特殊油气管道的检测应对措施

2023-01-13付晓慧郭大成姜锦涛

设备管理与维修 2022年8期

郑起，付晓慧，郭大成，姜锦涛，孙超

（辽河油田油气集输公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

2020 年底，国内油气长输管道总里程累计达到14.4×104km[1]，全世界排名第三。管道作为运输石油和天然气的重要载体，在现代化工业生产中占据着极其重要的地位和作用，其安全有效地运行意义重大。油气管道一旦发生泄漏，将会造成巨大的人员伤亡、经济损失和环境破坏。辽河油田位于辽河、双台子河、大凌河等九河的下梢，濒临渤海，所处区域还有世界最大的芦苇沼泽湿地，水系较为发达，管道穿跨河流、水线、苇田、稻田等情况较为常见；有些油气管道，随着城市的建设，逐渐分布于城区范围内。早期油气管道防腐技术落后，管道的安全隐患问题日益严重，故定期对输油、输气管道进行检测，及时根据检测结果开展管道维护，进而保障管道安全运行尤为重要。

随着油气管道的高速发展和管道完整性管理理念的推行，管道的检测技术得到蓬勃发展，有漏磁检测、超声波检测、涡流检测和射线检测等管道内检测方法，有外腐蚀直接评价ECDA的管道外检测方法，还有管道压力测试等。目前，管道内检测是进行油气管道缺陷检测中最直接有效的方法，而内检测中应用较多的是管道漏磁内检测。

但在对管道开展检测作业的过程中，一些特殊情形限制着常规的管道检测操作，例如输气管道的压力过低、管道穿河底、残留的维修限制点等。为了能够掌握管道的整体状况，并依此开展管道维护，避免管道失效造成泄漏事故，是管道管理人员致力于攻克的难题。

1 低压输气管道的内检测

内检测技术通常是以管道内所输送介质为前进动力，驱动集合无损检测、信号采集、信号处理、数据储存以及速度控制等功能的检测设备在管道内运行，实时检测和记录管道的变形、裂纹、金属损失等损伤情况，并准确定位的检测技术[2]。

按照完整性管理的要求，需要定期对特定油气管道开展管道内检测工作。杨理践等[5]通过设计实验，对缺陷的漏磁信号与检测装置的运行速度的研究，发现检测漏磁信号有效所对应的检测装置行进速度范围为0～6 m/s。输油管道中油品为液体，可以视作不可压缩介质，其流动速度较慢且速度波动幅度小，可保证内检测器的平稳运行，容易达到检测器运行速度的要求，而输气管道则很难实现内检测器运行速度的控制[3]。输气管道存在两种情况，一种是新建输气管道，它通常口径大、输量大、压力高，天然气流速高，甚至能出现高于10 m/s 的情况，这严重超出了检测器允许的运行速度范围，这种情况通常通过改变泄流面积来调节检测器的运行速度，也有通过改变运行阻力达到调节检测器运行速度目的的研究[4]；另一种情况是一些输气管道实际运行压力低，管道内气体压力无法为漏磁内检测器提供可行运行速度的动力，这一直制约着低压输气管道内检测工作的开展。

对于运行压力低的输气管道，在管道气体压力不足时，内检测器会行进缓慢然后停滞，之后检测器后方的气体逐渐堆积，待气体压力超过检测器与管道内壁的摩擦阻力时，检测器以非常大的加速度启动、冲出，当行走一段时间后，检测器会再次因气体介质驱动力不足而停止，若气体压力无法提升，则会不断重复上述过程[6]。这样的运行过程，内检测器无法有效采集管道的缺陷信号，也极容易在管道弯曲处和下游压力站附近，因行进速度过快而冲撞管道或设备，造成安全事故。

辽河油田为了解决低压输气管道内检测的难题，专门成立相关的试点工程进行课题攻关。在面对管道不具备检测流程、存在多类型限制点、无有效动力源等技术难点，通过不断的研究和现场应用，对不同输气管道进行特别的检测应对，从而实现辽河油田输气管道内检测零的突破。

1.1 小口径低压输气管道的内检测

某待检小口径天然气管道，管道规格为D219×6 mm，最早投产运行管段服役超过29 年，而检测段管道全长14.5 km，均处在城区，沿线穿跨越达11 处之多，安全环保意义重大。

该管道具有排量小、运行压力低、管径偏小的特点，国内同种类型管道开展的内检测作业无成功的案例，缺乏可借鉴经验。检测难度大的原因在于小口径管道会造成检测器通过能力下降，而管道本身的气体压力低、输量低则会造成检测器动力不足，特别是检测器运行到弯头、跨越等部位时极易停滞，随着时间的延长，检测器后方的气体积聚，产生的推力超过检测器与管道间的摩擦阻力时，检测器瞬间提速，容易导致检测器设备因碰撞损坏，另一方面，检测器的通过速度过快，而管道因磁化时间过短而造成检测器的数据质量低。

