在线管道缺陷常用检测方法分析.docx

在线管道缺陷常用检测方法分析李成凯 1 ,孙永兴 1 ,李潇菲 2 ,王鲁峰 3 ,翟磊 3( 1. 中国石油大学 (华东 )机电工程学院 ,山东东营 257061; 2. 胜利油田采油工艺研究院 ,山东东营 257000;3. 胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司 ,山东东营 257000 )摘要 :为了使在线管道检测过程中更好地采集技术指标中所要求的缺陷信息 ,根据国内外管道缺陷检测方法的原理 、现状 、应用范围 ,分析了漏磁检测 、超声波检测 、远场涡流检测 、射线检测等多种缺 陷检测方法的优缺点 。对其中 3种主要检测方法 (漏磁检测法 、超声波检测法 、涡流检测法 )作了对比 研究 ,得出漏磁检测法测量速度快 ,对管道内的光滑程度要求低 ,更适合检测被腐蚀的管壁的结论 。因 此 ,选用漏磁检测方法作为输油管道内腐蚀缺陷检测的基本方法 。关键词 :在线管道 ;缺陷检测 ;漏磁检测 ;超声波检测 ;远场涡流中图分类号 : TE832文献标识码 : A文章编号 : 1004 - 9614 ( 2009 ) 06 - 0024 - 03Ana ly s is of C omm on ly U sed D e tec t ion A pproa che s a bou tD efec ts in In spec t ion of O n 2l in e P ipe l in eL I Cheng2ka i1 , SUN Yong2xing1 , L I X iao2fe i2 , WAN G L u2feng3 , ZHA I L e i3( 1. C h ina Un iver s ity of Pe tro leum , D on gy in g 257061, C h ina; 2. Shen g l i O il Fe ild O il Produc t ion Techn o logy Re sea rchIn st itu te, D on gy in g 257000, C h ina; 3. Shen g l i En g in eer in g C on su lt in g C om pan y, D on gy in g 257000, C h ina )A b stra c t: In o rde r to ge t the info rm a tion abou t p ip e line defec ts a s the techn ica l standa rd s requ ire, acco rd ing to the p rinc ip le,the sta tu s and the scop e of app lica tion of the app roache s abou t defec ts in the on2line p ip e line, th is p ap e r ana lyze s the app roache s abou t defec ts in the on2line p ip e line, inc lud ing the m agne tic flux leakage te sting, the u ltra son ic te sting, the remo te fe ild eddy cu r2 ren t te sting, the ra sy te sting, e tc. R e sea rch ing and con tra sting the de tec tion of the se th ree m a in m e thod s: m agne tic flux leakage te s2 ting, u ltra son ic te sting and remo te fe ild eddy cu rren t te sting, it com e s to the conc lu sion tha t the m agne tic flux leakage te sting is fa st and ha s a low dem and fo r the smoo thne ss of the inne r wa ll of the p ip e line. It is mo re su itab le fo r de tec tion the co rro sion of the wa ll. So, the m agne tic flux leakage te sting is se lec ted a s the ba sic m e thod.Key word s: on2line p ip e line; defec t de tec tion; m agne tic flux leakage te sting; u ltra son ic te sting; remo te fe ild eddy cu rren t0 引言世界各石油生产国对管道的在线 检测 都 十分 重 视 ,国外管道工业发达的国家对管道检测装置的研究 已经有 40 年的历史 ,投入了大量的人力 、物力开展研 究工作 。