无法清管的管道机器人检测技术方案

无法清管的管道机器人检测技术方案

译文 校审 韩兴平

Clay Goudy（GE工业解决方案公司销售经理）|2013年8月，Vol. 240 No.8

布置24英寸“检查员”工具

GE工业解决方案公司研发了一种自力推进式联机检查工具——“检查员”。该机器人工具已商用于石油天然气管线的检查，其所检查的加套穿越管线和终端箱管线数已超过35个。该工具的优势在于，它能量化确定管道内外的金属损失量，同时降低了插入和取出工具的难度，无需根据传统智能清管器对管道进行改装，也节省了水压试验时间。

“检查员”可从同一位置进出管道，能在较复杂的管道结构中来回移动，并辨识出金属损失区域。这种工具适用于公用设施常用的短距离（长度小于1,000英尺）不可清管管道及加套穿越管线。另外，对于空管道、半空管道及充满液体的管道，这种工具都能进行检查。

可考虑采用该工具的公用设施如下：

• 石油天然气终端

• 炼油厂

• 工业现场

• 石油化学连接管线

• 复合循环燃气厂的供料管线

• 加套的穿越管道和配送管道

使用这种工具的一大好处是，它能以较低的项目成本检查这些设施的埋地管线。

由于需安装发射器和接收器，传统的联机检查工具需对管道进行重大改装。

此外，传统被动式“智能清管器”还需要有充足的流量和压力方可确保不被卡住。

静水压力测试前需有数天的管道准备时间，测试后还需进行水的无害化处理及管道的干燥，这些都将延长管道停用的时间。且静水压力测试所能提供的结果仅为管道是否被堵的单一数据点。

这种方法实质仅是一个“即时快照”，无法提供可量化的金属损失数据，同时还可能因管道过压而导致管道失效。

与之相反，“检查员”则可在管道故障时通过拆除一个可操作截止阀所形成的与管径尺寸相当的开口而以一定角度轻松从托盘上插入到管道中，或通过切下一段10英尺长的短节而轻松将其滑入管道。

我们还发现该工具可通过停用的油罐集油池轻松进入管道，并从附近拆除的油罐阀处取出，或者放入油管。使用该工具的好处是，它只需要一个开挖口或者管道口来插入和取出。另外，由于该工具可进入需检查的区域，因此可避免因长时间等候取道权下发（如铁路道口）而造成的重大工程延误和成本损失。

由此保守估计可节省$50.000的开挖费（因为其它检查方法都需要在两处开挖和打开管道）及$100,000-200,000的接收器和发射器制造费用。避免长时间等候许可权下发也可节省大量成本，依具体情况而定。

“检查员”通过定制的脐带电缆与外界相连。该脐带电缆为机动牵引器提供动力和气动控制，通电后的牵引器驱动机器人自动在管道中前后移动。无论管道为空管道、半空管道或充满液体的管道，“检查员”都能进行检测。该脐带电缆还用于向操控该工具的分析师传输实时的管道数据和录像。此外，针对工具可能意外卡在管道中的问题，该脐带电缆还设计了回缩功能，以在需要时收回管道中的工具。“检查员”的线缆可用绞盘拉动直至解除工具的被卡状态，之后工具即可自行驶出管道。这样，工具被卡住的风险就降到了最小。

我们最近的检查实践结果都是肯定的。检查出油管时，该工具既可以从卸下油罐阀的位置插入管道，也可通过油罐集油池插入管道。从卸下油罐阀的位置插入时，工具可从管道法兰间小于管径的空隙插入管道中。工具进入管道后，具体的检查过程随所遇环境的不同而不同。如为燃气管道，检查前需排空管道内的燃气，并用氮气吹扫将管道内环境转化为惰性环境。这种情况下，“检查员”上电后即可开展正常的检查程序。

