PMT 檢測技術(shù)在南堡油田管道隱患檢測中的應(yīng)用與分析

張傳隆，張書紅，蔡 彪，米書麗

中國石油冀東油田南堡油田作業(yè)區(qū)，河北唐山 063200

管道運輸具有低成本、高效率、安全可靠等優(yōu)點，已成為能源運輸?shù)闹饕绞?。世界上?00%的天然氣、85%以上的原油運輸是通過管道輸送實現(xiàn)的，我國現(xiàn)有在役石油天然氣管道十幾萬千米，遍布全國二十多個省市以及渤海、黃海、南海等廣大海域[1-2]。隨著國家對石油及天然氣等能源產(chǎn)品需求量的迅速增加和國家戰(zhàn)略儲備的需要，長距離油氣輸送管道的建設(shè)仍在加速發(fā)展[3]，因此維護管道的安全運行，掌握管道的在役狀況尤為重要。

無損檢測技術(shù)是保障油氣管道安全運行的重要手段，對于管道的安全管理具有重要意義。近幾年，無損檢測技術(shù)（超聲波、磁粉、射線、滲透） 發(fā)展已經(jīng)比較成熟，在質(zhì)量控制、安全保障、事故預(yù)防等方面發(fā)揮了重要作用。但是這些檢測方法均是檢測已存在的缺陷，而對于預(yù)測缺陷產(chǎn)生的部位、因材料疲勞產(chǎn)生突發(fā)性破壞問題則無能為力。

本文介紹一種半定量的管道本體腐蝕的檢測方法——非接觸式磁應(yīng)力（以下簡稱PMT） 檢測技術(shù)。該檢測方法不影響管道正常運行，不需要停輸，且對管道收發(fā)球裝置、管輸壓力等無要求，總體數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，也能給出腐蝕缺陷大小的范圍分級，為管道運營單位提供維護、維修和使用的決策依據(jù)。

1 PMT檢測技術(shù)

PMT檢測技術(shù)基于金屬磁記憶檢測的原理，利用金屬磁記憶效應(yīng)來實現(xiàn)部件應(yīng)力集中部位的快速無損檢測。該檢測技術(shù)能夠在不對構(gòu)件表面進行清理的情況下對鐵磁性金屬構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力集中區(qū)，即微觀缺陷、早期失效和損傷等進行診斷，防止突發(fā)性的疲勞破壞，是無損檢測領(lǐng)域的一種新的檢測手段，可以實現(xiàn)對管道進行長距離、大范圍的無損檢測。

1.1 基本原理

當(dāng)鐵磁性構(gòu)件受到外部載荷作用時，受地球磁場激勵，在應(yīng)力和變形集中區(qū)域會發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，磁疇組織的重新取向會導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生新的磁狀態(tài)，金屬構(gòu)件表面的這種磁狀態(tài)記憶了微觀缺陷或應(yīng)力集中的位置，即所謂的磁記憶效應(yīng)。

通過在地面沿管道上方實施檢測并記錄這些磁場數(shù)據(jù)，對缺陷處管道的受力狀況進行分析計算，根據(jù)管道局部應(yīng)力級別的相應(yīng)變化來評估缺陷，得出缺陷處管道的應(yīng)力水平、危險程度、最大允許操作壓力、維修等級、估算缺陷尺寸和類型等信息，進而給出修復(fù)建議。

1.2 缺陷危險評估

管道缺陷危險評估根據(jù)磁異常綜合指數(shù)F 來確定：

式中：A為矯正系數(shù)，表示管道缺陷對磁場變化的影響，在校驗程序完成之后確定；Qφ、QaH為在異常區(qū)沿管道軸線方向及背景“靜區(qū)”中的磁場強度，A/m，由曲線部分的長度確定。通過相應(yīng)的異常長度和背景部分相結(jié)合，對磁場梯度進行積分計算[4]。

磁異常綜合指數(shù)F對應(yīng)的等級和風(fēng)險見表1。

表1 管道檢測等級判定情況[5]

2 PMT檢測技術(shù)的應(yīng)用情況

2.1 工程概況

PMT 檢測技術(shù)自2008 年開始在國內(nèi)逐漸開展應(yīng)用，2010 年左右趨于成熟。南堡油田在2018 年開始應(yīng)用此項檢測技術(shù)，主要對管轄區(qū)內(nèi)（包括陸岸至NP1-1D 輸油管道、NP1-1D 至南堡聯(lián)合站輸氣管道在內(nèi)） 的7 條外輸管道開展PMT 檢測。

