材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部活動(dòng)缺陷的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢(shì)。其基本原理如圖2所示。該方法是利用超聲波的脈沖反射原理來(lái)測(cè)量管壁腐蝕后的厚度,檢測(cè)時(shí)將探頭垂直向管道內(nèi)壁發(fā)射超聲脈沖,探頭首先接受到由管壁內(nèi)表面的反射脈沖,然后超聲探頭又會(huì)接受到來(lái)自管壁外表面的反射脈沖,這兩個(gè)反射脈沖之間的間距反映了管壁的厚度。超聲檢測(cè)是管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測(cè)方法,測(cè)量精度高,被測(cè)對(duì)象范圍廣、檢測(cè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單,缺陷定位準(zhǔn)確且無(wú)需校驗(yàn),檢測(cè)數(shù)據(jù)非常適合用于管道最大允許輸送壓力的計(jì)算,為檢測(cè)后確定管道的使用期限和維修方案提供了極大的方便;適用于大直徑、厚管壁管道的檢測(cè);能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出管道的應(yīng)力腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷如夾雜等。因此超聲檢測(cè)技術(shù)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻度最高且發(fā)展最快的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。但在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中,超聲檢測(cè)會(huì)遇到一些問(wèn)題:檢測(cè)過(guò)程中,探頭與管壁間需有連續(xù)的耦合劑,也需要聲波的傳播介質(zhì),如油或水等;超聲波在空氣中衰減很快,在氣體管道上的應(yīng)用還存在一定困難;對(duì)薄壁管道環(huán)縫缺陷的檢測(cè)有一定難度。最近,德國(guó)ROSEN公司研發(fā)出了一種使用電磁聲波傳感檢測(cè)技術(shù)(EMAT)的新型高分辨率超聲波檢測(cè)器,提供了一種能有效和精確地檢測(cè)裂紋的新方法。研究人員從實(shí)驗(yàn)室獲得的大量數(shù)據(jù),證明了EMAT探測(cè)管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和其他結(jié)構(gòu)缺陷的可行性,這一新型檢測(cè)器已經(jīng)通過(guò)了工業(yè)試驗(yàn),可以判斷SCC、涂層剝落、其他裂紋缺陷、異常溝槽、人為缺陷等。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是借助電子聲波傳感器代替了傳統(tǒng)的壓電傳感器,使超聲波能在一種彈性導(dǎo)電介質(zhì)中得到激勵(lì),不需要機(jī)械接觸或液體耦合,適用于天然氣管道的超聲裂紋檢測(cè)器。1.3表面缺陷和腐蝕對(duì)磁力線不產(chǎn)生電壓的原因分析渦流檢測(cè)是以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)的電磁無(wú)損探傷方法。該技術(shù)的基本原理是:在渦流式檢測(cè)器的兩個(gè)初級(jí)線圈內(nèi)通以微弱的電流,使鋼管表面因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦流,用次級(jí)線圈進(jìn)行檢測(cè)。若管壁沒(méi)有缺陷,每個(gè)初級(jí)線圈上的磁通量均與次級(jí)線圈上的磁通量相等;由于反相連接,次級(jí)線圈上不產(chǎn)生電壓。若被測(cè)管道表面存在缺陷,磁通發(fā)生紊亂,磁力線扭曲,使次級(jí)線圈的磁通失去平衡而產(chǎn)生電壓。通過(guò)對(duì)該電壓的分析,獲取被測(cè)管道的表面缺陷和腐蝕情況。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中,渦流檢測(cè)具有可達(dá)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、對(duì)表面缺陷檢測(cè)靈敏度較高且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn),適合于管道在線檢測(cè)。但是常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)也有不足之處:檢測(cè)對(duì)象必須是導(dǎo)電材料,只能檢測(cè)管道表面或近表面缺陷;受檢測(cè)器的影響,采用單一頻率檢測(cè)時(shí),探傷深度和檢測(cè)靈敏度之間存在矛盾;由于檢測(cè)信號(hào)易受磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、工件的幾何形狀、探頭與工件的位置及提離效應(yīng)等因素的影響,使得信號(hào)分析存在一定難度;常規(guī)渦流檢測(cè)頻率較高(1kHz左右),檢測(cè)外部缺陷非常困難?；诔Ｒ?guī)渦流檢測(cè)以上缺點(diǎn),研究人員提出了多頻渦流檢測(cè)技術(shù)、遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)和脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)等,并據(jù)此研制出了各種新型傳感器。1.4檢測(cè)時(shí)不需要把射線源放在受檢管道的固結(jié)射線檢測(cè)技術(shù)即射線照相術(shù),它可以用來(lái)檢測(cè)管道局部腐蝕,借助于標(biāo)準(zhǔn)的圖像特性顯示儀可以測(cè)量壁厚。該技術(shù)幾乎適用于所有管道材料,對(duì)檢測(cè)物體形狀及表面粗糙度無(wú)嚴(yán)格要求,而且對(duì)管道焊縫中的氣孔、夾渣和疏松等體積型缺陷的檢測(cè)靈敏度較高,對(duì)平面缺陷的檢測(cè)靈敏度較低。