石油管道内缺陷无损检测技术研究

摘要：石油管道内部一旦出现腐蚀，便需及时进行更换，否则易发生泄露问题引发的经济损失、环境污染，为此，相关人员需及时进行管道内部缺陷的全面检测，降低事故发生几率。无损检测技术属于保证管道原有组织结构不受损伤的检测手段，实用性高、检测效果良好。本文针对石油管线内部缺陷的无损检测技术进行了综述性分析，旨在为石油管道运输发展提供一定借鉴价值。

关键词：管道；无损检测；腐蚀；缺陷；

引言：随着管道运输业的发展，管道系统的安全运行越来越重要并为人们所重视。腐蚀可以引发管道的严重失效，有时还伴随着环境污染、人员伤害的风险。腐蚀引起的设备停机维修和更换，会导致经济的巨大损失。相关评估得出，在一些工业化国家中，每年因腐蚀造成的经济损失约占到国民生产总值的4.6%。因此须对管道进行有效的内检测，以防止事故的发生。

一、石油管道内缺陷无损检测技术

（一）漏磁检测技术

漏磁检测技术建立在铁磁性材料的高磁导率特性上。检测过程中，管壁被充分磁化，当管道内壁有腐蚀缺陷或其他异常出现时，磁通量会从管壁泄漏出来，然后被传感器检测到。泄漏的磁通量是金属材料中磁场饱和度的函数，这取决于管壁厚度的大小。当钢管中无缺陷时，磁通量绝大部分通过钢管，此时磁力线分布均匀；当钢管内部有缺陷时，磁力线发生弯曲，且部分磁通量漏出钢管表面，检测被磁化钢管表面逸出的漏磁通，可判断是否存在缺陷，通过分析传感器检测的结果，可得到缺陷的相关信息。此方法在小口径及厚壁的管道使用中受限。改进的内腐蚀检测传感器（ICS），它基于“磁场扰动”的技术，测量管壁小面积内的直接磁响应，而不必要求管壁材料达到磁饱和[1]。因此ICS的检测效果不受管壁厚度的影响。传统的漏磁检测需要对检测中产生的复杂信号进行解释，而此种方法只需要检测缺陷中心最小信号强度即可分析缺陷深度，缺陷的长度也可通过信号直接测量，优势是明显的：具有一个内在的绝对误差，检测过程是在磁场的线性变化区域内进行，检测对象不需要较高的抗磁性，可以从检测到的磁场反映中直接表征缺陷的几何形状。

（二）超声波检测技术

首先，在传统超声波检测中可以直接对管道蚀坑深度、大小、位置进行检测，检测结果可以作为计算管道最大输送压力的计算依据。对厚壁管、大口径管道的检测适应性强，并对管道的应力腐蚀开裂和材料内缺陷的检测有较高精度。由于声波的传播需要介质，因此在实际检测应用中，探头与管壁间需要有油、水等声波的传播介质作为连续的耦合剂。所以，在输油管道中压电超声波检测被广泛应用，而在声波衰减较快的输气管道上，超声波检测应用受限。其次，先进的超声导波检测采用低频扭曲波或纵波，超声导波可以在较远的距离上传播而信号衰减很小，因此管道不开挖状态下在一个位置固定脉冲回波阵列就可做大范围的检测。电磁超声检测技术即涡流声检测技术，作为超声导波的一种激励方式，是超声检测发展中的前沿技术之一，属非接触超声检测。通过在试件中震荡激发出不同形式的超声波，实现快速检测。电磁铁在金属管道附近产生一个强磁场，涡流在强磁场作用下使管道中的带电粒子产生高频的力。这是一个高频机械振动的力，能够在试件中传播，即产生超声波，此过程可逆。从管道内缺陷部位反射回来的超声波在外加磁场的作用下形成涡流，涡流产生的磁场使得线圈两端电压发生变化，通过检测分析电压信号，可以对腐蚀缺陷进行定位与分级。

