摘要:国内外大量事故分析表明，腐蚀、螺旋焊缝缺陷、机械损伤等各类缺陷是危胁管道安全运行的高风险因素，为了保障管道的安全运行，最可行的解决方案是开展基于内检测的完整性评价三轴高清漏磁内检测器在检测能力和置信度等多方面优于传统漏磁检测器，提高了检测范围、检测精度和置信度，具有一定尺寸类裂纹缺陷的探测能力基于三轴高清漏磁内检测技术的完整性评价技术具有以下优点:缺陷定位精确、类型定性、尺寸量化;螺旋焊缝缺陷信号识别和尺寸评定填补国际空白;缺陷评价方法适用性强，评价软件界面友好，可实现批量评价和缺陷的分级排序基于三轴高清漏磁内检测的完整性评价技术，已成功应用于国内管道的完整性评价，为国内管道缺陷修复、安全运行提供了决策依据和技术支持。

关键词:漏磁、三轴、内检测、完整性评价

1前言

近年来，发生了多起管道泄漏、开裂甚至爆炸事故，调查事故的原因发现，大多数失效事件均与管道缺陷有关，这些缺陷包括焊缝缺陷、腐蚀、机械损伤等。面对管线的高风险因素，对管道运营者提出如下问题:

(1)什么时间会发生泄漏?位置在哪里?

(2)应该如何应对?

(3)安全运行压力是多少?

(4)这条管道还能用多少年?

要回答这些问题，就要对管道进行完整性评价完整性评价是管道完整性管理的核心步骤，它是通过特定技术手段获取管道缺陷信息来对管道的完整性进行评估，以明确现在和将来管道达到安全运行状态的能力和水平的过程完整性管理的价值最终体现在合理有效的维修维护计划卜来，通过维修维护来降低管道运行风险和提高安全水平，而完整性评价则是为维修维护计划的制汀提供依据通常而言，完整性评价是基于风险评价的结果，对高风险段的管道缺陷进行检测，对缺陷的剩余强度和剩余寿命进行评估，并顶测缺陷导致管道失效的发展趋势，在此基础卜给出管道整体安全运行卜限条件，并制汀有针对性的维修维护计划。

完整性评价主要有3种方法:

(1)内检测法

通过内检测，找出缺陷，根据缺陷尺寸评定管体完整性。

(2)压力试验法

通过打压试验，暴露不能够承载的缺陷。对在役管道，受停输、清管、污水处理等条件的制约此外，容易造成某些缺陷恶化，增加风险。

(3)直接评估法

通过地面检测、开挖验证等综合分析管道整体状态。此方法缺陷数据采集不全面，评价不充分，而且无法检测管体缺陷。

综合分析，为了保障管道的安全运行，最可行的解决方案是开展内检测，确定缺陷的位置和尺寸，然后根据尺寸进行强度评价，根据评价结果进行针对性修复。三轴高清漏磁内检测器在检测能力和置信度等多方面优于传统漏磁检测器，提高了检测范围、检测精度和置信度，具有一定尺寸类裂纹缺陷的探测能力，相比较其它检测器，适用范围也更广，基本适用于国内长输油气管道的检测。

2三轴高清漏磁内检测技术

2.1技术原理及特点

漏磁检测器在管道内运行过程中，其携带的永久磁铁将管壁饱和磁化，管壁与钢刷、磁铁及铁心形成磁回路，当管壁没有缺陷时，磁力线在管道内均匀分布，形成匀强磁场。当管壁有缺陷时，磁力线在缺陷处扭曲，穿出管壁产生漏磁。在里程轮脉冲信号触发下，探头模块将表征管道特征的磁场信号转换为电信号，经过信号集中处理模块后进人电子包，并记录在电子包的存储器内，这些原始数据在检测器运行完毕后导出到计算机中，由专业数据分析人员进行分析处理。