为了解决输气管道因运行压力低而无法进行漏磁检测的问题，提出使用水这类不可压缩的介质来替代天然气作为检测动力源的技术方案，有效解决了检测器运行速度问题[7]。同时围绕此方案，开展多项技术研究：设计并建立输气管道内检测注水工艺，解决检测动力源问题；开展计算机流程模拟、通过性实验等方式，测试检测器的稳定性；探讨检测器改造方案，先后解决检测器防水、动力皮碗和支撑皮碗的构造、过盈量等问题；自研软件、硬件接入流量计进行数据读取，开发流量曲线显示软件，获取实时流量数据并显示流量波动情况，确保此次输气管道内检测成功实施。通过使用不可压缩液体水代替管输气体介质的方式，检测人员成功地对该小口径的低压输气管线进行几何检测和漏磁检测作业，及时、有效地识别出管道的腐蚀、变形等缺陷。

1.2 大口径、长距离低压输气管道的内检测

某大口径输气管道，全长23 km，穿越辽河（原绕阳河）及滨海路，投产运行管段服役已达32 年，管道规格D820×10 mm。内检测工作的难点在于管道外径达到820 mm，最大运行压力只有0.6 MPa，且存在多个1.5D 小曲率半径弯头，管道容量大，若仍使用水作为介质，需要水量近1.38×104m3，且内检测作业后排出的水需至少经过6 个月的处理才能正常排放。

为此，从检测基础原理、关键技术突破及检测器升级等方面开展综合研究，提出检测器轻量化改造、降低摩阻的技术路线。检测器的改造主要是针对以下3 个方面：①综合分析，选择皮碗。根据多次实验证明，选用皮碗时，检测器的运行压差要低于选用直板时的情形。为了降低检测器前后压差，降低检测器在过弯头时的压力，选用皮碗的标准是在满足运行要求的前提下，选择邵氏硬度较低的皮碗；②检测器的励磁节“减重”。常规漏磁检测器的励磁范围为7～20 mm，即20 mm 壁厚的管道可以达到检测时要求的磁饱和状态，而该管道壁厚为10 mm，可以减少相应磁钢刷部分的重量，励磁范围满足要求即可；③检测器结构优化。常规检测器前端放置直板（导向盘），防止皮碗偏磨，经过大量实验证明直板的启动压差远大于钢刷，所以选择钢刷作为支撑代替直板（导向盘），既实现支撑作用，又有效降低压差，在完成优化改造后启动压差降低0.15 MPa，有明显的应用效果。

通过以上对漏磁检测器的轻量化改造，顺利完成外径为820 mm 的低压输气管道的漏磁内检测，检测器的运行速度满足数据质量对其运行速度的要求。

2 穿河管道的综合外检测

水下穿越段管道受到传统检测手段的限制，无法有效实施外腐蚀检测和评价，该类管道外防腐层失效会引起更为快速的腐蚀，一旦在穿越段管道发生腐蚀泄漏，将对周边安全及环境造成重大影响，因此有必要积极探寻新技术、新方法，对水下穿越段管道的外防腐和阴极保护状况进行评估，对可能发生的腐蚀风险及时采取有针对性的措施，有效控制管道失效，保障油气管线的安全运行。

与科研院所开展合作，开发出一种利用水下机器人ROV 搭载检测设备对水下管道开展外防腐综合检测的技术，该技术属于一种基于电场信号测量法的管道无损外检测评价技术，其利用所开发的配套检测设备，通过管地电位法和直流电位梯度法（双分量实时采集），并辅以磁法管道路由探测功能，实现穿河管道（水下管道）管道路由、外防腐层和阴极保护状况的检测与评价。

通过该技术的实施，实现多条水下穿越段管道的路由及埋深的测量，评价管道防腐层的完整性和阴极保护有效性。水下机器人搭载检测设备开展管道检测的技术，解决了水下穿越段外检测的盲区（水下埋深15 m 内）。

3 特殊管段的清管作业

由于之前施工作业标准管理不严格，某些管道中存在一些不符合清管作业要求的情形，存在部分施工残留，如管道开孔施工后未回装堵柄，管道出现外力造成的凹陷变形，存在小曲率半径弯头、连续弯头等。进行常规清管作业，极易产生清管器卡堵事故。

为了解决此问题，建立清管器通过性验证实验流程，在与实际管道相同型号的实验管段中设置凹陷变形、连续弯管、1.5D弯头、未回装堵柄的管道开孔等限制条件，将符合管道尺寸要求的清管器放入到实验管路中进行实验。通过一次次实验，确认清管器可通过的最大凹陷变形值，在连续弯管等限制点处的通过情况。依据实验结果，不断调整清管器的结构参数，对清管器进行改造，以满足现场清管要求，进而提升使用该清管器在实际管路中进行清管作业时的安全性。