刘陇 胡庆有 朱玲 杜建飞 张春龙 党春晖

国家管网集团云南公司

摘要：低流量天然气支线管道因介质流速低、工况波动大、管道口径小等特点导致内检测作业瓶颈。本文以西南地区某低流量天然气支线管道为研究对象，介绍了先期开展两次管道内检测作业的情况，分析了检测故障原因，从“设备设计、工艺操作、流程管理”三方面提出了系统性优化方案，总结了优化后检测方案的技术优势。运用优化方案成功实施了支线管道内检测作业。指出改进后的优化方案是可复制的低流量管道内检测解决方案。

关键词：低流量天然气管道；多粉类管道；管道内检测；分阶段检测；场站阀室工艺调整

西南地区某天然气支线管道全长约200 km，2016年投产，设计压力6.3 MPa，输送压力4 MPa，管径219 mm，钢管等级L290，直缝埋弧焊缝管；主要壁厚5.6 mm、6.4 mm，热煨弯管曲率半径大于5 D，共设场站2座、阀室7座。该管道投产后先期开展过两次内检测工作，均因“低流量、多粉类、长距离管道的检测难题”未顺利完成。在深入分析导致检测故障关键原因基础上，提出对检测器结构和检测流程进行调整，优化内检测作业方案，以期顺利实现小口径低流量支线管道的内检测工作。

1  开展管道内检测情况

1.1  首次内检测概况

2020年，管道首次内检测共发送4次泡沫清管器，含低、中密度各1次，高密度2次。2020年9月、10月分别发送低密度泡沫清管器和中密度泡沫清管器，均未到达支线末站收球筒，且2个月后支线首站分输过滤器仍发现清管器碎片。随后，通过阀门工艺操作多次调整站场及阀室分输量，首次发送高密度泡沫清管器成功到达支线末站，但总运行时间240小时27分钟。清管器自身断裂为两半，磨损不均匀且严重，运行后外径200 mm。初步判定清管器损伤由发球筒温度计伸入管内过长导致。移除发球站温度计后，第二次发送高密度泡沫清管器，同时调整分输量优化运行，成功到达支线末站，总运行时间79小时42分钟，较前次缩短66.7%。清管器整体结构基本完整，磨损正常，运行后外径205 mm，仅完成内检测器推进任务（图 1）。

图 1 高密度泡沫清管器清管前后对比

1.2  第二次内检测概况

2023年9月开展第二次管道内检测，首先联合分输用户调控清管器前后方分输量，建立清管器前后压差（保障检测器运行速度在0.2～5 m/s，管线压力降至4.2 MPa），发送第一个中密度泡沫清管器运行72小时12分钟到达支线末站。清管器整体结构基本完整。继续发送第二个泡沫涡流清管器（模拟体），在4#阀室后发生卡堵。随后发送第三个高密度泡沫清管器（救援球），经多次调整站场和阀室的分输量，运行92小时17分钟到达支线末站。第二/三次清管器有多处疑似焊瘤或变形点造成的划痕。后续发送第四个泡沫涡流检测器，经多次调整站场和阀室分输量，共运行64小时07分钟到达支线末站，运行基本正常，没有出现较长时间的卡堵，检测器外观完整无探头损坏（图 2），数据存在部分丢失。

图 2 泡沫涡流检测器清管前后对比

2  检测故障原因分析

2024年10月该支线5#、6#、7#阀室进行截断阀更换动火作业，管道打开后发现内部杂质较多，底部存有2～3 cm厚的黑色粉末（主要成分Fe3O4，FeO（OH）和FeCO3，未发现冒烟、自燃现象）。结合长距离检测后检测器表面覆盖了一层较厚铁泥，分析管道底部较厚铁泥来源于长距离检测器表面包裹物质。推测管道内检测失败的主要原因是以下3点。

