国内外油气管道淦测监测技术发展现状.pdf

李育忠等 国内外油气管道检测监测技术发展现状 3 管道监测光纤传感技术国内外现状与 发展动态 随着激光和光纤技术的发展 ，分布式光纤传感技 术将是未来油气管道安全监测技术的主要发展方向。 近年来 ，国内外在此技术领域进行 了大量研究 ，干涉 式光纤传感技术利用光纤受到所检测物理场感应 ，如 温度 、压力或振动等 ，使导光相位产生延迟 ，经由相 位的改变，造成输出光的强度改变 ，进而得知待测物 理场的变化 。干涉式分布光纤传感技术相对于其他技 术的优点是它 的动态范围大 、灵敏度高。 干涉式分布光纤传感技术起步较早的是澳大利亚 的 F u t u r e F i b r e T e c h n o l o g i e s F F T o该公司研制了光纤 管道安全防御系统 ，对管道构成威胁 的行为所产生的 各类振动 、位移进行监测 ，并可以利用已有 的通讯方 式构成通信网络 ，实现一个实时性、可精确定位的防 止第三方干扰的检测系统。此前 ，F F T公司产品在我 国管道上进行过试验测试 ，效果不佳 ，遂转 向环境较 为单一 的边界防范领域 ，产 品已经在机场边界和国防 线上做了很多推广。美国H o n e y We l l 霍尼韦尔 利用 提高音波测试技术方案 ，能够实现泄漏发生后的事件 和位置检测 ，属于事后检测 ，不能避免经济损失及对 环境造成 的污染 ，但是对于无 同沟光缆的管道具有一 定的竞争力。美国 S c h l u mb e r g e r 斯伦贝谢 采用光学 时域反射法 O T D R 一种广泛应用于陆上和海底 监测的分布式感应技术 ，该系统软件可连续分析返回 的光信号，获得这些参数在光纤的变化情况 ，从而即 时检测并定位事件 ，但是 O T DR技术属于一种静态或 者准静态的折射率变化测量技术，无法检测振动变化 等瞬态事件 ，因此在预警市场上受到一定的制约。在 该领域管道局技术处于国际先进水平 ，自主研发的光 纤管道安全预警技术无论从检测距离还是检测精度方 面都达到了较高水平。 随着管道 的建设 ，各种 技术监 测手段 也在不 断发 展 ，目前应用 于管 道泄漏 监测 的方法 主要有压 力梯 度 法 、负压力波法 、流量平衡法 、超声波检测法 、光纤 传感等物理方法和一些化学方法 。这些方法的特点和 应用场合各不相同，纵观 目前国内与国外的各种管道 泄露监测技术 ，我国负压波法 ，流量平衡法 、压力坡 降等输油管道泄露监测技术的发展水平与国际先进水 平 相差无 几 。但这些 方法无 法对微 小泄 露进行识 别 和 定位，而且受介质的流体的特性限制，不能用于气体 管道的泄漏监测及微小泄漏的监测。在采用光纤传感 技术对管道地质灾害的监测和评估方面 ，管道局进行 了多种技术研究 ，研发了 B O T DR系统和应变检测系 统 ，该系统在应用层面上解决了如何测量管道变形与 如何测量应力的问题，达到了国内先进水平 ，部分实 验方法达到了国际先进水平 ，在设备研发 、测量精度、 测量距离方面仍需提高。 表 3 管道局 4 0 i n高清晰度检测器技术指标与 NA CE标准指标对比 参 数 NACE标 准 管 道 局 轴 向采 样 间 距 2IT I Il l ， 固定频 率 随 速度 变 化 3 ． 3 mm 周 向探 头 间 距 8～1 7 mm 6 ． 9 m m 最 小缺 陷 深度 1 0 ％ 壁厚 最 小缺 陷深 度 1 0 ％ 探测 能力 深度测量精度 一 1 5 ％ ～2 0 ％ 与缺陷类型有关 深度测量精度 1 0 ％ 最 小 检 测 速 度 要 求 0 ． 5 m／ s 线 圈 无 要 求 霍 尔 最 大 检 测 速 度 要 求 4～5 m ／ s 5 m ／ s 最小磁 场强度 1 0 ～ 1 2 k A／ m 最小 磁场 强度 1 6 k A／ m 最 小 磁 化 水 平 最小 磁流 密度 1 ． 8 T 最小 磁 流密度 1 ． 7 T 长度测量 精度 轴 向 1 0 m m 土1 0 ra m 宽度测量 精度 周 向 1 O～1 7 ram 1 O m m 轴 向定位精度 1 ％ 。 最近参考点 轴向定位精度 I ％ 。 最近参考点 定 位 精 度 周 向定 位 精 度 5。 周 向定 位精 度 5。 