基于非接触式磁应力检测技术在输油管道上的应用

基于非接触式磁应力检测技术在输油管道上的 应用

                                           王海军

                                                                                   （中国石油天然气股份有限公司大港油田公司第六采油厂，    河北 沧州 061100）

文章选自石油和化工设备杂志（2021.4期）73-75页

为了避免管道在服役过程中产生腐蚀泄漏和 应力断裂，采用科学方法进行安全检测并消除隐 患十分重要。目前，管道检测主要有两种，一种 是以内检测为主的直接检测技术，另一种是以内 腐蚀直接评价、外腐蚀直接评价、应力腐蚀直接 评价为主的间接检测技术。由于受管径、管输压 力、收发球装置的限制，部分管道无法进行内检 测作业。为此，以某输油管道为例，采用非接触 式磁应力检测方法对管段进行作业，该方法可在 非接触条件下，检测任意管径及长度的管道应力 及腐蚀情况，并根据磁异常综合指数分类判断应 力集中点，避免了选取开挖点的盲目性，可为管 道完整性管理提供理论依据和实际参考。

1 技术原理

非接触式磁应力检测方法是针对具有一定埋 深的、受地磁场磁化的铁磁性管道进行的。管道 处于微弱的地磁场环境中，管体局部应力状态的 变化致使其磁化率发生改变，进而引起管道外一 定范围内磁场的变化，其物理基础为金属磁记忆 效应。

在地磁场中，铁磁性油气管道在内部介质和 外载荷的作用下，内部的磁畴将发生不可逆的重 新取向，使管道磁化，从而在管道上方产生漏磁 场（ SMFL）。当管道存在宏观缺陷或微观结构缺 陷时，大多出现局部应力集中，而应力集中将引 起局部漏磁场的突变，其法向分量Hp(y)改变符号且过零点，而切向分量Hp(x)出现最大值。根据构 件周围磁场来判断应力集中主要有两种不同的方 式，一是通过磁场法向

        分量过零点来判断，二是 利用磁场法向分量的梯度值来判断，也即利用磁 场法向分量Hp(y)在应力集中处会出现很大的梯度 值这一特点，见图1所示。

                               图1  应力集中区磁场法向分量分布图和法向分量 梯度值分布图

     由图 1可以明显看到在0点位置（应力集中 处）磁场法向分量Hp(y)改变符号且过零点，同时 其梯度值出现峰值。因而，可据此来检测铁磁性 构件的应力集中区以及变形区域，从而达到对铁 磁性构件进行缺陷检测的目的。

        参照俄罗斯联邦矿工业委员会制定并批准的P Д102-008-2002  《非接触式磁力扫描方法进行管 道技术状况诊断指南》，将检测的缺陷危险评估 按照磁异常综合指数F划分3个等级，计算公式如 下：

                                                                                                    F=A•e(1-Q2/Q1 )

            式中： A为矫正系数，表明了管道缺陷对磁场 变化的影响，根据基础探坑数据在校验程序完成 之后确定； Q1 、Q2为在异常区沿管道轴线方向及 背景“静区”中磁场强度分布的密度， A/m，由磁 场曲线图的长度确定的，通过相应的异常长度和 背景部分相结合，对dQ进行积分计算。

当壁厚损失大于40% ，F值在0-0.2之间，此时 缺陷等级为Ⅰ级，认为缺陷是金属缺陷和机械应 力交互作用的结果，超过相应规范标准的可能性 较大，应优先修复；当壁厚损失在20%-40%之间 时， F值在0.2-0.55之间，此时缺陷等级为Ⅱ级， 认为缺陷超过一定的管道技术标准但不会很快发 生事故，管道可监控使用，并在一定的条件下进 行计划维修；当壁厚损失小于20%时， F值在0.55- 0.99之间，此时缺陷等级为Ⅲ级，认为缺陷符合规 范及设计文件的要求，在监控缺陷发展和应力集 中增长缓慢的情况下，无需修复继续运行，并可 根据用户需求自定义下一次检测时间。

2 现场应用

本次被检管段长度1.1km，规格D159×5mm ， 材质20#无缝钢管，设计压力2.5MPa，操作压力 0.6MPa，输送介质原油（含水率≤0.5%），设计 埋深0.8m，管道沿农田耕作区敷设，沿途有其它 管道交汇并行。通过PCM对埋地管线探测仪进行 检测，实测埋深为0.64m~2.16m。采用交流电位梯 度检测法对管道防腐层进行破损点检测，使用设 备为PCM+A字架，经检测共发现防腐层破损点9 处，根据GB/T 19285-2014  《埋地钢质管道腐蚀防 护工程检验》中的规定，防腐类型为硬质聚氨酯 泡沫保温层加沥青防腐层，破损点处的密度P值为 0.92，防腐层质量整体等级为2级。

通过资料审查及管道敷设和运行状态分析， 本管段存在的缺陷类型主要为机械应力及金属损 失。经磁应力检测数据处理和滤波分析，共发现 31处异常点（段）， I级磁异常点（段） 3处； II级 磁异常点（段） 8处； III级磁异常点（段） 共20 处。综上所述，检测管段整体应力集中情况处于 中等风险，这些磁异常风险点主要是由管道运期间腐蚀及机械应力引起。

              注：以下内容我方已删除，全文链接在文章结尾 

4 结论及建议

以埋地输油管道为对象，应用非接触式磁应力检测方法对管段进行作业，并通过开挖验证了

检测方法的有效性。根据检测结果，提出以下建议：

（1）根据PMT检测结果，对发现的Ⅰ级磁异常应立即进行开挖修复，Ⅱ级磁异常点加强监控按计划维修，Ⅲ级磁场点无需修复继续运行；

（2 ）建议加强管线内腐蚀控制，特别是该区域管线及附近区域含水油管线的内腐蚀控制措施；

（3）结合管线的实际运行状况，建议加强管线巡护，加强弯头部位管段的巡护次数。

◆参考文献

[1] 郭国明，丁红胜，谭恒，等. 铁磁性材料的力磁效应机理探讨与实验研究[J].测试技术学报， 2012，26(5)：369-376.

[2] 尹大伟，董世运，徐滨士，等. 金属磁记忆无损检测方法研究进展[J].无损探伤， 2005，29(2)：1-5.

[3] 王丹，董世运，徐滨士，等. 应力集中部位的金属磁记忆

检测研究[J].失效分析与预防， 2007，(2)：12-15. 

◆参考文献  

[1] 陈绍蕃，顾强主编. 钢结构基础[M].北京：中国建筑工业出版社， 2003.

[2] SY/T 10030-2018，海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法工作应力法[S].

[3] 《海洋石油工程设计指南》编委会编著. 海洋石油工程结构、焊接、防腐加工设计[M].北京：石油工业出版社， 2007.

 原文链接  ：http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=7104444903