油气管道检测技术研究现状

油气管道检测技术研究现状油气管道检测技术研究现状2014年5月8日目录1 外检测方法 (4)1.1 管道本体检测 (4)1.1.1 超声导波检测技术 (4)1.1.2 射线检测法 (6)1.1.3 涡流检测 (8)1.1.4 瞬变电磁检测技术（TEM）.. 81.2防腐层及阴保系统检测 (9)1.2.1 多频管中电流测试法（PCM）91.2.2 密间距电位测量方法（CIPS） (10)1.2.3 标准管/地点位检测技术（P/S） (10)1.2.4 皮尔逊监测技术（PS） (10)1.3 泄漏检测 (11)1.3.1 光纤检测法 (11)1.3.2 声频检测法 (12)1.3.3 液体浓度检测法 (12)1.4 其他 (13)2 内检测方法 (15)2.1 漏磁检测技术 (16)2.1.1 轴向磁场检测技术 (16)2.1.2 横向磁场检测技术 (16)2.1.3 螺旋磁场检测技术 (17)2.2 超声检测技术 (18)2.2.1 相控阵超声波检测器 (18)2.2.2 弹性波管道检测器 (20)2.2.3 基于电磁超声的管道检测器212.2.4 适用于气体管道检测的超声波腐蚀检测器 (22)2.3 多种内检测方法的结合应用 (23)3 结束语 (24)参考文献 (25)长输管道在服役时主要受到内、外两个不同环境的腐蚀，内部环境的腐蚀主要指管道运输介质石油和天然气中的H2S、Cl- 及H2O 引起的腐蚀，此外还有管道内应力等引起的腐蚀。

一般采用清理管道以去除污物或者往输送介质中加入缓蚀剂等措施来减缓内腐蚀。

外腐蚀一般因管道涂层/防腐层破坏、土壤腐蚀等造成，管道外腐蚀检测一般是检查涂层/防腐层及阴极保护防腐系统。

根据管道检测实施部位的不同，可将管道检测技术分为外检测技术和内检测技术两大类。

1 外检测方法根据检测对象的不同，管道外检测又可分为管道本体检测、防腐层及阴保系统检测以及泄漏检测。

1.1 管道本体检测1.1.1 超声导波检测技术超声导波检测系统是利用探头上的压电陶瓷等材料和管壁紧密结合，激发出低频超声波信号，在钢管中的频率范围为5~60kHz，传播速度为3260m/s，声波从固定在管道周围的探头环发射[1]。

与传统的超声波检测相比，超声导波技术具有突出特点：一方面，在结构的一点处激励超声导波由于传播路径衰减小的特性，可以沿构件传播多达几十米的距离，且探头所接收到的信号包含了有关激励和接收两点间结构的整体信息，因此实际上检测的是一条线，而不是一个点；另一方面，由于超声导波在管的内、外表面和中部都有质点的振动，声场遍及整个壁厚，因此整个壁厚都可以被检测到。

这就意味着，超声导波检测系统可以同时检测管道的内部和表面缺陷。

导波主要分为圆柱体中的导波以及板中的SH波、SV波、兰姆波(Lamb)和漏兰姆波等。

根据Silk和Bainton的理论，圆柱体中的导波又可分为轴对称纵向模式、轴对称扭转模式和非轴对称弯曲模式等。

目前世界上主要有四家机构研制出了超声导波检测系统[2,3]，主要有英国TWI 公司的TELETEST超声导波检测仪；英国导波公司的WAVEMAKER导波检测仪；美国西南研究院研制的MSS导波检测仪；以色列SONIC 公司研制的ISONIC 系列导波等。

其中前两种导波设备是基于低频超声导波（LRUT）原理，MSS 设备是基于磁致伸缩导波原理。

核心技术方面，超声导波技术有两大流派[1]：一个是导波公司（GWC），他们的技术特点是用切变模压电陶瓷作换能器激发和接收导波，多通道多探头；另一派是美国SWRI（美国西南研究院），其技术特点是用具有磁致伸缩效应的镍（Ni）金属片作换能器激发和接收导波。