（三）脉冲涡流检测技术

传统的涡流检测采用正弦波信号来激励驱动线圈，通过一个与驱动线圈同轴心的传感器线圈测量试样的阻抗。相对于传统的涡流检测，脉冲涡流技术使用宽频谱脉冲来激发探测器的驱动线圈，激发的脉冲分散在试样上。由于脉冲首先影响表面，因此需要应用信号时限分析来获得底面缺陷的信息。脉冲涡流检测技术是一种最新的无损检测技术，已经成功应用在管道的腐蚀等缺陷检测中。脉冲信号输入波加到探头的激励线圈两端，周期性的宽频谱脉冲电流感生出快速衰减的脉冲磁场。而变化的磁场在金属管道中感应出脉冲涡流，向金属管道内部传播，并感应出快速衰减的涡流场。随着涡流场的衰减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压。由于脉冲涡流在金属管道内的传播过程是逐渐衰减的，因而管道厚度不同，最终得到的检测线圈上的瞬态感应电压信号的波形也不同[2]。所以，通过接收瞬态感应电压信号，并对信号进行处理和分析，就可以得到金属管道壁厚与瞬态感应电压信号的关系，进而利用这种关系对导体试件厚度进行检测。

（四）光学原理类检测技术

光学原理类的检测技术主要有闭路电视（CCTV）管道内窥检测技术、激光全息检测技术和电子散斑干涉检测技术等。此类检测技术对管道内腐蚀等缺陷的定位和分级中，具有较高的精度，且易于通过图像直观显示缺陷状况，在实际检测中优势明显。光学系统由一个激光二极管、一个环形光发生器和一个电荷耦合摄像机组成。检测过程中，激光二极管和环形光发生器在管壁上投射产生与管道中心轴线正交的光圈，通过电荷耦合摄像机对光圈进行成像。主控器主要控制爬行器在管道内前进的速度和方向，控制摄像头对管内壁进行全程拍摄。激光全息无损检测是一种非接触式全场实时测量技术，具有灵敏度高、检测速度快、非接触式无需耦合剂、对构件形状和表面状态无特殊要求等优点，并且将全息干涉条纹图像转化为数字图像，存储在计算机中进行运算和处理，处理过程实现了数字化、测量自动化和对结果的直观解释。但此检测方式对环境有防震和避光的要求，而且加载条件严格。

二、管内无损检测的发展水平及最新设备

随着新技术工艺的发展，不同检测技术之间的互补结合推进了管道内无损检测技术的发展。内检测设备也逐渐集合GPS和GIS技术于一体，向着智能化、可视化、集成化、高分辨率方向发展。无损检测技术逐渐与清管器结合在一起，清管器除了担负清管作用外，还被改进为具有信息采集、处理、存储等功能的智能化清管器。目前，结合漏磁检测技术和超声波检测技术的管内智能清管器已经研制出来，并在实际应用中取得良好的效果。漏磁检测常用的检测设备，如美国著名的无损探伤设备制造厂商Tuboscope公司生产的电磁纵向探伤系统、磁粉探伤仪、电磁横向探伤系统，以及超声＋涡流组合式无损探伤系统等；德国的Foerster公司生产的Circoflux旋转探头法交流场漏磁探伤仪、Statomatl梳状探头法漏磁检测仪等；英国的British Gas、德国的Pipetronix等公司有成熟的检测技术和装备。三维图像直观显示管壁缺陷，也是当前管内检测技术的发展方向，如采用激光定位、视像机器人的三维电视系统的法国Exavision公司等[3]。

结语：

石油管道的应用较为广泛，及时降低管道失效、管道腐蚀问题具有重大意义。这也是早期检测、合理诊断、有效防护的必要过程。相关人员必须结合实际状况选择对应无损检测方案，建立完整化数据平台，保证管道安全评价体系的合理性。上述操作可有效提升管道系统的服务寿命，保证相关行业的经济效益不断提升。

参考文献：

[1]蔡勤,黄彬,韩佩城,郭欣欣.聚乙烯燃气管道热熔接头主要缺陷及无损检测技术研究进展[J].化学工程与装备,2020(06):221-223.

[2]李雪辰,徐滨士,董世运,张旭明.管道内壁缺陷无损检测技术[J].无损检测,2007(10):603-606.

[3]常映辉.基于漏磁无损检测技术的矿井管道缺陷监测系统设计[J/OL].中国矿业:1-7[2023-01-05].