（1）原检测器中涡流探头和几何探头集成封装在泡沫球体内成一个整体，检测时采集数据量过大且复杂，几何探头由于反弹设计存在无法回弹问题导致检测的几何数据不准。

（2）管道内粉末杂质影响检测器运行造成卡堵，导致检测失败。

（3）腐蚀传感器采用涡流原理，除腐蚀缺陷外，应力等外部载荷及管道材质等均会造成异常信号，采集的涡流信号外部干扰及噪声导致数据分析结果不准，检测结果无法参考。

2.1  优化方案

（1）设备设计优化。一是拆分检测功能，降低数据干扰：将原“几何+涡流一体化”检测器拆分为独立的泡沫几何变形检测器与泡沫涡流检测器（tu.3），分别聚焦管道变形与腐蚀缺陷检测，避免两类数据叠加导致的分析误差。二是升级硬件配置，强化检测能力。几何检测器探头数量从6个增至12个，增加IMU定位模块，轴向定位精度≤±0.1 m（参考环焊缝间距误差），环向定位精度±15°，可精准测量凹陷深度（图 3）。涡流检测器传感器数量从12个增至20个，提升金属损失检测灵敏度，可识别≥9% wt的金属损失（原设备易漏检＜10% wt的缺陷）。

图 3 检测器结构调整

（2）工艺操作优化。一是压力与流量协同调控，解决低流速问题：针对支线流量低（22.8×104 m3/d）导致的设备运行缓慢问题，提出“降压提速”策略是：将运行压力从4.74 MPa降至4.2 MPa，使检测设备平均运行速度从0.65～1.63 m/s提升至0.73～1.83 m/s，总运行时长从69小时12分钟缩短至61小时34分钟，避免了因流速不足导致停滞。二是分输阀室动态管控，减少流速波动：制定“检测器到达前关闭分输阀，通过后恢复分输”的操作流程，避免分输量导致的局部流速骤降。例如，检测器通过2#阀室前关闭分输阀（原分输量3.2×104 m3/d），通过后重新开启，确保设备通过阀室时速度稳定在1.0～1.2 m/s。

（3）流程管理优化。一是前置清管与踏勘，排除管道障碍：优化方案增加 “中密度泡沫清管”前置环节，清除管道内铁粉、螺杆等污物，避免杂质卡阻检测器；同时对200 km管线开展踏勘设标，每1 km 埋设1个定标盒（共设置150个），精准定位检测器运行位置，解决 “跟丢球”风险。二是完善应急与质量管控，保障作业安全。在应急层面：制定卡堵、泄漏、火灾等14类应急预案，配备救援清管器、带压开孔设备等，如发生检测器卡堵时，可通过“升压推球→发送救援球→割管取球”三级处置，避免管道长时间停运。在质量层面：建立“检测—开挖验证—报告反馈”闭环，并依据GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》等标准出具完整性评价报告，确保检测结果可追溯、可验证。

（4）应用场景拓展。优化方案不仅适用于该支线（219 mm管径、X42钢），还成功应用于多类管道场景，从“单一支线”拓展到“多类型管道”，证明其广泛适配性。

2.2  检测效果

（1）检测过程与关键数据。2024年12月9日至11日，采用改进后的内检测优化方案对该支线管道进行了内检测作业，于09日14时12分从首站发送经优化设计的独立泡沫几何变形检测器，于11日16时39分顺利抵达末站收球筒，运行时间50小时27分钟，全程无卡堵。相较于2020年、2023年，检测运行效率显著提升。

检测器回收后状态完好（tu.4），无机械性损坏或探头丢失。几何检测器运行后平均直径磨损约2 mm（由初始209 mm减至207 mm），磨损均匀，属正常作业损耗（图 4）。前置的中密度泡沫清管器清除管道内粉末及杂质，主要为黑色铁基粉末（Fe3O4等），有效降低了后续检测器的运行阻力与数据干扰风险。

图 4 检测完成后球体回收

（2）数据获取与质量评估。本次检测数据采集完整，未出现类似前两次的数据部分丢失或信号紊乱问题。几何检测器记录的环焊缝、弯头、三通等管道特征点识别率超过98%，轴向定位误差控制在±0.1 m以内。涡流检测器采集的信号质量稳定，经初步分析，传感器数据覆盖连续，无大段异常噪声。