如下情况会使磁力线产生扭曲:(1)管壁中有金属损失点;(2)如果有金属接近管壁;(3)材质变化。

三轴高清漏磁内检测器可区分内外缺陷，ID/OD探头的原理是利用较弱的局部磁场磁化管道的内壁，形成局部小磁场区，当管道内壁出现缺陷时，局部小磁场区的磁场被扰动，通过ID/OD探头探测这种扰动，从而发现缺陷。由于形成局部小磁场区的磁铁非常弱，管道外壁的缺陷对该局部磁场区不能产生扰动，也就不能探测到管壁外部的磁场，从而区分管道内外缺陷。

三轴高清漏磁内检测器，是指具备能够同时记录磁场三维空间分量的高清晰度内检测器三轴高清漏磁内检测器的基本工作原理与传统漏磁内检测器完全相同，主要区别是三轴漏磁检测器在一个探头中放置了三个方向的传感器，可以同时记录泄漏磁力线的三维分量，提高了对缺陷的识别和评定能力;而传统漏磁检测器只能记录一个方向的磁力线强度变化。

由于三轴漏磁内检测器在同一位置记录了磁场的三维矢量，通过专门的漏磁数据读取工具分析管道缺陷处三个方向的漏磁分量，可以判断出缺陷的深度、长度、宽度等特征信息，清晰地回归出缺陷的儿何变化特征，提高了根据缺陷信号特征回归缺陷儿何尺寸的精度。三轴方向信号的记录使得三轴高清漏磁检测器在检测能力和置信度等多方面优于传统漏磁检测器，主要具有三个方面的特点。

（1）增加了对不同缺陷的检测能力，提高了检测范围，在一次检测中可以准确测量日}不同方向分布的狭长类裂纹缺陷。

(2)提高了检测精度和置信度

(3)具有一定尺寸类裂纹缺陷的探测能力，可以检测出具有一定开口尺寸的各类裂纹缺陷。

虽然三轴漏磁检测器提高了对金属损失缺陷的检测精度和置信度，但依然对没有开[lI的微小裂纹缺陷不敏感，具有一定的局限性，检测成本高也是该检测器的一个缺点。

2.2缺陷信号特征

对于典型的缺陷，例如腐蚀缺陷，三轴高清漏磁检测可以较为准确的检测出来，对其检测信号的识别，缺陷尺寸的顶测都有成熟的方法，而且得到了实践的检验。下图为典型腐蚀缺陷轴向、径向和周向磁力线的信号。对于螺旋焊缝缺陷，国际卜没有针对性的检测分析技术，牵拉试验和现场开挖验证表明现有三轴高清漏磁检测器可以发现焊缝缺陷信号异常，但无法有效解读信号。

中国石油管道研究中心首次在国际卜提出了三轴高清漏磁内检测螺旋焊缝缺陷信号识另of方法，研究出了信号判定和尺寸评定模型，实现了从螺旋焊缝缺陷三轴漏磁信号特征卜判读出缺陷的类型和尺寸大小，填补了国际卜在此方面的空自。

3工程适用性评价

由于三轴高清漏磁内检测技术的特性，可检测出螺旋焊缝未熔合和未焊透、环焊缝缺陷、腐蚀、凹陷等各类缺陷，而且可以给出大部分缺陷的尺寸，这就为缺陷的工程适用性评价奠定了坚实的基础。因为原始内检测数据的复杂性，检测商只典型地评估这些信息并给管道运营公司提供结果。管道运营公司的责任则是随后的分析和评估这些数据，并制定修理和减缓风险的措施。这就要求管道运营公司具备成熟、先进、适用的工程适用性评价技术。对于某类缺陷，例如腐蚀缺陷，评价方法较为成熟，根据腐蚀缺陷尺寸提供的精度，可以采用不同的评价方法。而对于某些缺陷，例如螺旋焊缝缺陷，国际卜尚没有成熟的标准，中国石油管道研究中心采用应力分解的方法，消除了原有投影法只近似适用于裂纹面法向与主应力方向比较接近情况的限制，丰富、修正和改进了对螺旋焊缝适用性评价的方法。建立了四种管道螺旋焊缝缺陷评价模型，研究并修正了螺旋焊缝缺陷评价方法，实现了螺旋焊缝缺陷严重程度的等级划分与排序。在对各种缺陷评价方法研究的基础卜，开发了管道完整性评价软件，该软件缺陷评价方法适用性强，评价软件界面友好，可实现批量评价和缺陷的分级排序。