已有的管线在线检测方法主要有漏磁检测 、超声 波检测 、射线检测 、远场涡流检测 、声发射检测 、电子 内窥和视频检测 、流量差法 、压力分 布 法 、压力 波法 、 SCADA 法等 ,其中常用的主要为漏磁检测 、超声波检 测 、远场涡流检测等 。1 缺陷检测方法111 漏磁检测漏磁检测技术的工作原理是 : 利用自身携带的磁铁 ,在管壁全圆周上产生一个纵向磁回路场 。如果管壁没有缺陷 , 则磁力线囿于管壁之 内 , 均匀 分布 。如 果管内壁或外壁有缺陷 , 则磁通路变窄 , 磁力线发生 变形 ,部分磁力线还将穿出管壁之外而产生漏磁 。漏 磁场被位于两磁极之间的 、紧贴管壁的探头检测到 , 并产生相应的感应信号 ,这些信号经过滤波 、放大 、模 数转换等处理后被记录到检测器的海量存储器中 ,检 测完成后收回检测器 , 取出存储器 , 在将漏磁信号转 化到 PC 机的存储器中 , 技术人员通过专用软件对数 据进行回放处理 、识别判断 , 并把有腐蚀的地方按其 严重程度进行分类 ,供决策人员参考 。目前 ,新开发的磁化装置比常规磁铁的磁化能力 提高近 1 倍 ,新型高效的霍尔传感器也因尺寸小 ,检测 灵敏度高 , 使周向分布的传感器数量增加 , 从而提高 了缺陷分 辨 率 , 并 可 分 辨 出 缺 陷 位 于 管 内 侧 还 是 外收稿日期 : 2008 - 10 - 05收修改稿日期 : 2009 - 06 - 23第 6期李成凯等 :在线管道缺陷常用检测方法分析25侧 。从 1965 年美国 TL IBO SCO PE 公司首次采用漏磁检测器 对 管 道 实 施 内 检 测 以 来 , 管 道 智 能 检 测 器 ( p ip e line p igs)发展至今历经 3 代 。第一代为普通型 检测器 ; 第二代为高精度检测器 ; 第三代为超高精度 检测器 。目前 ,漏磁检测器最小可检测出直径为 312 mm 的管道缺陷 。112 超声波检测超声波检测技术的工作原理是利 用超 声 波匀 速 传播且可在金属表面发生部分反射的特性 ,进行管道 探伤检测 。检测器在管内运行时 ,由检测器探头发射 的超声波分别在管道内外表面反射后被检测器探头 接收 。检测器的数据处理单元便可通过计算探头 接 收到的两组反射波的时间差乘以超声波传播的速度 , 得出管 道 的 实 际 壁 厚 , 见 图 1。其 精 度 可 达 到 013 mm. 由于超声波的传导必须依靠液体介质 ,且容易被 蜡吸收 ,所以超声波检测器不适合在输气管线和含蜡 很高的输油管线进行检测 ,具有一定的局限性 。目前 ,世界上很多国 家都 在研 制 涡流 检测 器 , 可检测输送气体 、液体的管道 。日本 N KK公司生产出的 涡流检测器由检测电源单元 、涡流传感器单元 、数据 采集及其处理单元组成 。美国和加拿大有关公司 也 正在研究 ,目前只有单通道和 8通道的检测仪 。图 2 涡流检测器原理图114 声发射检测声发射检测的工作原理是 : 物体在受到形变或外 界作用时 , 因迅速释放弹性能量而产生瞬态应力波 。 当材料中有声发射现象发生时 ,由声源发射出的每一 个声发射信号都包含了材料内部结构或缺陷性质和 状态变化的丰富信息 。因此 ,声发射检测技术的基本 原理就是用灵敏的仪器来接收和处理这些声发射信 号 ,通过对声发射源特征参数的分析和研究 , 推断出 材料或结构内部活动缺陷的位置 、状态变化程度和发 展趋势 。115 射线检测X射线 、射线或中子射线实时成像是一项新的 无损检测技术 , 它基于计算机图像处理技术 , 实现检 测图像的数字化和实时化 , 具有检测速度快 、检测成 本低等优点 , 检测图像清晰 , 检测灵敏度与射线拍片 相当 ,因而可以代替射线拍片检测 。116 电子内窥和视频检测通过摄像头观察管道内壁状况 ,判断管道缺陷情 况是目前检测技术的发展方向之一 。法国 H YTEC 流 体技术集团开发了带自推进轴向摄像机的电视监视 系统 ,可对管道内壁和管道中的流体进行检测 。117 其他检测方法另外 ,管道检测方法还有流量差法 、压力分布法 、 压力波法 、SCADA 法等 。以上几种检测技术有的只是 检测管道是否发生泄漏 ,并不能对泄漏点进行精确定 位 ; 或者能够对泄漏点或缺陷区域进行管内定位 , 但 无法进行大地精确定位 。图 1 超声波检测器原理图超声波检测技术开发于 20 世纪 80 年代 ,利用超声波对输油管道进行在线检测 。超声管道智能检 测 器在近 10 年得到应用 。