本次被檢測管段敷設(shè)于環(huán)渤海地區(qū)，地勢平坦，機械應(yīng)力缺陷較少；管段周圍土壤電阻率較低；通過資料審查及運行狀態(tài)分析，本管段存在的缺陷類型主要為腐蝕。

2.2 典型異常點（段）分析

磁場檢測按序進行，經(jīng)過磁應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)處理和濾波分析，共發(fā)現(xiàn)121 處異常點（段），其中，II 級磁異常點（段）12 處，III 級磁異常點（段）109 處，未發(fā)現(xiàn)I 級異常點（段）。

按區(qū)段選取一處典型異常點段進行數(shù)據(jù)分析。圖1 為D89mm外輸油管道1號II級異常點磁感應(yīng)強度曲線，紅、綠、藍三條曲線分別代表了空間X、Y、Z三個方向的分量，紫色曲線代表總磁感應(yīng)強度梯度，即磁場在空間方向的矢量和的絕對值，檢測過程中發(fā)現(xiàn)在距離起點大約1288m 處，出現(xiàn)了4.5m的磁異常區(qū)域，磁感應(yīng)強度梯度為320nT/m；其埋深約為1.55m，如圖2 所示。通過計算，該處的磁異常綜合指數(shù)值F為0.523，屬于II 級異常段。

2.3 現(xiàn)場開挖驗證

現(xiàn)場選取10處II級異常點和1處Ⅲ級異常點進行開挖驗證。采用超聲C 掃描檢測技術(shù)，對管道壁厚進行精細掃查，得到掃查范圍內(nèi)每一異常點的詳細剩余壁厚數(shù)據(jù)，從而判斷管道的母材壁厚減薄情況及減薄趨勢，與PMT 檢測數(shù)據(jù)進行直接對比，驗證PMT 檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性，對比結(jié)果見表2。

表2 異常點開挖驗證情況統(tǒng)計

以D89-1處異常點為例，開挖后超聲C 掃描結(jié)果表明壁厚呈均勻減薄狀態(tài)，最大剩余壁厚值為3.9mm（設(shè)計壁厚4.0mm），減薄率為2.5%；最小剩余壁厚出現(xiàn)在4 點鐘至7 點半鐘區(qū)域內(nèi)，最小值為3.0mm，減薄率為25%，符合PMT 檢測評級。

以D457/323-1 處異常點為例，開挖后超聲C掃描結(jié)果表明壁厚呈均勻減薄狀態(tài)，最大剩余壁厚值為7.0mm（設(shè)計壁厚7.1 mm），減薄率為1.4%；最小剩余壁厚出現(xiàn)在3 點鐘至8 鐘點區(qū)域內(nèi)，最小值為5.6mm，減薄率為21.1%，符合PMT檢測評級。

以D219-1 異常點為例，開挖后超聲C 掃描結(jié)果表明最大壁厚減薄率為2%，但是現(xiàn)場開挖發(fā)現(xiàn)，該處為管道對接處，存在1.5mm 焊縫錯位，如圖3 所示，管道對接處相當(dāng)于損失壁厚25%，符合PMT 檢測評級。

圖1 D 89mm外輸油管道1號II級異常點磁感應(yīng)強度梯度曲線

圖2 D89mm外輸油管道1號II級異常點埋深

圖3 D219-1異常點焊縫錯位

通過選取11 處異常點的開挖驗證，8 處與PMT 檢測結(jié)果一致，3 處不一致，評級符合率為73%。

3 結(jié)束語

非接觸式磁應(yīng)力（PMT） 檢測技術(shù)采用外檢測的方式，對管道磁場數(shù)據(jù)進行收集，給出較為豐富的管道本體缺陷數(shù)據(jù)和評估結(jié)果。該檢測技術(shù)適用于長距離管道的腐蝕缺陷檢測，無需接觸管道本體，即可獲得管道的評級情況，簡單快捷。在冀東油田對7 條管道進行PMT 檢測時，對其中11 個檢測異常點進行了現(xiàn)場開挖驗證，發(fā)現(xiàn)PMT 檢測技術(shù)的符合率為73%，能夠較好地判斷管道的腐蝕情況，對下一步具體驗證與開挖治理提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。