二者各具特色，总体来说Ni片做换能器相对比较简单，成本较低，但采集到的数据少，可采用的分析与处理数据的方式方法也少；而压电换能器通道多，采集到的数据多，可采用的分析与处理数据的方式方法也多，但设备复杂，价格较高。

其中，SWRI的第三代MSSR3030R检测系统，已经被广泛应用于多种工业领域中，用于大型构件快速和低成本的检测和长期状态监测[4]。

这种方法灵敏度高，不受管道内流动液体的影响，同时能快速提供大面积区域结构的综合状态信息。

在管道检测工程应用方面，王遂平等[2]利用Wavemaker G3超声导波检测系统对某529ｍｍ原油长输管道选取了８区段进行了检测试验。

结果表明，超声导波技术对于埋地占压管道的单项检测距离为１０～１５ｍ，对于占压距离＜30ｍ的管段可以实施100％全面检测分析。

此外，江苏省特种设备安全监督检验研究院的窦林彬等人[5],在多模态超声导波管道检测技术方面做了有益尝试，拟用于实现大面积、长距离和复杂状态管道的早期裂纹快速检测超声导波是一种新兴的检测手段，目前还在不断的发展当中。

导波检测技术也存在一定的局限性，但是导波的在反应速度和扫查范围等方方面有着独特的优势，尤其是对一些难以到达的管道的检测优势更为明显，如海底、穿越、跨越、采油平台立管等。

超声导波技术目前正向两个方向发展：1、其他方法难以检测到的损伤与缺陷材料检测的研究，如纤维增强型复合材料；2、大型构件检测的理论研究，如大型储罐、航天行业等。

1.1.2 射线检测法射线检测法起步较早，应用最为普遍，一般用于陆上管道敷设施工中管沟回填前对管道焊缝的检测。

一般使用带有X 射线或放射性同位素源的爬行器。

目前进一步发展了先进的直接数字射线成像技术。

数字X射线技术主要包括CR和DR成像检测技术，CR技术即计算机X 射线成像技术，是用影像板IP替代传统的胶片，DR则是指直接采用电子扫描成像技术。

CR和DR技术已经开始在临床医学、非标件的无损检测等领域大量推广应用，其成像面板主要被柯达、GE等少数在成像材料研制方面领先的大公司垄断。

GE公司研制的DXR250V，其生成的射线图像可直接显示在屏幕上，与计算机连接也较方便[6]。

CR和DR技术具有不用成像胶片、更宽的动态范围和更小的像素尺寸等优点，在图像的对比度、宽容度和所具备的灰阶指数方面都优于胶片，数字射线成像能够通过网络共享和评估影像，加快工作流程，在管道环焊缝检测领域发展潜力巨大[7]。

图1所示为射线高清摄像和射线普通面阵成像对管道焊缝的检测结果。

图1 射线高清摄像和射线普通面阵成像对管道焊缝的检测结果1.1.3 涡流检测涡流检测技术主要是管道在不拆保温层或在线状态下的脉冲涡流测厚技术。

涡流检测信号的强度依提离值（绝缘层厚度）的不同而有差别，其持续时间随金属壁厚的不同而变化。

同时检测信号受很多因素影响，包括金属材料性质（磁性和电性）和温度。

该方法采用自检件进行自校准，通过对比可给出其他部位厚度的当量（百分比）数据，检测精度误差约为5%。

脉冲涡流测厚设备适用于检测大面积腐蚀缺陷，不能检测单个小腐蚀坑；可在不停运情况下进行在线检验，适合于较大范围的气候和温度条件。

其主要优点为：不用打磨被检测管道的表面；不必去除绝缘层或涂层；可检测铝或钢制保温层（小于1mm）的高低温管道；被检测物表面允许粗糙或结垢；允许保温层不规则或不均匀；允许保温层能有金属加强网。