本文以腐蚀为例，简单介绍一下腐蚀缺陷的工程适用性评价对于腐蚀缺陷剩余强度评估，国际卜有较多成熟的标准，其中，ASMEB31G、了ST了ENG  0.85dL、了ST了ENG有效面积法适合中低强度钢的评价，DNV 了P F101适合中、高强度等级管道的缺陷评定。腐蚀管道剩余强度评价应在以下两个方面进一步深人研究:用有限元方法研究腐蚀管道的剩余强度，应该考虑更复杂的情况，如正确的考虑轴向载荷和弯曲载荷及其联合作用下以及更复杂的腐蚀形状等;进一步研究在内压和附加载荷联合作用下环向腐蚀缺陷的剩余强度评价。

通过对现场管线进行阶段性的腐蚀检测，得到腐蚀深度随时间的变化趋势，从而得到腐蚀速率发展趋势，拟合出经验公式，即可顶测下一阶段的腐蚀速率。为了保证顶测的精度，顶测的时间不宜太长，而是应该隔一定时间后再进行检测，结合历次检测数据，给出下一阶段的腐蚀速率。检测的次数越多，所获得的结果与实际腐蚀速率越相符合。基于依据定期全线腐蚀检测数据为基础的剩余寿命顶测模型，在数据依据充分的条件下(三轴高清漏磁检测技术可提供充分的数据)，能充分显示管段不同区段腐蚀发展差别，顶测精度和可信度高，可为管道再检测周期决策提供支持。

4应用案例

应用基于三轴高清漏磁内检测的完整性评价技术，已成功对某管道开展了完整性评价，提出了缺陷修复计划和安全运行建议，为该管道缺陷修复、安全运行提供了决策依据。

通过内检测，检测出了威胁该管道安全运行的高风险因素，检测出包括腐蚀引起的金属损失、螺旋焊缝异常、环焊缝异常、凹陷等各类缺陷，同时还识别出大量管线修补补丁特征以及管线附属物，并且结合信号分析技术对缺陷进行了量化。

根据三轴高清漏磁内检测结果，对检测发现存在缺陷的状态进行了系统评价，评价对象包括腐蚀、螺旋焊缝缺陷、环焊缝缺陷、凹陷及其它缺陷等，评价内容主要涵盖了失效压力、使用寿命顶测等，并根据评估结果给出了修复建议和再检测计划建议。

管道运营单位根据修复建议和再检测计划建议对管道进行了针对性地维修维护，由于基于三轴高清漏磁内检测的完整性评价技术缺陷定位精确，可较为准确的给出缺陷修复的位置，由于尺寸量化，可以顶先按缺陷尺寸准备修复的材料可以彻底地将传统的事后维修变为事前顶防，真正做到管道的风险可控，事故可防。

5结论

（1）三轴高清漏磁检测器在检测能力和置信度等多方面优于传统漏磁检测器，增加了对不同缺陷的检测能力，提高了检测范围，提高了检测精度和置信度，具有一定尺寸类裂纹缺陷的探测能力。

（2）基于三轴高清漏磁内检测技术的完整性评价技术具有以下优点:缺陷定位精确、类型定性、尺寸量化;螺旋焊缝缺陷信号识别和尺寸评定填补国际空自;缺陷评价方法适用性强，评价软件界面友好，可实现批量评价和缺陷的分级排序。

(3)基于三轴高清漏磁内检测的完整性评价技术，已成功应用于国内管道的完整性评价，为国内管道缺陷修复、安全运行提供了决策依据和技术支持。

《管道保护》2012年第1期（总第2期）