（3）综合成效。本次优化方案的应用，实现了该低流量、多粉类长输支线管道从“无法完成有效检测”到“高效、成功获取高质量检测数据”的根本性转变。检测过程安全、受控，运行时间大幅缩短，数据完整可靠，达到了管道完整性评估的基础数据要求，为后续管道维护决策提供了坚实依据。

3  优化方案关键技术优势

（1）高适配性，匹配支线管道特殊工况。一是通过能力强，适应复杂管段：设备最小可通过3 D曲率半径弯头（支线弯头最小半径 R =5 D），最大可通过25% 管径的管道变形，能顺利穿越沿线7座阀室及2座场站的三通、阀门等管件，避免因管道局部变形导致的卡堵风险。二是宽参数兼容，覆盖支线需求：适应壁厚范围5.6～8.0 mm（支线壁厚5.6～6.4 mm），工作温度5～70 ℃、耐压≤5 MPa，与支线天然气输送介质特性及4.2～4.74 MPa运行压力完全匹配；速度范围0.2～5 m/s，通过工艺调整（如降压至4.2 MPa）可将运行速度控制在1～3 m/s最佳区间，避免低流量导致的设备停滞。

（2）高稳定性，保障长周期运行可靠。一是结构耐用，损耗率低：采用3节式泡沫结构（几何检测器长度1500 mm、重量40 kg；涡流检测器长度 1500 mm、重量45 kg），外壳耐磨且弹性好，运行后直径磨损仅2 mm，传感器（几何12个、涡流20个）及3个里程轮无丢失或损坏，满足200 km长距离检测需求。二是续航充足，数据连续：设备工作时长可达95～100小时（支线理论运行时长61～69小时），搭配IMU惯性测量单元，可实时记录里程与位置信息，避免因续航不足导致的数据中断。

（3）高精准性，减少误判与漏检。一是信号抗干扰能力提升：涡流检测器优化信号过滤算法，减少管道应力、材质差异等外部载荷对腐蚀检测的干扰；几何检测器改进探头回弹设计（原6个探头无法回弹，改进后12个探头回弹稳定），避免几何数据失真。二是特征识别全面：可精准识别环焊缝、弯头、阀门、三通等基础特征（识别概率≥98%），以及凹陷、金属损失等缺陷（识别概率≥90%），经开挖验证均确认缺陷真实存在。

4  结语

针对低流量、多粉类长输天然气管道内检测存在的问题，从“设备设计、工艺操作、流程管理”三方面提出了系统性优化方案。设备设计优化从“一体化”到“模块化”，提升了数据质量；工艺操作优化从“被动适应”到“主动调控”，保障了运行效率；流程管理优化从 “单一检测”到“全周期管控”，降低了作业风险；应用场景拓展从“单一支线”到“多类型管道”，验证了方案通用性。建议设备选型需“适配工况”，针对低流量管道优先选择泡沫材质检测器（过盈量2%～5%），减少运行阻力，搭配IMU定位与低频跟踪设备，避免“跟丢球”。工艺调整要“动态协同”，通过降压、调控分输等方式优化流速，确保设备运行速度在0.25～5.0 m/s区间，同时提前清管排除杂质，降低卡堵风险。质量管控应“闭环验证”：检测后需通过开挖验证（覆盖主要缺陷类型）、数据复核（与超声 / 射线检测对比）确保结果准确，避免误判导致的资源浪费。优化方案与检测设备通过“适配性、稳定性、精准性”的三重提升，有效解决了低流量长输管道内检测的核心痛点，为同类项目提供了可落地的技术范式。

作者简介：刘陇，1983年生，高级工程师，2006年毕业于湖南大学机械与运载工程学院机械设计制造及其自动化专业，主要从事管道完整性管理与管道保护工作。联系方式：18693102258，liulong@pipechina.com.cn。