CN111637367B - 山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，包括以下步骤：S1：收集山地输气管道的历史检测资料，根据所述历史检测资料筛选出历史存在腐蚀缺陷的长管道，收集所述长管道的运行资料，所述长管道的运行资料包括管道的输送介质成分、长度、沿线高程及内径；S2：判断所述长管道的积液段，结合所述长管道的地质灾害风险段评级结果、高后果区评级结果，确定所述长管道的腐蚀相对集中管段；S3：针对所述腐蚀相对集中管段，通过非接触式磁记忆检测，确定腐蚀缺陷位置、计算腐蚀深度和评估风险状态。本发明能同时检测管道宏观及内部微观缺陷，并能对缺陷主要分布范围进行定向检测，检测过程稳定高效。

Description

山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法。

背景技术

为了保障输气管道安全有效的运行，必须对输气管道进行定期检测。管道漏磁内检测技术是目前国内外长输输气管道内检测领域普遍应用的检测技术，该技术主要利用管道漏磁内检测装置，利用压差在管道内部通行，沿管道沿线检测并记录漏磁场数据，由附属装置里程计同步漏磁和里程数据，然后通过数据分析系统对漏磁数据进行可视化处理，判断局部缺陷所处的位置及相关参数，如缺陷面积、腐蚀深度和方位等信息。其主要存在以下缺点：

1、由于管道漏磁内检测装置的管径、弯头曲率半径、流速、运行工况和收发球装置等的限制，难以对山地输气管道进行有效的检测，容易发生堵管等问题，检测风险大。

2、仅能检测宏观缺陷，针对内部微观缺陷的检测效率偏低，如内部微裂纹，并且该技术无法对缺陷的应力状态和危险程度进行判断。

3、无法提前预知腐蚀缺陷的主要分布范围，实现精准检测。必须对两个收发球装置之间的管道进行全线检测后才能进行判断，不仅降低了检测效率同时增加了检测成本。

4、在管内流速过高的情况下，漏磁检测器的里程计量滚轮与管道内壁之间摩擦减小，滚轮容易发生打滑现象，造成里程的累积误差，使得检测数据与实际里程不匹配，给缺陷的回找带来了困难。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种不受山地起伏因素影响，能同时检测管道宏观及内部微观缺陷，并能对缺陷主要分布范围进行定向检测，检测过程稳定高效的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法。

本发明的技术方案如下：

一种山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，包括以下步骤：

S1：收集山地输气管道的历史检测资料，根据所述历史检测资料筛选出历史存在腐蚀缺陷的长管道，收集所述长管道的运行资料，所述长管道的运行资料包括管道的输送介质成分、长度、沿线高程及内径；

S2：判断所述长管道的积液段，结合所述长管道的地质灾害风险段评级结果、高后果区评级结果，确定所述长管道的腐蚀相对集中管段；

S3：针对所述腐蚀相对集中管段，通过非接触式磁记忆检测，确定腐蚀缺陷位置、计算腐蚀深度和评估风险状态。

作为优选，步骤S2中，所述长管道的积液段通过以下步骤进行判断：

S21：利用油气组分生成软件，根据长管道的输送介质成分建立流体模型，生成流体数据包，并将所述流体数据包导入多相流模拟软件中；

S22：在所述多相流模拟软件中建立管道几何模型，具体为：在所述多相流模拟软件的工作平面添加质量节点、流道、压力节点，然后按照质量节点、流道、压力节点的顺序连接形成通路，完成管道几何模型的建立；

S23：设置所述管道几何模型的物理参数，计算管道沿线的实际倾角；

S24：设置所述管道几何模型的求解条件，模拟求解，计算得到液体密度、气体密度、表观气速；

S25：根据所述液体密度、气体密度、表观气速，计算管道发生积液的临界倾角；

S26：根据所述实际倾角与所述临界倾角的值，判断所述长管道的积液段。

作为优选，步骤S23中，所述物理参数包括管道总长度、沿线高程、管道分段、管道内径、管壁粗糙度，所述长管道分为多个管段，每个管段管道沿线的实际倾角根据下式进行计算：