如图所示，工具可以与侧面成一角度插入管道。检查加套穿越管时，因开挖深度的限制，工具通常通过卸下10英尺长短节处插入加套管道中。

如为仍存在液烃的终端管道或可能发生烃类物质通过截止阀渗入管道的风险的终端管道，则工具用氧传感器插入管道中，相应管端用中心孔尺寸大于脐带电缆的改型盲法兰密封。这种情况下仍用氮气置换管道内的空气以及将管道内的氧气含量降至碳氢化合物爆炸限以下。

出于安全考虑，整个检测过程中都维持较低的氮气流量。但由于系统的特殊布线，机器人仅在O2水平降至已知碳氢化合物规定爆炸限以下时方可通电。一旦达到可接受的O2水平，机器人即通电并开始进行检测。操作人员在整个检测过程中持续监控机器人附近的O2水平是否有任何异常变化，必要时调节氮气流速，以维持容许的O2水平。

检测开始后立即实时记录管道状况和金属损失数据，同时用摄像机目视检查管道内部。检查完成后向客户提交初步报告。

对于LDC和气路管道，这种方法的好处是可随时获知需采取何种修复方式，便于现场施工人员及时修复，使管道尽快恢复供气。每条加套穿越管都单独检测。部分情况下在一天内进行了两次检测。此外，LDC能在每次检测完成后立即接收到一份关于管道状况的详细初步报告，并在检测完成后的一天内收到一份完整的基线评估报告。

LDC可在管道仍无法使用时根据需要立即决定进行修补，或者在插入短节（先前拆卸用于插入该“检测员”工具）之后立即恢复管道的使用。由于施工人员在检测过程中即已在现场，且通常仅需挖掘一处，因此LDC可节省时间和成本。相比之下，水压试验则可能需耗用数天时间的方可完成。

使用传统的“智能清管器”可能需数天至两周的时间方可提交详细的初步报告，最终报告则可能需两个月后方可提交。而LDC则能通过每周安排更多的检测来提高效率，减少打开管道所需的挖掘处数，并缩短各管节的停用时间。这对缩短停供时间和降低项目成本来说至关重要。单条加套穿越管可节省近$100,000的基本项目成本。该数字是对较简单管道情况的估计，对于难以进入的管道，此类成本节省很可能达两到三倍之多，而如果遇到沼泽地的情况，节约的成本将更多。幸运的是，几乎所有LDC管道的内部都很清洁，无需检测的重大异常现象。相比之下，出油管道则因管道清洁度而存在不同的问题。部分清洁的出油管道可顺利检测。

其他管道内存在大量铁碎片，这些铁碎片有时会妨碍工具旋转头在管道内的周向旋转。

传感头可能使管道底部的铁碎片剥落，这超出了伺服马达的预期设计。该问题在很多情况下通过在旋转的SLOFECTM传感头与管壁间保持0.4英寸远的距离而解决，使传感头可轻松越过碎片继续进行彻底的检测。SLOFEC的一大好处是它能在存在碎片或管道内衬的情况下收集有用的管道状况数据。 然而，如果碎片量过大，“检查员”将无法转动SLOFEC传感头。这种情况下，管道检测根据读数不受碎片影响的部位收集的数据完成，这些部位通常为管道的前三分之二段。得出检查结论后即由机载摄像机在返回入口点的过程中记录管道标识。曾有一项检测中共发现了119处金属损失（所有发生金属损失的位置均源于管道底部附近的管道标识）。

根据腐蚀的位置、范围和集中情况，客户仅需替换一条20英尺长的管段。其它数条管道也进行了类似检查，但发现的金属损失较少，因此无需修补。

虽然带有SLOFEC传感器的工具能够应对碎片问题，但仍需为短程的脏污死头管道提供清洁方案。为此，GE工业解决方案公司已开始与一家喷水承包商合作研发待检管道内部的专用清洁方案。碎片从管壁上清除后即被引向“检查员”的插入/接入点，由此实现了无需考虑管道内部清洁情况的全面管道检测方案。