目前 ,德国 P II公司开发了专 用 于 输 油 管 道 检 测 的 超 声 裂 缝 检 测 器 ; 英 国 SONOMA T IC公司 、PHO EN IX公司以及美国 O il Coun2 try In sp ec tion Inc. 等都开发了用于输油管道检测的相 应超声类产品 。113 远场涡流检测远场涡流检测设备就是运用电磁感应原理 ,用正 弦波电流激励探头线圈 , 当探头接近金属表面时 , 线 圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流 。对 于 平板金属 ,感应电流的流向是与线圈同心的圆形 , 形 似旋涡 , 称为涡流 。同 时 , 涡 流 也 产 生 相 同 频 率 的 磁场 , 其方向与线圈磁场方向相反 。涡流 通 道的 损 耗电阻 , 以及涡流产生的反磁通 , 又 反射 到 探头 线 圈 , 改变了线圈的电流大小及相位 , 即改 变 了线 圈 的阻抗 。因此 , 探头 在 金 属 表 面 移 动 , 遇 到 缺 陷 或 材质 、尺寸等变化 , 使得涡流磁场对 线圈 的 反作 用 不同 , 引起线圈阻抗变化 , 通过涡流 检测 仪 器测 量 出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其他物 理性质变化 , 见图 2。 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 26 P ip e line Techn ique and Equ ipm en t Nov12009 2 常用检测方法对比由于常用 检 测 方 法 主 要 为 漏 磁 检 测 、超 声 波 检 测 、远 场 涡 流 检 测 , 所 以 仅 对 3 种 检 测 方 法 进 行 比 较 。211 漏磁检测与超声检测比较漏磁检测优点在于对管道输送的介质不敏感 ,可 以用于气体 、液体或多相流体管道中 。可以覆盖管道 的整个圆周 。漏磁检测的缺点是 容 易产 生虚 假 信号 。漏磁 检 测的信号不仅与管道缺陷的严重程度有关 ,还与管道 缺陷的几何形状有关 ,这就使得腐蚀不严重但边缘的 局部腐蚀所产生的信号比腐蚀严重但边缘平滑的腐 蚀所产生的信号强 。这就要求对信号进行准确解 释 以确切评价腐蚀的程度 。适应的最大管壁与管径 有 关 ,检测精度不高 , 不能检测轴向缺 陷 。漏 磁 检测 的 检测精度随着管道壁的厚度的减少而提高 ,有关缺陷 都能检测出来 ,但不能可靠地确定缺陷的大小 。超声检测的优点是检测精度高 ,可检测的最小壁 厚为 5 mm;无需对检测结果进行评价即可知道缺陷的 位置 ;适用于裂纹的检测 ;采用一些技术手段 ,可以精 确地检测出内 、外腐蚀 ; 不同管道材质的超声波很相 近的特征 ,对检测结果基本无影响 。超声波检测的缺点 是 对输 送介 质 有限 制 。这 种 检测器在管壁和传感器之间有一种耦合剂 , 因此 , 它 仅仅限制用于输送液体的管道上 。超声检测采用 的 传感器的直径比漏磁传感器的直径小 。因此 ,需要更 多的传感器才能覆盖整个圆周 。212 漏磁检测与涡流检测比较在检测能力上 ,漏磁检测和涡流检测都能检测出 管材表面多种形状的缺陷 。在检测灵敏度方面 , 根 据 电涡 流基 本 特性 分析 , 涡流主要分布在金属材料的表面附近 ,被测体缺陷越 接近表面 , 电涡流效应的利用越充分 , 即涡流检测适 用于导体表面缺陷或者近表面缺陷 。因此 ,对于表面 缺陷 ,涡流法检测的灵敏度高于漏磁法 。而由于“趋 肤效应 ”, 对 于 材 料 的 内 部 缺 陷 , 由 于 涡 流 密 度 的 衰 减 ,渗透深度的减小 , 其检测灵敏度 相 应降 低 。采 用 漏磁法可对冷轧钢管内部进行检测 ,如研制的芯棒断 裂监测装置 ,针对钢管内部芯棒进行探伤已经成功应 用 。理论与试验证明 : 对于内部缺陷 , 漏磁 法 检测 灵 敏度高于涡流法 。在信号处理方面 ,漏磁法采用永久磁铁或者直流磁化方式 ,由于没有高频信号存在 ,干扰小 ,给信号处理带来很大的方便 ,且信号处理及传感器结构都十分 简单 。涡流法由于有高频激励信号存在 ,给信号处理带 来一定的困难 , 容易引起信号相互干扰 , 信号处理及 其传感器结构较为复杂 。3 结束语通过对各种应用于输油管道缺陷 中 检测 方法 的 对比 ,得出如下结论 :( 1 )超声波探伤精度高 ,能准确地测出腐蚀缺陷 和被测工件的厚度 ,检测速度很慢 。管道内壁的不光 滑会影响测量的准确性 。另外 ,超声波探伤需要耦合 剂 ,在输油管线中 , 很容易实现 , 而在输气管线内 , 则 很难实现 ,而且管道中的杂质还会影响耦合效果 。( 2 )涡流检测可同时测量被测工件的多种性能 , 但它抗干扰能力差 , 由于它自身产生交变磁场 , 因此 需要相对较强的激励源 , 功耗较大 , 在无缆检测器上 应用是不现实的 。( 3 )漏磁检测法比超声波检测法测量速度要快得 多 。它对管道内的光滑程度要求