海底管道智能清管器分类研究

海底管道智能清管器分类研究

【摘要】清管器是一种借助于本身动力或在油、气流推动下，在管腔内运动，用于清洁及监测管道的工具。智能清管器主要是指通过涡流、超声、漏磁等无损检测原理对管道的几何形状、金属损失、裂纹进行检测的一种器具。

【关键词】海底管道智能清管器

清管器，也称清管球（pig），是一种借助于本身动力或在油、气流推动下，在管腔内运动，用于清洁管壁及监测管道内部状况的工具。

清管器的工作原理是在作业的管道中，按作业的要求置入相应系列清管器，清管器的密封外沿与管道内壁弹性密封，用管输介质产生的压差为动力，推动清管器沿管道运行。

1 清管器分类

清管器按照其功能一般分为两类：第一类：是以管道清污为主要目的的普通清管器；第二类：是以管道内检测为主要目的的智能清管器。智能清管器主要是指通过涡流、超声、漏磁等无损检测原理对管道的几何形状、金属损失、裂纹进行检测的一种器具。

1.1 涡流智能清管器

涡流检测法虽然可适用于多种黑色金属和有色金属，但是涡流对于铁磁材料的穿透力很弱，只能用来检查表面腐蚀，一般使用涡流等技术对管道的内径、椭圆度等参数进行测量。涡流检测结果除了作为管道内检测的一项检验结果之外，也是其他管道智能清管器

（如漏磁检测器、超声检测器等）通球的基础，通过对涡流检测的结果的分析，来判断管道是否能够进行其他的管道内检测通球。1.2 漏磁智能清管器

漏磁法检测的基本原理是建立在铁磁材料的高磁导率这一特性

之上，其检测的基本原理是钢管中因腐蚀产生缺陷处的磁导率远小于钢管的磁导率，钢管在外加磁场作用下被磁化，当钢管中无缺陷时，磁力线绝大部分通过钢管，此时磁力线均匀分布，当钢管内部有缺陷是，磁力线发生弯曲，并且有一部分磁力线泄露出钢管表面。检测被磁化钢管表面逸出的漏磁通，就可以判断缺陷是否存在。

漏磁检测器可以从管道内部对铁磁性材质管壁进行壁厚变化的

测量。漏磁技术可以应用到气体和液体管道中。可以检测由于比如凹坑或者常规腐蚀造成的金属损失缺陷。漏磁检测器通过检测管道中磁场的变化来检测金属损失。检测出的信号时腐蚀缺陷的体积信息，漏磁检测技术是一种间接的缺陷尺寸检测技术。为了确定缺陷的尺寸，需要对漏磁检测信号进行充分的分析。

漏磁检测器能够检测内部和外部的金属损失缺陷。漏磁检测器分为高分辨率（hr）和超高分辨率（xhr）两种。对于外部的缺陷或者比较厚的管道其检测精度会有所降低。

1.3 超声智能清管器

超声检测法主要是利用超声波的脉冲发射原理来测量管壁受蚀

后的厚度，检测时将探头垂直向管道内壁发射超声脉冲基波，探头首先接受到由管壁内表面发射的脉冲，然后超声探头又会接受到由

管壁外表面发射的脉冲，前后两次之间的间距反映了管壁的厚度，若管壁受蚀，间距将减小。这种检测方法是管道腐蚀缺陷深度和位置的直接检测方法，检测原理简单，对管道材料的敏感性小，检测时不受管道材料杂质的影响，能够实现对厚壁大于管径的管道进行进行精确检测，使被测管道不受壁厚的限制。此外，超声法的检测数据简单准确，且无需校验，检测数据非常适合作为合作为管道最大允许输送压力的计算，为检测后确定管道的使用期限和维修方案提供了极大的方便，并能够检测出管道的应力腐蚀开裂和管壁内的缺陷。超声检测的不足之处就是超声在空气中衰减很快，检测是一般需要声波的传播介质，如油和水等。

1.4 裂纹&涂层剥离智能清管器

一种新的检测能够用于探测裂纹&涂层剥离，叫emat crack detection，这种方法声波在管壁内产生，不需要液体耦合剂，产生的声波对表面非常敏感。其核心是电磁超声换能器。emat是一种新型的超声波发射和接收装置。与传统的压电超声换能器靠压电晶片的压电效应来发射和接收超声波不同，emat 利用电磁效应发射和接收超声波。

超声波能在一种弹性导电介质中得到激励，而不需要机械接触或液体耦合。这种技术是利用电磁物理学原理以新的传感器替代了超声波检测技术中的传统压电传感器；当管壁上有异常出现时，在异常边界处的声阻抗的突变产生波的反射、折射和漫反射，接收到的波形就会发生明显的改变。由于基于电磁超声传感器的管壁检测最

重要的特征是不需要液体耦合剂来确保其工作性能。因此该技术提供了输气管道超声波检测的可行性，是替代超声波检测的有效方法。

1.5 应力集中智能清管器

磁记忆检测技术是基于金属磁记忆效应的无损检测技术，可以通过缺陷表面主动散发出来的微弱漏磁场来查找应力集中区或微观缺陷区域，发现宏观缺陷形成的早期萌芽阶段，检测时不需要专门的磁化设备，检测灵敏度高。磁记忆检测技术是目前管道缺陷早期诊断和预报方面唯一可行的无损检测方法。

在应力集中部位的磁记忆效应表现为漏磁场水平分量hp（x）具有最大值，而垂直分量hp（y）则改变符号并具有过零点。因此，利用仪器通过测定铁磁性管道表面漏磁场垂直分量过零点，可以诊断铁磁性管道内部应力集中的部位，对微观缺陷及应力集中程度进行诊断和评价；但是，在实际的检测中发现，并不是应力集中区域的hp（y）值一定过零点，还与其他的因素有关，有待进一步的试验研究证明。

2 结语

智能清管器内检测为完整性评估中重要的一项内容，围绕高精度，高可靠度和智能化的清管器研究业已成为研究热点之一。