一種海底管道超聲內檢測技術綜合驗證平臺與方法

崔礦慶 宋通 陳秋華 劉洋 李志華

摘 要：本文以海底管道超聲內檢測器及其綜合試驗驗證平臺及方法為研究對象，研究了超聲內檢測器在海試前的陸地綜合驗證平臺的建設及驗證的必要性，并對綜合驗證平臺所包含的管道特征、工藝參數、試驗方法、試驗流程進行了研究及試驗驗證。

關鍵詞：海底管道；超聲內檢測；綜合驗證平臺

中圖分類號：TP274.53 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0153-03

1 概述

石油、天然氣資源是我國科技、經濟賴以生存和發展的支柱，隨著陸地石油、天然氣資源的日漸枯竭，人們將目光投向深邃的海洋，海底石油的開采、運輸離不開管道，管道運輸已與鐵路、公路、航空、水運并稱為五大運輸方式[1-2]。

海底管道運輸技術高速發展的同時，安全問題不容忽視，管道的老化、腐蝕、施工缺陷等因素導致管道泄漏，為掌握海底管道的損壞情況，以保證管道運行安全可靠，管道內檢測技術迅速發展，提高管道的安全性運行具有重大意義[3]。管道在運行過程中會受到各種環境因素的影響，必須對海底管道進行定期檢查和維修，以保障在役管道的安全運行。管道內檢測技術被廣泛應用于鋼鐵、石油、化工等工業領域。

海管與陸地管道工況基本相同，差別在于陸地管道可以對內檢測器進行管道外的跟蹤和精確定位，能夠準確獲得內檢測器的位置，一旦卡堵進行開挖維修相對容易。然而，對于海底管道，目前尚無法對管道內運行的內檢測器進行跟蹤定位，一旦卡堵，無法獲取內檢測器卡堵位置信息，維修成本極高。因此，海底管道內檢測作業對內檢測設備的功能、性能、環境適應性均提出了更高的要求，因此在內檢測設備正式進行檢測作業前，需要對真實海管環境在陸地進行充分的模擬試驗，充分驗證產品的功能、性能，最大程度降低作業風險。

2 超聲內檢測技術

管道內檢測技術使用較多的是漏磁內檢測和超聲內檢測。與漏磁內檢測技術相比，超聲波內檢測技術可以直接測量管道的剩余壁厚，可以發現管道的裂紋缺陷，檢測精度高，特別是在基線檢測中，往往使用超聲波內檢測技術，可以全面了解管道安裝完成后的基礎數據。

不同于漏磁檢測，超聲檢測需要液體介質，因此無法利用陸地牽拉試驗驗證平臺對超聲內檢測設備的功能、性能驗證，為保證超聲內檢測設備在正式投入使用前滿足待檢測管道的工況需求，需要建立能夠模擬真實海管環境的陸地綜合試驗驗證平臺，模擬各種工況下的真實海管，對超聲內檢測設備的功能、性能等進行綜合驗證。超聲內檢測設備如圖1所示。

3 綜合驗證試驗

3.1 綜合驗證試驗平臺

綜合驗證試驗平臺中包含海管系統中常見的典型管道，主要有水平直管、立管、彎頭、三通、閥門等，試驗平臺中管道特征包括人工缺陷（內、外缺陷），縮徑、局部焊瘤、焊縫、焊渣、鐵粉、法蘭等障礙。綜合上述管道特征，建造陸地環路綜合試驗平臺，并排布置若干口徑規格的環路管道，管道兩端設有收發球筒，實現在同一作業區域完成收、發球作業，提升作業效率。收發球筒設有過球指示器，用來監測檢測器是否成功收、發球。綜合驗證試驗平臺收發球作業區域如圖2，環路試驗管線如圖3。

陸地環路綜合試驗平臺配有液壓系統，為內檢測器在管道內運行提供動力壓差，并可監測管線的入口壓力、出口壓力、流量等參數，可根據工況調整運行壓差、流速等，模擬檢測器的真實運行狀態。

3.2 超聲內檢測器的環路試驗方法

環路試驗是在地面驗證內檢測器的檢測性能、結構通過性等指標。通常環路試驗分兩部分進行，首先進行結構通過性試驗，主要驗證內檢測器結構通過性及路由自適應性；結構通過性全部驗證通過后再進行內檢測器檢測性能試驗。

結構通過性試驗要循序漸進，指標范圍內縮徑從小到大、彎頭半徑從大到小依此進行（試驗彎頭包含5D、4D、3D、2.5D、1.5D等多種規格），試驗中再特定區域更換不同管道壁厚的直管段，以及不同曲率半徑的彎頭，先進行獨立彎頭后進行連續彎頭的順序依此試驗。內檢測器檢測性能試驗中，綜合不同的缺陷管道、壓力、速度等參數進行多次試驗。

