城镇燃气管道中漏磁检测技术的应用

杨 楠 刘宇翔

（四川华油集团有限责任公司，四川 成都 610000）

0 引言

燃气管道大多都是埋于地下并且穿越地域很广，运行环境比较复杂且位置隐蔽，如果被破坏，就可能引发无可挽回的经济损失，甚至造成人员伤亡等严重事故[1]。据相关部门统计，2021年年初至6月份共计发生209起燃气事故，伤亡人数共计309人，例如6月份湖北十堰燃气爆炸事故导致25人死亡，138人受伤。漏磁检测是燃气管道日常运维工作中常用的检测技术，可以及时有效地检测出燃气管道的隐患问题及部位，燃气管道运维技术人员可以对检测结果采取有效措施加以处理，做到防患于未然。由此可见，为确保城镇燃气管网运行安全，针对漏磁检测技术加强研究是十分必要的。

1 漏磁检测技术原理

漏磁检测技术是基于铁磁管材具有高磁导率，当管道在外加磁场的作用下被磁化时，其表面或者近表面的缺陷就会形成漏磁场，然后通过检测漏磁场的变化而确定缺陷位置及范围大小等这一原理研发而成。若管道内没有缺陷，则管道内的磁感应线会被约束在管壁中且均匀分布，几乎没有磁场存在；若管道的管壁存在缺陷，则其磁导率就会变小，磁阻增大，磁感应线会发生变形，一些磁感应线便会穿过管壁产生漏磁场，再通过磁感应传感器接收漏磁场信号，并传入计算机系统中进行进一步的分析，明确缺陷位置、宽度及深度（如图1所示）[2]。

图1 漏磁检测技术原理

漏磁检测技术应用过程中，漏磁检测器（如图2所示）是最重要设备。漏磁检测器通常为节状结构并且各节之间均是通过万向节进行连接，这样可以更顺利地通过管道弯头[3]。漏磁检测器的动力节上安有略大于管道内径的橡胶碗，这样可以消除管道介质流动阻力的不利影响，从而使漏磁检测器在管道中更加顺畅地前进。而在测量节上布置有数十个甚至上百个磁敏探头且每个探头中都包括几个不同的检测通道用来检测不同方向上的漏磁场。且探头排列得越紧密则缺陷处漏磁场检测的结果越准确、完整。

图2 漏磁检测器结构

2 案例概况

某燃气管道始建于2010年5月份，2012年10月份投产运行，至今已经运行9年多了，为了了解和掌握该燃气管道的腐蚀及损伤情况，并采取针对性措施进行修补，以确保该燃气管道的长久安全运行，为此，采取漏磁检测技术对该燃气管道进行全面检测。该燃气管道直径是610mm，所以采用610mm管道漏磁检测器对其进行质量检测。该610mm管道漏磁检测器主要由4节组成：首节包括驱动装置及电池装置两个部分；第二节包括检测装置及计算机装置两个部分；第三节包括检测装置及电池装置两个部分；第四节为里程轮（如图3所示）。为了提高该漏磁检测器在管道中的通行能力，将最长节距离设计得比较短了一些。同时，在国内管道弯头的直径大约是管道直径的6倍，而一些旧管道弯头的直径大约是管道直径的1.5倍，鉴于此，该漏磁检测设备在管道内的通行能力按1.5倍管道直径进行设定。

图3 漏磁检测设备实图

3 漏磁检测技术在燃气管道检测中的应用

3.1 检测前准备工作

3.1.1 检测过程工程量评估

为了保证燃气管道检测的质量，在正式检测前，须科学评估检测过程的实际工程量。案例燃气管道需要检测长度共计460.5km，为了便于漏磁检测和数据记录，把该燃气管道线划分成了三段（如表1所示）。

表1 燃气管道漏磁检测分段情况

3.1.2 清管器跟踪及定位

开始漏磁检测之前，还需进行必要的清管器跟踪及定位工作，这样既可以准确了解清管器的具体位置，也能够帮助操作人员了解管道中有没有卡球情况。当前，国内管道常用的清管器跟踪定位技术主要是TracMaster技术和TDWGEO2000TM技术[4]。其中以TracMaster技术最常用，预先在清管器内放置调好的频率发射器，该技术通过频率发射器与地面上的频率接收器发射及接收信号，从而确定清管球的位置，并由此来判断管道中有无卡球问题。同时，TracMaster技术也能够清楚、完整地记录下清管器在管道中通过各位置的日期及时间。而TDWGEO2000™技术则主要是通过控制盒放大清管器在管道内运动过程中与焊缝、三通、阀门和其他管件接触发出的声音，来判断清管器的位置及运动状态。经过对比可知，TracMaster技术的适应性、操作性、清管效果都相对比较好，而且技术也更加成熟，因此，案例燃气管道清管工作最终决定应用TracMaster技术来进行清管球跟踪及定位。