射線檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可得到永久性記錄,結(jié)果比較直觀,檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單,輻照范圍廣,檢測(cè)時(shí)不需去掉管道上的保溫層;通常需要把射線源放在受檢管道的一側(cè),照相底片或熒光屏放置在另一側(cè),故難以用于在線檢測(cè);為防止人員受到輻射,射線檢測(cè)時(shí)檢測(cè)人員必須采取嚴(yán)格的防護(hù)措施。射線測(cè)厚儀可以在線檢測(cè)管道的壁厚,隨時(shí)了解管道關(guān)鍵部位的腐蝕狀況,該儀器對(duì)于保證管道安全運(yùn)行是比較實(shí)用的。射線檢測(cè)技術(shù)最早采用的是膠片照相法,得到的圖像質(zhì)量低,而且存在檢測(cè)工序多、周期長(zhǎng)、探測(cè)效率低、耗料成本高及檢測(cè)結(jié)果易受人為因素影響等缺點(diǎn),限制了射線膠片照相法的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)及電子測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展,一些新的射線檢測(cè)技術(shù)不斷涌現(xiàn),主要包括射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)、工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)(ICT)及數(shù)字化射線成像技術(shù)。近期,一種新型的X射線無(wú)損檢測(cè)方法“X射線工業(yè)電視”被應(yīng)用到管道焊縫質(zhì)量的檢測(cè)中,X射線工業(yè)電視以工業(yè)CCD攝像機(jī)取代原始X射線探傷用的膠片,并用監(jiān)視器(工業(yè)電視)實(shí)時(shí)顯示探傷圖像。通過(guò)采用X射線無(wú)損探傷計(jì)算機(jī)輔助評(píng)判系統(tǒng)進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢測(cè)與分析,可使管道在線檢測(cè)工作實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化。1.5高效檢測(cè)方法在實(shí)際檢測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)基于光學(xué)原理的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在對(duì)管道內(nèi)表面腐蝕、斑點(diǎn)、裂紋等進(jìn)行快速定位與測(cè)量過(guò)程中,具有較高的檢測(cè)精度且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。相比其他檢測(cè)方法,該方法在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中有很大的優(yōu)勢(shì)。目前在管道內(nèi)檢測(cè)中采用較為普遍的光學(xué)檢測(cè)技術(shù)包括CCTV攝像技術(shù)、工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)技術(shù)和激光反射測(cè)量技術(shù)。1.5.1光學(xué)投影頭檢測(cè)CCTV(Close-circuittelevision)攝像技術(shù)在管道內(nèi)檢測(cè)中應(yīng)用日益廣泛,該技術(shù)的基本原理如圖3所示。其中,控制系統(tǒng)控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)在管道內(nèi)移動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)管壁的全程檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中,光學(xué)投影頭在管壁上投射出與管道軸線正交的光圈,通過(guò)數(shù)字CCTV攝像頭對(duì)光圈進(jìn)行成像。圖像保存在計(jì)算機(jī)中,借助圖像處理技術(shù)可進(jìn)行缺陷定量分析。該技術(shù)對(duì)管道內(nèi)檢測(cè)情況分析的精度取決于圖像的質(zhì)量及圖像分析軟件對(duì)缺陷的識(shí)別能力,光學(xué)投影頭的引入大大提高了檢測(cè)精度與自動(dòng)化程度。CCTV攝像技術(shù)用于管道檢測(cè)仍有很大的局限性,當(dāng)管道內(nèi)成像條件較差時(shí),圖像質(zhì)量會(huì)大受影響,由此造成的檢測(cè)誤差會(huì)大大增加;同時(shí)光圈必須在成像區(qū)域內(nèi)成像,這就要求數(shù)字CCTV攝像頭視角不能太小且焦距應(yīng)盡量短,但短焦鏡頭易引起圖像成像誤差,對(duì)檢測(cè)精度會(huì)產(chǎn)生不利影響,需通過(guò)軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行校正。1.5.2數(shù)字x志像檢測(cè)技術(shù)內(nèi)窺鏡的應(yīng)用從剛性內(nèi)窺鏡開(kāi)始,經(jīng)歷了撓性內(nèi)窺鏡再到電子視頻內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡技術(shù)突破了人眼觀察的局限性,用于管道檢測(cè)時(shí)不僅可清晰地探測(cè)到表面破損及表面裂紋等缺陷,而且操作方便、檢測(cè)效率高。目前,常用的工業(yè)內(nèi)窺鏡有剛性內(nèi)窺鏡、撓性內(nèi)窺鏡及電子視頻內(nèi)窺鏡。目前,應(yīng)用最廣泛的是電子視頻內(nèi)窺鏡,該技術(shù)是在電子成像技術(shù)基礎(chǔ)上形成的。它通過(guò)內(nèi)窺鏡后端的光電耦合原件CCD將探頭前部物鏡獲得的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào),通過(guò)視頻控制器將圖像顯示在屏幕上或存入計(jì)算機(jī)。