式中：θ₁为管段沿线的实际倾角，°；a_n、a_n+1分别为管段起点和终点的里程，m；b_n、b_n+1分别为管段起点和终点的高程，m；n为大于0的自然数。

作为优选，步骤S24中，所述求解条件包括在管道起点输送介质的质量流量、温度及压力；管道终点输送介质的温度及压力。

作为优选，步骤S25中，所述临界倾角根据下式进行计算：

式中：θ₂为管道发生积液的临界倾角，°；ρ_r为液体密度，g/cm³；ρ_g为气体密度，g/cm³；g为重力加速度，m/s²；d_id为内径，m；V_g为表观气速，m/s。

作为优选，步骤S26中，当所述实际倾角大于所述临界倾角的1.4倍时，所述实际倾角对应的管段即为积液段。

作为优选，步骤S2中，所述地质灾害风险段评级结果需大于等于中等，所述高后果区评级结果需大于等于Ⅱ级。

作为优选，步骤S3中，非接触式磁记忆检测包括以下步骤：

S31：利用管线定位仪的管道测绘系统探测管段路径，并在地面沿管道轴向绘制标记；利用实时动态测量系统，记录弯头、三通、标志桩或标志牌、警示桩、测试桩的GPS坐标信息；每隔1～10m对管道走向和埋深进行一次检测，每隔10～50m记录一次检测距离；

S32：通过非接触式扫描磁力计对管道磁场进行检测；检测高度保持在1～1.5m范围内，检测速度小于0.25m/s；检测过程中出现腐蚀缺陷特征信号时，暂停检测，排查周围是否存在铁磁干扰影响，对不存在铁磁干扰影响的管段，记录其出现腐蚀缺陷特征信号的里程坐标、参照物并拍照记录，插上标示桩，然后继续检测，直至所述腐蚀相对集中管段检测完毕。

作为优选，步骤S3中，所述腐蚀深度根据下式进行计算：

式中：d为腐蚀深度，m；a、b为常数；B为磁感应强度模量，nT；

为磁感应强度模量均值，nT；μ₀为真空磁导率；h为管道埋深，m。

作为优选，步骤S3中，所述风险状态根据缺陷损伤指标值进行评估，所述缺陷损伤指标值根据下式进行计算：

式中：F_d为缺陷损伤指标，无量纲；A为腐蚀缺陷引起的磁异常区域内磁场梯度y分量波动的次数；e为自然常数；α为修正系数；G_M为磁场梯度模量，nT/m；S为腐蚀缺陷引起的磁异常区域长度，m；ΔB_x、ΔB_y、ΔB_z分别为x，y，z分量上磁场强度的差值，nT；l为磁力计的长度，m；

所述缺陷损伤指标对应的风险等级如下：

当0＜F_d≤0.2时，对应的缺陷应力等级为Ⅰ级，应力风险状态为高风险；

当0.2＜F_d≤0.6时，对应的缺陷应力等级为Ⅱ级，应力风险状态为中等风险；

当0.6＜F_d＜1.0时，对应的缺陷应力等级为Ⅲ级，应力风险状态为低风险。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、适用范围广。本发明为外检测技术，对埋地管道进行地面检测，不受管道弯头、管内介质流速、运行工况等影响，对普通管道及山地管道均可以进行有效检测。

2、区域化检测。本发明采用外检测，可以自由选择检测段；首先通过模拟计算得到管道中的积液段，确定腐蚀缺陷的主要分布范围，再对所选择的积液段定点检测，大大提高了检测效率，降低了检测成本。

3、定量化评价。在管道存在缺陷的位置会出现应力集中现象，利用缺陷损伤指标，可以对缺陷部位的应力状态进行判断，从而判断缺陷的危险程度。

4、数据准确化。本发明利用管线定位仪的管道测绘系统探测管段路径，并在地面沿管道轴向绘制标记，沿程记录里程及GPS坐标，不受管道内部因素影响，使得检测数据与实际里程高度匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明管道几何模型的示意图；

图2为本发明腐蚀缺陷特征信号的示意图；

图3为本发明开挖磁记忆检测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。除非另外定义，本发明公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公发明开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