可信 度 8 O ％ 8 O ％ 2 0 1 2年 第 2期 石油科 技论坛3 3 4 管道焊接无损探伤技术世界前沿现状 及发展趋势 在无损检测方面 ，国外在油气储运领域 ，新的无 损检测技术层出不穷 ，成熟的超声检测技术和射线检 测技术向模块化 、专业细分方 向发展，新发展的检测 技术包括电磁超声技术 、高频导波技术 、激光超声检 测技术等 ，正通过不断的积累和完善开始推广应用。 4 ． 1 相 控 阵 超 声 检 测 技 术 相控阵超声检测系统是通过电子技术来实现声束 的扫查方向和聚焦深度的控制 ，可以用同一个探头来 实现 对不 同壁厚 、不 同管径 、不 同材 质管道 焊缝 的检 测 。作为相 控 阵超声 检测技 术 的发展 ，相控 阵超 声多 维成像技术是 目前无损检测行业的前沿技术之一 ，其 原 理是 基 于换能 器在 被检测 材料 或结 构的物 理位 置坐 标和超声信息 ，建立相应的数学模型 ，根据采集到的 回波信息采用不同颜色或灰度图像的形式再现其内部 缺陷或结构信息 ，可以准确判断材料 中缺陷的位置 、 大小 、分布 、取向等特征 。 近年来 ，超声多维成像技术中的 C扫描 、D扫描、 P扫描成像技术发展迅速 ，其中的面阵相控阵扫查技 术利用面阵相控阵探头的可编程控制特性完成不规则 工件 截 面的完 整扫 查 ，而不需 要移 动探头 ，在 检测空 间受限或工件结构复杂时技术优势 明显 。 国际上先进 的相控阵技术指标如下所示 1 一次激发晶片数量不少于 3 2 个 ，可支持 1 2 8 晶片相控阵探头，同时支持一发一收检测模式 ； 2 相控阵系统支持 1 0 2 4聚焦法则 ； 3 最 大时基长度不少 于 2 0 0 0 0 0 ； 4 采集系统采用便携式、 全密封、 无散热风扇设计； 5 系统带宽为 0 ． 5 ～1 5 MH z 一 3 d B ； 6 脉冲重复频率不少于 1 0 k H z ； 7 采样频率为 1 0 0 MH z ； 8 实时显示 A扫描 、B扫描 、C扫描 、D扫描 、 S 扫描 和 T O F D扫描 ； 9 软件可实现工件3 D 建模和C A D工件模型导入； 1 0 软件可实现声场三维仿真和 3 D 数据显示， 可 计算声束 与缺陷之间的相互作用 。 4 ． 2 数 字射线检测 技术 数字 x射线技术主要包括 C R和 DR成像检测技 3 4 石油科 技论坛 2 0 1 2年第 2期 术，C R技术即计算机 x射线成像技术 ，是用影像板 I P 替代传统的胶片 ，D R则是指直接采用电子扫描成像 技术。C R和 D R技术 已经开始在临床医学 、非标件的 无损检测等领域大量推广应用，其成像面板主要被柯 达 、G E等少数在成像材料研制方面领先的大公司垄 断。C R和 D R技术具 有不用成像胶 片 、更宽 的动态范 围和更小的像素尺寸等优点 ，在图像 的对 比度 、宽容 度和所具备的灰 阶指数方面都优于胶片 ，数字射线成 像能够通过网络共享和评估影像，加快工作流程 ，在 管道环焊缝检测领域发展潜力巨大 图 7 。 a焊缝射线高清成像 图 7 焊缝射线高清成像与射线普通面阵成像对比图 国外高性能数字射线检测设备技术水平表现如下 1 相对灵敏度优 于 1 ． 5 ％； 2探测器空间分辨率小于 0 ． 0 8 m m； 3探测器成像分辨率为 1 0 2 4 X 1 0 2 4 ； 4系统分辨率不少于 5 L p ／ mm； 5动态扫查速度不少于 2 m ／ m i n ； 6图像灰度等级为 4 0 9 6 。 4 ．3 超 声 导 波 检 测 技 术 超声 导波检 测系统 是近年快 速发展 起来 的检 测新 技术 ，其检测原理是通过特殊激励模式产生纵波 、扭 转波和弯曲波 ，沿管壁向前传播 ，在遇到管壁缺陷后， 一 定比例的能量被反射回探头 ，从而对缺陷进行定位 和定量分析。常用于快速检测 内部和外部腐蚀以及轴 向和周围的裂纹 ，在检测裂纹和金属损失 大于横断 面的 3 ％方面有很多应用 ，特别在埋地输油气场站工 艺管线进行长距离检测时具有其技术优势。 随着超声导波检测技术向高频、多模式超声导波聚 焦技术的发展，超声导波技术一定会在油气管道腐蚀检 测 、储罐检O n , 0 、海洋平台检测等领域得到应用推广，为 李育忠等 国内外油气管道检测监测技术发展现状 输油气的安全运营提供保证。技术水平表现如下 1 检 测灵敏度 为 3 ％； 2轴向定位精度为 1 0 0 ra m； 3 周 向定位 精度 为 6 。 ； 4 频率范围为 1 8 0 k H z ～1 MH z ； 5 采样率为 1 0 0 M S ／ s ； 6 耦合方式为干耦合 ； 7通道 数量不少 于 1 6 。 国内尽管无 损检 测技术 发展 积累 的时 间不 长 ，与 无损检 测核心技 术研发配套 的元器件研发 和引进滞后 ， 但近几年也取得了长足进步，其中相控阵研发技术已有 普及的趋势，电磁超声的理论和实验室研究在大学开展 的很多，激光超声的实验室研究国内也已开展多年。 国内在管道焊缝检测工作 中，使用的主要是射线 胶片探伤 ，在西气东输工程中开始采用全 自动相控阵 超 声 检 测 技 术 ，西 气 东 输 工 程 中共 引 进 了 1 3套 R D T E C H公司的产品。数字射线检测技术 日渐完善 ， 但 还 没有在 工程实 践 中推 广应用 。超声 导波 检测均 采用 国外技术和设备 ，国内还没有产品化。随着我国管道 建设的发展和施工设备的 自动化程度的提高 ，必将推 动各 种 自动超 声 检测技 术 的发展 。 【 参考文献 】 [ 1 ] 张瑞鹏 ， 姚 士洪． 我 国油气 管道运输技 术 的科 技创 新 之路卟石油科技论坛， 2 0 0 9 ， 2 8 3 1 5 ． [ 2 ] 赵 玉建． 坚持 科技创 新服 务 重点工程努 力提 升 中 国石 油管道建设整体水平卟 石 油科技论坛， 2 0 1 1 ， 3 0 3 1 7 -1 9 ． 【3 】 张志宏， 王丽娟， 李可夫， 等． 我国油气储运技术发展趋 势分析卟石油科技论坛， 2 0 1 2 ， 5 1 1 1 6 ． [ 4 ] 曹永利， 黄福祥， 王勤． 我国长输管道焊接技术进展及 发展 方向u J _ 石油科技论 坛， 2 0 1 2 ， 3 1 1 7 1 1 ． 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 0 5 改 回 日期 2 0 1 2 0 2 1 0 o 上接 2 9页 已有成果 ，如果该项 目能够上去 ，我国在世界的管道 业上可以成为真正意义上的巨擘 1 2 ． 3 施 工 技 术 我国的长输管道 目 前正在进行大口径、高压力、高钢 级的施工建设研究 ，正在组织试验 X l O 0 钢级的管道试验 。 针对长输管道建设的技术进步 ，作为施工技术方 面要解决 以下问题 一 是解 决 高钢 级管 道元 件 的制造 问题 ； 二是解决高钢级条件下管道防腐中的中频加热对 管道强度性能的影响 ； 三是解决现场冷弯管的弯制对形状和强度的影响； 四是解决焊材和异种钢的焊接方法 ； 五 是解 决 试压 中的安全 问题 。 还有诸如冻土地带的施工技术 、山区 、水 网和沼 泽地区施工技术 、专用施工机具设备的研制。 特 别是将 在 西气 东输 四线 、五线使 用 直径 为 1 4 2 2 mm的管道，其施工装备 、管道元件制作 、定向穿 越 、线路安装上仍有许多技术问题需要研究解决。如冷 弯管机的设备及模具 ，大口径的管道元件的制造模具、 设备 、工艺，管道的双管或三管连焊预制，线路施工的 镪E 强 簪 巍 疆臻 工艺及设备，长臂 吊管机研制，大口径管段的定向穿越 技术等。建议相关单位尽早组织开展此方面的攻关，列 出细项 、系统研究 ，定出专人负责，限期完成 ，为西气 东输四线 、五线建设做好技术准备和储备工作。 管道施工建设到今天已不是简单的密集劳动 ，而 是高科技和精细管理的集合。我们应该有效地积累人 才 ，建立人才施展通道 ，有效激发人才的智力和激情 ， 为技 术人员 提供适 宜 的工作环 境 、条件 的机 制 。这 些 措施的有效实施 ，将为我国真正成为管道建设和管道 技 术 的大 国奠定 坚实 的基 础 【 参考文献 】 [ 1 ] 赵玉建． 坚持科技创新服务重点工程努力提升中 国石油管道建设整体水平卟石油科技论坛， 2 0 1 1 ， 3 0 3 1 7 -1 9 ． [ 2 ] 徐昌学． 科技创新铸就管道科技竞争力卟 石油科技论 坛． 2 0 1 1 , 3 0 6 2 4 ． [ 3 ] 王岩， 王艳． 浅议管道施工企业强化科研基础管理对 策U 】 ． 石油科技论坛， 2 0 1 1 ， 3 0 6 1 1 1 3 ． 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 0 5 改回日期2 0 1 2 0 2 1 0 o 2 0 1 2年第 2期 石油科技论 坛3 5