3.2 燃气管道漏磁检测

3.2.1 发送漏磁检测设备

发送漏磁检测工具的过程中要做好以下几点工作：1）对收发球筒进行检查。即检查拟燃气管道沿线的所有阀门，确保其都处于开启的状态，而且也不能有渗漏的地方；综合考虑四周环境条件及安全影响因素后确定收发球位置；全面检查一遍拟检测燃气管道沿线的压缩机，保证其都处于正常运行状态；在开展上述检查工作的同时，把漏磁检测设备及其他相关设备运到发球筒区域。2）现场调试好漏磁检测设备，确保其性能。待漏磁检测设备及其他相关设备（如托架等）都运到现场之后，开始进行设备的安装及调试。首先在收发球筒处把托架按要求安装好且在发送漏磁检测设备之前1h内再检查一遍设备性能，确保漏磁检测设备性能良好、运行正常。待做完设备安装及调试工作后，把漏磁检测设备放到发球筒中，打开发球筒的管线并向其内部灌注天然气，待注满天然气之后开启沿途的所有管道阀门，使漏磁检测设备在气压的推动作用下向前运行。待确认漏磁检测设备离开发球筒之后，要实时追踪漏磁检测设备，并检查收球筒的工作状态，确保其运行状态良好，从而可以按时保质保量地完成漏磁检测设备回收工作。另外，也要关注燃气管道沿线压缩机的工作状态，保证其始终能达到作业要求，进而保证管道中天然气流量始终都处于稳定状态。3）实时、准确了解漏磁检测设备的工作状态。待漏磁检测设备进到燃气管道中进行检测之后，燃气管道入口位置的工作人员要每间隔15min记录一次入口位置的压力、温度和流量等有关信息。同时，在压缩机站的工作人员也要详细记录有关压缩机的运行信息、燃料量、润滑油量等信息。在地表上合适的位置布置标记盒，以便确认和记录漏磁检测设备通过各标记盒的时间[5]。另外，每个站点的工作人员要时刻保持通信畅通，确保燃气管道检测过程中出现问题时，可以第一时间采取有效措施加以解决。

3.2.2 接收漏磁检测设备

在漏磁检测设备到达燃气管道各检测终点的1h前，负责漏磁检测设备的工作人员要到达收球筒现场，而在沿途负责记录追踪漏磁检测设备的工作人员要实时报告漏磁检测设备的实际位置，并据此来准确预测出漏磁检测设备到达检测终点的时间[6]。接收漏磁检测设备的过程中，要保证收球筒不能存在堵塞或密封的地方且燃气管道沿途的所有阀门都是开启状态，确保漏磁检测设备能够顺利通过。当漏磁检测设备到达燃气管道检测终点后，要先隔离收球筒，并把收球筒中的天然气排放干净，以达到减压效果；同时，排放收球筒中的天然气时，也可采取注入氮气置换天然气的方法来达到预期的减压效果。待减压完成后，从收球筒后面的支架上把漏磁检测设备取下来，并对漏磁检测设备进行检查，确定没有损坏且可以继续使用之后，清洗干净漏磁检测设备，并及时送至设备间把检测数据下载下来，同时，也要及时下载燃气管道沿途地表标记盒中的数据，并检查数据是否完整。

4 燃气管道漏磁检测的结果分析

4.1 漏磁检测数据分析

因为该次漏磁检测的燃气管道长度比较长，所以在处理漏磁检测数据时，要分析的数据量很大，这里不做一一赘述，只取其中距离最长的一段（C站—D站）为例进行数据分析。C站点到D站点的燃气管道的总长度约169km，发球端发射漏磁检测设备的时间是2021年9月8日14:20:00，接收漏磁检测设备的时间是2021年9月9日08:50:00，漏磁检测设备共计运行时间是18.5h。漏磁检测设备在运行的过程中，燃气管道设计压力值是6.5MPa，而管道内最大运行压力值是6.499MPa，管道内的平均温度是16℃，漏磁检测设备在管道内的平均运行速度是2.54m/s，每秒采样780次 。

根据ASMEB31G准则对燃气管道进行腐蚀安全性评估，共计发现C站—D站的燃气管道中有5075个金属缺陷。其中管道的内部缺陷共计3547个，外部缺陷共计1515个，出厂缺陷13个（且均位于管道内部），其中缺陷深度最大值为51%管壁厚度（具体缺陷深度情况见下表2~表4）。同时，在整个漏磁检测工作中，并没有出现深度大于80%管壁厚度的严重缺陷问题，也没有出现高于预估维修因子曲线的特征点。经过该次漏磁检测可知，该燃气管道依然可以满足最大运行压力6.3MPa的要求。

表2 内部缺陷深度状况

表4 制造缺陷深度状况

4.2 漏磁检测管道开挖验证

根据上述燃气管道漏磁检测结果选出10处缺陷比较严重的位置作为开挖点，进行开挖验证。通过开挖验证得出该次燃气管道漏磁检测得到的缺陷位置最大误差值为0.45m，缺陷深度误差更小（具体情况见表5）。同时，通过开挖得知造成该燃气管线外部缺陷的主要原因是埋设管道回填时，填入了大量的石块，正是这些石块破坏了燃气管道的外部防腐保温层，使燃气管道外部出现缺陷。而且在燃气管道的直管段上出现的缺陷数量比较少，燃气管道的环焊缝四周出现的缺陷数量比较多且缺陷深度也更深，这主要是因为燃气管道连接施工时环焊缝四周的防腐措施做得不到位而引起的。

表3 外部缺陷深度状况

表5 燃气管道漏磁检测开挖验证结果

5 总结

通过上述分析可以得出以下结论：1）相对其他燃气管道缺陷检测技术而言，漏磁检测技术不但自动化水平更高、效率更快、检测结果准确，而且检测过程中也没有污染，所以该技术在燃气管道缺陷检测中应用非常广泛，同时也适用于其他管道缺陷检测工作。案例燃气管道经过漏磁检测可以得知，该燃气管道虽然在长期使用中已出现许多的缺陷，但是缺陷深度均比较浅，没有影响到燃气管道的正常运行。同时经过开挖也验证了漏磁检测结果是比较准确的。2）通过案例燃气管道漏磁检测结果可以得出，燃气管道在长期服役过程中，会因为外力破坏、管道腐蚀、技术操作失误、施工措施不合理、制造因素及地质灾害等因素影响而出现质量缺陷，因此，在检测确定缺陷情况后，要根据缺陷成因采取综合措施进行有效治理，保证燃气管道始终能安全运行。