一种山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，包括以下步骤：

S1：收集山地输气管道的历史检测资料，根据所述历史检测资料筛选出历史存在腐蚀缺陷的长管道，收集所述长管道的运行资料，所述长管道的运行资料包括管道的输送介质成分、长度、沿线高程及内径。

S2：判断所述长管道的积液段，结合所述长管道的地质灾害风险段评级结果、高后果区评级结果，确定所述长管道的腐蚀相对集中管段。所述地质灾害风险段评级结果需大于等于中等，所述高后果区评级结果需大于等于Ⅱ级。

所述长管道的积液段通过以下步骤进行判断：

S21：利用油气组分生成软件，根据长管道的输送介质成分建立流体模型，生成流体数据包，并将所述流体数据包导入多相流模拟软件中。

S22：在所述多相流模拟软件中建立管道几何模型，所述管道几何模型如图1所示。具体建立方法为：在所述多相流模拟软件的工作平面添加质量节点、流道、压力节点，然后按照质量节点、流道、压力节点的顺序连接形成通路，完成管道几何模型的建立。

S23：设置所述管道几何模型的物理参数，计算管道沿线的实际倾角；所述物理参数包括管道总长度、沿线高程、管道分段、管道内径、管壁粗糙度，所述长管道分为多个管段，每个管段管道沿线的实际倾角根据下式进行计算：

式中：θ₁为管段沿线的实际倾角，°；a_n、a_n+1分别为管段起点和终点的里程，m；b_n、b_n+1分别为管段起点和终点的高程，m；n为大于0的自然数。

S24：设置所述管道几何模型的求解条件，模拟求解，计算得到液体密度、气体密度、表观气速；所述求解条件包括在管道起点输送介质的质量流量、温度及压力；管道终点输送介质的温度及压力。所述液体密度、气体密度、表观气速的计算为本领域的现有技术，具体计算方法在此不再赘述。

S25：根据所述液体密度、气体密度、表观气速，计算管道发生积液的临界倾角；所述临界倾角根据下式进行计算：

式中：θ₂为管道发生积液的临界倾角，°；ρ_r为液体密度，g/cm³；ρ_g为气体密度，g/cm³；g为重力加速度，m/s²；d_id为内径，m；V_g为表观气速，m/s。

S26：根据所述实际倾角与所述临界倾角的值，判断所述长管道的积液段；当所述实际倾角大于所述临界倾角的1.4倍时，所述实际倾角对应的管段即为积液段。

S3：针对所述腐蚀相对集中管段，通过非接触式磁记忆检测，确定腐蚀缺陷位置、计算腐蚀深度和评估风险状态。

非接触式磁记忆检测包括以下步骤：

S31：利用管线定位仪的管道测绘系统探测管段路径，并在地面沿管道轴向绘制标记；利用实时动态测量系统，记录弯头、三通、标志桩或标志牌、警示桩、测试桩的GPS坐标信息；每隔1～10m对管道走向和埋深进行一次检测，每隔10～50m记录一次检测距离；

S32：通过非接触式扫描磁力计对管道磁场进行检测；检测高度保持在1～1.5m范围内，检测速度小于0.25m/s；检测过程中出现腐蚀缺陷特征信号时，暂停检测，排查周围是否存在铁磁干扰影响，对不存在铁磁干扰影响的管段，记录其出现腐蚀缺陷特征信号的里程坐标、参照物并拍照记录，插上标示桩，然后继续检测，直至所述腐蚀相对集中管段检测完毕。检测过程中，每检测100～200m保存一次数据，便于回找腐蚀缺陷的位置。如图2所示，所述腐蚀缺陷特征信号表现为：磁场梯度x分量和y分量发生剧烈变化，z分量处于极值。