3.3 內檢測綜合驗證試驗作業的流程

3.3.1 發球前測試

內檢測器發球前對產品進行檢測，主要包括產品組成、產品主要結構技術參數、多余物檢查、裝配是否完整、連接是否牢靠、易損件是否為良好狀態等；試驗前需對檢測器各項指標進行檢查，確保產品各項結構、電氣技術指標正常，并做好檢查記錄。

3.3.2 內檢測現場調試

啟動電源開關，連接現場產品測試計算機的系統應用軟件，進行產品測試檢查，確定產品各傳感器、電源、里程等工作正常后，結束測試。

3.3.3 發球作業

（1）將裝有檢測器運送到發球筒附近；

（2）將發球托盤送至發球筒附近位置；

（3）將檢測器吊到發射平臺上并放到發球托盤上；

（4）對檢測器進行現場檢測、裝訂；

（5）裝訂完成并封好艙蓋后將發球托盤和檢測器一起移到發球筒前，并使檢測器軸向與發球筒軸向一致；

（6）將發球托盤、檢測器、推桿按環路試驗的方法一同送入發球筒到預訂位置，通過測量檢測器末端距發球筒口距離確認；

（7）拉出托盤、推桿，關閉盲板，進入發球流程。

3.3.4 收球作業

（1）確認檢測器到達收球筒并確保安全后打開盲板，觀察檢測器狀況；

（2）將收球車放在收球筒前，用專用拉鉤拉出檢測器到收球車上，檢查其外觀；

（3）擦去檢測器表面污垢，檢查外觀；

（4）進行數據讀取工作；

（5）將檢測器放入包裝箱；

（6）收球過程進行攝、錄像。

3.3.5 數據讀取

自發球筒收球后，先進行產品外觀清理，按照產品檢查表檢查產品狀態，并作記錄，拍照，給出產品通過性和結構可靠性成功判定。現場產品測試計算機開機準備，連接現場產品測試計算機串口與產品的對外接口，進行產品測試檢查，確定產品各傳感器、電源、里程等工作正常后，結束測試，并將檢測數據文件拷貝至現場產品測試計算機，并進一步進行數據分析。

3.4 綜合試驗結果判定準則

每次綜合驗證試驗成功判定準則如下：

（1）按照本大綱完成了本次海底管道內檢測試驗項目，無安全事故發生。

（2）試驗過程記錄完整。

（3）試驗結果達到了各項試驗驗證的目的。

4 海試試驗驗證

2018年4月在渤海油田海上平臺間進行了9公里真實海管超聲波內檢測作業，管道特征包含：平直管、立管、縮徑管、法蘭、焊縫，試驗管道規格為3D，局部最大縮徑23%；超聲內檢測器順利完成收發球及檢測作業，驗證了產品結構通過性良好，對大尺寸縮徑和彎頭具有良好的自適應性；檢測數據完整、有效，證明內檢測器檢測功能良好，具有很強的工程意義，在實際內檢測作業工程應用方面積累了寶貴的經驗，驗證了超聲內檢測技術的實用性，也進一步驗證了真實海試作業前的綜合驗證平臺及試驗方法的正確性、合理性、完備性，試驗后的內檢測器如圖6。

5 結語

本文以海底管道超聲內檢測器及其綜合試驗驗證平臺及方法為研究對象，研究了超聲內檢測器在海試前的陸地綜合驗證平臺的建設及驗證的必要性，并對綜合驗證平臺所包含的管道特征、工藝參數、試驗方法、試驗流程進行了研究及試驗驗證，最終通過真實海管的海試試驗驗證，證明該綜合驗證平臺對真實海管工況具有較好的覆蓋性，在海試作業前期的對內檢測器進行綜合功能、性能驗證具有很好的效果，避免由于工況驗證不充分而直接進行海試作業造成較大的損失，也為內檢測設備的陸地綜合試驗驗證提供了一種新的解決途徑，隨著技術的不斷發展、完善，以及對內檢測技術、綜合試驗驗證技術的進一步深入研究與實踐，在實際應用中將會獲得更好的效果。

參考文獻

[1]周國雄.管道工業綜述[J].國外油氣儲運，1990，（1）：60-63.

[2]楊祖佩.推進管道技術發展的有關問題的研究[J].管道技術與設備，1994，（6）：1-4.

[3]劉海峰，胡劍，楊俊.國內油氣長輸管道檢測技術的現狀與發展趨勢[J].天然氣工業，2004，24（11）：147-151.