该技术的不足是：只适合于低合金钢；不能检测小的独立凹坑；比超声波技术精度低等。

1.1.4 瞬变电磁检测技术（TEM）管道壁厚TEM检测方法利用瞬变电磁原理，与常规开挖抽检技术和管道内检测技术相比，它具有在地面检测、不需开挖、不破坏管道、效率高等优点，适用于管道内检测和其它无损探伤手段不便实施的场合，针对管道本体检测、查找管壁厚度减薄部位、评价管体腐蚀程度，特别适用于油田集输管道腐蚀检测和完整性评价工作。

目前该方法已在大量管道上应用[8]，并且已被纳入新制定的石油行业标准中。

1.2防腐层及阴保系统检测1.2.1 多频管中电流测试法（PCM）多频管中电流衰减法是一种可以检测防腐蚀涂层漏电情况的技术，该技术采用了PCM仪器，通过检测间距测出来电流，再对电流分布梯度进行测定，整个管道的形貌都可以描绘出来，能准确快速地定位电流信号衰减严重的地方，再通过“A”字架进行检验地表电位的梯度，就能实现对防腐涂层的破损处进行定位。

该方法适用于埋地钢管涂层的质量检测、对涂层破损点的精确定位、对涂层老化情况进行评级还可以对阴极保护效果进行评定[9]。

目前，该技术在国内油气长输管道防腐层直接检测方面应用广泛[10-12]。

根据现场操作经验，设备在使用过程中应注意如下事项[10]：（1）接收机应在管道垂直上方读取电流或深度数值；（2）易受外界电磁干扰，部分情况可使用大功率便携式发电机对发射机供电，提高发射机的输出电流，从而减小影响；（3）接收机的读书还与地形地貌、管道埋深、土壤均质有关，遇特殊地段应加密测试；（4）在检测工作中，在涂层缺陷点出电流数据呈阶梯状的“V”字形分布，电流曲线经常出现起伏状态；（5）在现场工作环境中，PCM发射机的电流输出经常受到接地条件的影响，在管道站场或者管道干线上通常可以选择测试桩的接地作为接地极。

张伟等人[12]针对沙漠特殊地形，提出了在PCM检测过程的接地点的选择、信号供入点选择、克服干扰、重复读数以及检测并行敷设管道时操作经验。

1.2.2 密间距电位测量方法（CIPS）密间距电位测量法是通过检测阴极保护在长输管道上的密集点位以及密集极化电位，评定阴极保护的效果、管道受杂散电流干扰的腐蚀情况，也能反映防腐涂层的情况。

该方法存在一定的局限性，对操作者经验的依赖性高，容易受到外界的干扰，准确率比较低[13,14]。

刘红晓等人[15]利用DCVG/CIPS(近间距管地电位/直流电压梯度)检测技术，对埋地长输管道防腐层进行检测，并通过实地开挖对DCVG/CIPS 检测的结果进行验证，结果良好。

1.2.3 标准管/地点位检测技术（P/S）该技术主要用于监测阴极保护效果的有效性，采用万用表测试接地CU/CuSO4电极与管道金属表面某一点之间的电位，通过电位距离曲线了解电位分布情况，用以区别当前电位与以往电位的差别，还可通过测得的阴极保护电位是否满足标准以衡量涂层状况。

该法快速、简单，现仍广泛用于管道管理部门对管道涂层及阴极保护日常管理及监测中。

1.2.4 皮尔逊监测技术（PS）该技术是用来找出涂层缺陷和缺陷区域的方法，由于不需阴极保护电流，只需要将发射机的交流信号（1000 H z）加载在管道上，因操作简单、快速曾广泛使用与涂层监测中。

但检测结果准确率低，易受外界电流的干扰，不同的土壤和涂层段组都能引起信号的改变，判断是否是缺陷以及缺陷大小依赖于操作员的经验。

1.3 泄漏检测1.3.1 光纤检测法光纤传感技术具有体积小、灵敏度高、耐酸碱腐蚀、抗电磁干扰能力强、不产生电火花等优点，目前主要应用于管道泄漏检测。