PMT 检测技术在南堡油田管道隐患检测中的应用与分析

张传隆，张书红，蔡 彪，米书丽

中国石油冀东油田南堡油田作业区，河北唐山 063200

管道运输具有低成本、高效率、安全可靠等优点，已成为能源运输的主要方式。世界上近100%的天然气、85%以上的原油运输是通过管道输送实现的，我国现有在役石油天然气管道十几万千米，遍布全国二十多个省市以及渤海、黄海、南海等广大海域[1-2]。随着国家对石油及天然气等能源产品需求量的迅速增加和国家战略储备的需要，长距离油气输送管道的建设仍在加速发展[3]，因此维护管道的安全运行，掌握管道的在役状况尤为重要。

无损检测技术是保障油气管道安全运行的重要手段，对于管道的安全管理具有重要意义。近几年，无损检测技术（超声波、磁粉、射线、渗透） 发展已经比较成熟，在质量控制、安全保障、事故预防等方面发挥了重要作用。但是这些检测方法均是检测已存在的缺陷，而对于预测缺陷产生的部位、因材料疲劳产生突发性破坏问题则无能为力。

本文介绍一种半定量的管道本体腐蚀的检测方法——非接触式磁应力（以下简称PMT） 检测技术。该检测方法不影响管道正常运行，不需要停输，且对管道收发球装置、管输压力等无要求，总体数据比较准确，也能给出腐蚀缺陷大小的范围分级，为管道运营单位提供维护、维修和使用的决策依据。

1 PMT检测技术

PMT检测技术基于金属磁记忆检测的原理，利用金属磁记忆效应来实现部件应力集中部位的快速无损检测。该检测技术能够在不对构件表面进行清理的情况下对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷、早期失效和损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳破坏，是无损检测领域的一种新的检测手段，可以实现对管道进行长距离、大范围的无损检测。

1.1 基本原理

当铁磁性构件受到外部载荷作用时，受地球磁场激励，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，磁畴组织的重新取向会导致构件内部产生新的磁状态，金属构件表面的这种磁状态记忆了微观缺陷或应力集中的位置，即所谓的磁记忆效应。

通过在地面沿管道上方实施检测并记录这些磁场数据，对缺陷处管道的受力状况进行分析计算，根据管道局部应力级别的相应变化来评估缺陷，得出缺陷处管道的应力水平、危险程度、最大允许操作压力、维修等级、估算缺陷尺寸和类型等信息，进而给出修复建议。

1.2 缺陷危险评估

管道缺陷危险评估根据磁异常综合指数F 来确定：

式中：A为矫正系数，表示管道缺陷对磁场变化的影响，在校验程序完成之后确定；Qφ、QaH为在异常区沿管道轴线方向及背景“静区”中的磁场强度，A/m，由曲线部分的长度确定。通过相应的异常长度和背景部分相结合，对磁场梯度进行积分计算[4]。

磁异常综合指数F对应的等级和风险见表1。

表1 管道检测等级判定情况[5]

2 PMT检测技术的应用情况

2.1 工程概况

PMT 检测技术自2008 年开始在国内逐渐开展应用，2010 年左右趋于成熟。南堡油田在2018 年开始应用此项检测技术，主要对管辖区内（包括陆岸至NP1-1D 输油管道、NP1-1D 至南堡联合站输气管道在内） 的7 条外输管道开展PMT 检测。

本次被检测管段敷设于环渤海地区，地势平坦，机械应力缺陷较少；管段周围土壤电阻率较低；通过资料审查及运行状态分析，本管段存在的缺陷类型主要为腐蚀。

2.2 典型异常点（段）分析

磁场检测按序进行，经过磁应力检测数据处理和滤波分析，共发现121 处异常点（段），其中，II 级磁异常点（段）12 处，III 级磁异常点（段）109 处，未发现I 级异常点（段）。

按区段选取一处典型异常点段进行数据分析。图1 为D89mm外输油管道1号II级异常点磁感应强度曲线，红、绿、蓝三条曲线分别代表了空间X、Y、Z三个方向的分量，紫色曲线代表总磁感应强度梯度，即磁场在空间方向的矢量和的绝对值，检测过程中发现在距离起点大约1288m 处，出现了4.5m的磁异常区域，磁感应强度梯度为320nT/m；其埋深约为1.55m，如图2 所示。通过计算，该处的磁异常综合指数值F为0.523，属于II 级异常段。

2.3 现场开挖验证

现场选取10处II级异常点和1处Ⅲ级异常点进行开挖验证。采用超声C 扫描检测技术，对管道壁厚进行精细扫查，得到扫查范围内每一异常点的详细剩余壁厚数据，从而判断管道的母材壁厚减薄情况及减薄趋势，与PMT 检测数据进行直接对比，验证PMT 检测技术的准确性，对比结果见表2。

表2 异常点开挖验证情况统计

以D89-1处异常点为例，开挖后超声C 扫描结果表明壁厚呈均匀减薄状态，最大剩余壁厚值为3.9mm（设计壁厚4.0mm），减薄率为2.5%；最小剩余壁厚出现在4 点钟至7 点半钟区域内，最小值为3.0mm，减薄率为25%，符合PMT 检测评级。

以D457/323-1 处异常点为例，开挖后超声C扫描结果表明壁厚呈均匀减薄状态，最大剩余壁厚值为7.0mm（设计壁厚7.1 mm），减薄率为1.4%；最小剩余壁厚出现在3 点钟至8 钟点区域内，最小值为5.6mm，减薄率为21.1%，符合PMT检测评级。

以D219-1 异常点为例，开挖后超声C 扫描结果表明最大壁厚减薄率为2%，但是现场开挖发现，该处为管道对接处，存在1.5mm 焊缝错位，如图3 所示，管道对接处相当于损失壁厚25%，符合PMT 检测评级。

图1 D 89mm外输油管道1号II级异常点磁感应强度梯度曲线

图2 D89mm外输油管道1号II级异常点埋深

图3 D219-1异常点焊缝错位

通过选取11 处异常点的开挖验证，8 处与PMT 检测结果一致，3 处不一致，评级符合率为73%。

3 结束语

非接触式磁应力（PMT） 检测技术采用外检测的方式，对管道磁场数据进行收集，给出较为丰富的管道本体缺陷数据和评估结果。该检测技术适用于长距离管道的腐蚀缺陷检测，无需接触管道本体，即可获得管道的评级情况，简单快捷。在冀东油田对7 条管道进行PMT 检测时，对其中11 个检测异常点进行了现场开挖验证，发现PMT 检测技术的符合率为73%，能够较好地判断管道的腐蚀情况，对下一步具体验证与开挖治理提供了数据依据。