所述腐蚀深度根据下式进行计算：

式中：d为腐蚀深度，m；a、b为常数，通过实验数据拟合得到；B为磁感应强度模量，nT；

为磁感应强度模量均值，nT；μ₀为真空磁导率；h为管道埋深，m。

所述风险状态根据缺陷损伤指标值进行评估，所述缺陷损伤指标值根据下式进行计算：

式中：F_d为缺陷损伤指标，无量纲；A为腐蚀缺陷引起的磁异常区域内磁场梯度y分量波动的次数；e为自然常数；α为修正系数，正式检测前选取一处管段进行预检测与预开挖，将预开挖检测结果与预检测的F_d值进行复核后确定；G_M为磁场梯度模量，nT/m；S为腐蚀缺陷引起的磁异常区域长度，m；ΔB_x、ΔB_y、ΔB_z分别为x，y，z分量上磁场强度的差值，nT；l为磁力计的长度，m。

所述缺陷损伤指标对应的风险等级及修复建议如表1所示：

表1缺陷损伤指标F_d分级标准

缺陷损伤指标F<sub>d</sub>	缺陷应力等级	应力风险状态	修复建议
				0～0.2	Ⅰ	高风险	立即维修
0.2～0.6	Ⅱ	中等风险	计划维修
				0.6～1	Ⅲ	低风险	定期检测

在一个具体的实施例中，采用本发明对某山地输气管道进行内腐蚀缺陷检测与评价，在本实施例中，所述油气组分生成软件采用PVTsim软件，所述多相流模拟软件采用olga软件，所述管线定位仪的管道测绘系统采用RD8000管道测绘系统，所述实时动态测量系统采用RTK测量系统。

在本实施例中，该山地输气管道根据历史检测资料可知，A段为历史存在腐蚀缺陷的长管道，计算该长管道的管道沿线实际倾角以及发生积液的临界倾角，确定该长管道的积液段，结合历史检测资料中该长管道的地质灾害风险段评级结果、高后果区评级结果，确定A₁段为该长管道的腐蚀相对集中管段，然后对该腐蚀相对集中管段进行非接触式磁记忆检测，检测结果如表2所示：

表2腐蚀相对集中管段(A₁段)检测结果

表2中所述腐蚀程度为腐蚀深度与管道壁厚的比值。对上述检测结果中腐蚀深度大于0.4T(T是指管道壁厚，mm)或者应力风险状态为“高风险”的腐蚀管段，即NO.3号管段进行开挖检测验证：

(1)如图3所示，挖开腐蚀管段，腐蚀管段的两端放置在固定墩上，使腐蚀管段悬空，利用金属磁记忆检测仪TSC-2M-8顺着管内流体流动方向，分别沿腐蚀管段的12点、3点、6点和9点各时钟方位进行轴向检测。

(2)对于在金属磁记忆检测中磁场强度法向分量发生波动的位置，利用超声测厚仪对该处管壁进行测厚，同一管道截面处安排至少4个测厚点，在本实施例中安排8个测厚点。在对单个测点进行测试时，首先对超声波测厚仪及探头进行选择，超声波测厚仪的精度应达到±(T％+0.1)mm，T为管道壁厚。超声测厚通常采用直接接触式单晶直探头，也可采用带延迟的单晶直探头和双晶直探头。在一点处，用探头进行两次测厚，在两次测量中探头的分割面要互为90°，取最小值为被测工件厚度值。如果两次测厚值的偏差大于0.2mm，应重新测定。

开挖检测结果为：根据金属磁记忆检测仪和超声波测厚，得到此段管道平均壁厚5.64mm(壁厚减薄6％)，最大壁厚6.3mm，最小壁厚3.15mm(壁厚减薄47.5％，与计算值49.2％相比仅相差1.7％)，为高腐蚀严重点区域。从上述开挖检测结果可以表明，本发明能够适用于山地输气管道进行内腐蚀缺陷检测与评价，且检测效率高，结果精度高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集山地输气管道的历史检测资料，根据所述历史检测资料筛选出历史存在腐蚀缺陷的长管道，收集所述长管道的运行资料，所述长管道的运行资料包括管道的输送介质成分、长度、沿线高程及内径；