電子視頻內(nèi)窺鏡兼具剛性內(nèi)窺鏡成像質(zhì)量高及撓性內(nèi)窺鏡主體可彎曲的優(yōu)點(diǎn),且可將圖像顯示在屏幕上供多人同時(shí)觀察,使檢測(cè)結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確。但該技術(shù)的組成環(huán)節(jié)還存在較多不足,除內(nèi)窺鏡頭、獨(dú)立光源及傳光光纖外,還需專門(mén)的視頻控制器及顯示單元,攜帶不方便。1.5.3激光三角法基于激光光學(xué)三角法原理的激光反射測(cè)量技術(shù)如圖4所示。系統(tǒng)主要包括激光三角位移計(jì)、行走機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及圖像分析系統(tǒng)4部分。圖4中,行走小車(chē)在控制系統(tǒng)作用下載著激光三角位移計(jì)在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在小車(chē)沿管壁移動(dòng)的同時(shí),三角位移計(jì)在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下沿管道圓周方向旋轉(zhuǎn),對(duì)管內(nèi)壁進(jìn)行掃查。對(duì)每一個(gè)掃查點(diǎn),半導(dǎo)體激光器發(fā)出的準(zhǔn)直激光束通過(guò)透鏡L1后在管道內(nèi)表面發(fā)生反射,反射光通過(guò)透鏡L2后在光電探測(cè)器上成像。借助圖像分析系統(tǒng)對(duì)這種位置改變進(jìn)行分析,可實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)表面缺陷檢測(cè)。激光三角法具有測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高和可連續(xù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。但是該技術(shù)在成像過(guò)程中會(huì)受到各種電子噪聲的干擾,這些干擾將對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。同時(shí),激光三角法成像僅對(duì)管道截面上某一點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)管道內(nèi)壁的掃查測(cè)量,必須使三角位移計(jì)繞管道軸線旋轉(zhuǎn),因此,該技術(shù)用于長(zhǎng)管道內(nèi)壁檢測(cè)時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)、效率較低。2腐蝕內(nèi)檢測(cè)工藝管道測(cè)量的目標(biāo)處在一個(gè)復(fù)雜而變化的內(nèi)部環(huán)境(壓力、溫度、腐蝕等)和外部環(huán)境(周?chē)寥馈⒏g、第三方干擾等)下,檢測(cè)過(guò)程受到以上因素的影響,檢測(cè)精度會(huì)降低。由于內(nèi)檢測(cè)環(huán)境條件等因素的影響,目前所有的內(nèi)檢測(cè)對(duì)于缺陷的探測(cè)、描述、定位,及確定大小的可靠性仍不穩(wěn)定、不精確,檢測(cè)設(shè)備還需要有進(jìn)一步的改進(jìn)。國(guó)內(nèi)開(kāi)采的石油大部分是稠油,稠油在管道內(nèi)的結(jié)蠟較厚,每次探測(cè)前都需對(duì)管道進(jìn)行數(shù)次清洗,但檢測(cè)時(shí)仍有少量的蠟片存在,這些蠟片往往嚴(yán)重影響了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,降低了檢測(cè)精度。對(duì)通過(guò)腐蝕內(nèi)檢測(cè)得到的缺陷三維大小進(jìn)行診斷、分析、識(shí)別的方法沒(méi)有行業(yè)性的做法。檢測(cè)機(jī)供應(yīng)商都是在公司內(nèi)部采取保密的方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行解釋和評(píng)價(jià)。這種情況在一定程度上阻礙了內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。3管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)不同檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合將有力地推進(jìn)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,隨著新技術(shù)、新工藝的不斷研發(fā),管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)手段也日趨成熟,管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備也將由單純的漏磁腐蝕檢測(cè)器向高清晰度、GPS和GIS技術(shù)于一體的高智能檢測(cè)器發(fā)展。目前,結(jié)合漏磁通法與超聲波法已研制出了一些管內(nèi)智能檢測(cè)裝置,并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。用三維圖像直觀顯示管壁缺陷是當(dāng)今國(guó)際管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著各種內(nèi)檢測(cè)新技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)場(chǎng)工作人員希望能更直觀形象地觀察到管道的內(nèi)部情況,了解管道內(nèi)部的缺損情況并及時(shí)采取相應(yīng)的措施,管內(nèi)三維圖像將向著更全面、更清晰、更準(zhǔn)確的方向發(fā)展。采用超聲波技術(shù)和基于光學(xué)原理的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能較容易地實(shí)現(xiàn)管壁缺陷的直觀顯示。管道內(nèi)檢測(cè)是管道完整性戰(zhàn)略的一部分