S2：判断所述长管道的积液段，结合所述长管道的地质灾害风险段评级结果、高后果区评级结果，确定所述长管道的腐蚀相对集中管段；

S3：针对所述腐蚀相对集中管段，通过非接触式磁记忆检测，确定腐蚀缺陷位置、计算腐蚀深度和评估风险状态；

所述腐蚀深度根据下式进行计算：

式中：d为腐蚀深度，m；a、b为常数；B为磁感应强度模量，nT；

为磁感应强度模量均值，nT；μ₀为真空磁导率；h为管道埋深，m；

所述风险状态根据缺陷损伤指标值进行评估，所述缺陷损伤指标值根据下式进行计算：

式中：F_d为缺陷损伤指标，无量纲；A为腐蚀缺陷引起的磁异常区域内磁场梯度y分量波动的次数；e为自然常数；α为修正系数；G_M为磁场梯度模量，nT/m；S为腐蚀缺陷引起的磁异常区域长度，m；ΔB_x、ΔB_y、ΔB_z分别为x，y，z分量上磁场强度的差值，nT；l为磁力计的长度，m；

所述缺陷损伤指标对应的风险等级如下：

当0＜F_d≤0.2时，对应的缺陷应力等级为Ⅰ级，应力风险状态为高风险；

当0.2＜F_d≤0.6时，对应的缺陷应力等级为Ⅱ级，应力风险状态为中等风险；

当0.6＜F_d＜1.0时，对应的缺陷应力等级为Ⅲ级，应力风险状态为低风险。

2.根据权利要求1所述的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，步骤S2中，所述长管道的积液段通过以下步骤进行判断：

S21：利用油气组分生成软件，根据长管道的输送介质成分建立流体模型，生成流体数据包，并将所述流体数据包导入多相流模拟软件中；

S22：在所述多相流模拟软件中建立管道几何模型；

S23：设置所述管道几何模型的物理参数，计算管道沿线的实际倾角；

S24：设置所述管道几何模型的求解条件，模拟求解，计算得到液体密度、气体密度、表观气速；

S25：根据所述液体密度、气体密度、表观气速，计算管道发生积液的临界倾角；

S26：根据所述实际倾角与所述临界倾角的值，判断所述长管道的积液段。

3.根据权利要求2所述的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，步骤S23中，所述物理参数包括管道总长度、沿线高程、管道分段、管道内径、管壁粗糙度，所述长管道分为多个管段，每个管段管道沿线的实际倾角根据下式进行计算：

式中：θ₁为管段沿线的实际倾角，°；a_n、a_n+1分别为管段起点和终点的里程，m；b_n、b_n+1分别为管段起点和终点的高程，m；n为大于0的自然数。

4.根据权利要求2所述的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，步骤S24中，所述求解条件包括在管道起点输送介质的质量流量、温度及压力；管道终点输送介质的温度及压力。

5.根据权利要求2所述的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，步骤S25中，所述临界倾角根据下式进行计算：

式中：θ₂为管道发生积液的临界倾角，°；ρ_r为液体密度，g/cm³；ρ_g为气体密度，g/cm³；g为重力加速度，m/s²；d_id为内径，m；V_g为表观气速，m/s。

6.根据权利要求2所述的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，步骤S26中，当所述实际倾角大于所述临界倾角的1.4倍时，所述实际倾角对应的管段即为积液段。

7.根据权利要求1所述的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，步骤S2中，所述地质灾害风险段评级结果需大于等于中等，所述高后果区评级结果需大于等于Ⅱ级。

8.根据权利要求1所述的山地输气管道内腐蚀缺陷检测与评价方法，其特征在于，步骤S3中，非接触式磁记忆检测包括以下步骤：

S31：利用管线定位仪的管道测绘系统探测管段路径，并在地面沿管道轴向绘制标记；利用实时动态测量系统，记录弯头、三通、标志桩或标志牌、警示桩、测试桩的GPS坐标信息；每隔1～10m对管道走向和埋深进行一次检测，每隔10～50m记录一次检测距离；

S32：通过非接触式扫描磁力计对管道磁场进行检测；检测高度保持在1～1.5m范围内，检测速度小于0.25m/s；检测过程中出现腐蚀缺陷特征信号时，暂停检测，排查周围是否存在铁磁干扰影响，对不存在铁磁干扰影响的管段，记录其出现腐蚀缺陷特征信号的里程坐标、参照物并拍照记录，插上标示桩，然后继续检测，直至所述腐蚀相对集中管段检测完毕。

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