一种海底管道超声内检测技术综合验证平台与方法

崔矿庆 宋通 陈秋华 刘洋 李志华

摘 要：本文以海底管道超声内检测器及其综合试验验证平台及方法为研究对象，研究了超声内检测器在海试前的陆地综合验证平台的建设及验证的必要性，并对综合验证平台所包含的管道特征、工艺参数、试验方法、试验流程进行了研究及试验验证。

关键词：海底管道；超声内检测；综合验证平台

中图分类号：TP274.53 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0153-03

1 概述

石油、天然气资源是我国科技、经济赖以生存和发展的支柱，随着陆地石油、天然气资源的日渐枯竭，人们将目光投向深邃的海洋，海底石油的开采、运输离不开管道，管道运输已与铁路、公路、航空、水运并称为五大运输方式[1-2]。

海底管道运输技术高速发展的同时，安全问题不容忽视，管道的老化、腐蚀、施工缺陷等因素导致管道泄漏，为掌握海底管道的损坏情况，以保证管道运行安全可靠，管道内检测技术迅速发展，提高管道的安全性运行具有重大意义[3]。管道在运行过程中会受到各种环境因素的影响，必须对海底管道进行定期检查和维修，以保障在役管道的安全运行。管道内检测技术被广泛应用于钢铁、石油、化工等工业领域。

海管与陆地管道工况基本相同，差别在于陆地管道可以对内检测器进行管道外的跟踪和精确定位，能够准确获得内检测器的位置，一旦卡堵进行开挖维修相对容易。然而，对于海底管道，目前尚无法对管道内运行的内检测器进行跟踪定位，一旦卡堵，无法获取内检测器卡堵位置信息，维修成本极高。因此，海底管道内检测作业对内检测设备的功能、性能、环境适应性均提出了更高的要求，因此在内检测设备正式进行检测作业前，需要对真实海管环境在陆地进行充分的模拟试验，充分验证产品的功能、性能，最大程度降低作业风险。

2 超声内检测技术

管道内检测技术使用较多的是漏磁内检测和超声内检测。与漏磁内检测技术相比，超声波内检测技术可以直接测量管道的剩余壁厚，可以发现管道的裂纹缺陷，检测精度高，特别是在基线检测中，往往使用超声波内检测技术，可以全面了解管道安装完成后的基础数据。

不同于漏磁检测，超声检测需要液体介质，因此无法利用陆地牵拉试验验证平台对超声内检测设备的功能、性能验证，为保证超声内检测设备在正式投入使用前满足待检测管道的工况需求，需要建立能够模拟真实海管环境的陆地综合试验验证平台，模拟各种工况下的真实海管，对超声内检测设备的功能、性能等进行综合验证。超声内检测设备如图1所示。

3 综合验证试验

3.1 综合验证试验平台

综合验证试验平台中包含海管系统中常见的典型管道，主要有水平直管、立管、弯头、三通、阀门等，试验平台中管道特征包括人工缺陷（内、外缺陷），缩径、局部焊瘤、焊缝、焊渣、铁粉、法兰等障碍。综合上述管道特征，建造陆地环路综合试验平台，并排布置若干口径规格的环路管道，管道两端设有收发球筒，实现在同一作业区域完成收、发球作业，提升作业效率。收发球筒设有过球指示器，用来监测检测器是否成功收、发球。综合验证试验平台收发球作业区域如图2，环路试验管线如图3。

陆地环路综合试验平台配有液压系统，为内检测器在管道内运行提供动力压差，并可监测管线的入口压力、出口压力、流量等参数，可根据工况调整运行压差、流速等，模拟检测器的真实运行状态。

3.2 超声内检测器的环路试验方法

环路试验是在地面验证内检测器的检测性能、结构通过性等指标。通常环路试验分两部分进行，首先进行结构通过性试验，主要验证内检测器结构通过性及路由自适应性；结构通过性全部验证通过后再进行内检测器检测性能试验。

結构通过性试验要循序渐进，指标范围内缩径从小到大、弯头半径从大到小依此进行（试验弯头包含5D、4D、3D、2.5D、1.5D等多种规格），试验中再特定区域更换不同管道壁厚的直管段，以及不同曲率半径的弯头，先进行独立弯头后进行连续弯头的顺序依此试验。内检测器检测性能试验中，综合不同的缺陷管道、压力、速度等参数进行多次试验。

3.3 内检测综合验证试验作业的流程

3.3.1 发球前测试

内检测器发球前对产品进行检测，主要包括产品组成、产品主要结构技术参数、多余物检查、装配是否完整、连接是否牢靠、易损件是否为良好状态等；试验前需对检测器各项指标进行检查，确保产品各项结构、电气技术指标正常，并做好检查记录。

3.3.2 内检测现场调试

启动电源开关，连接现场产品测试计算机的系统应用软件，进行产品测试检查，确定产品各传感器、电源、里程等工作正常后，结束测试。

3.3.3 发球作业

（1）将装有检测器运送到发球筒附近；

（2）将发球托盘送至发球筒附近位置；

（3）将检测器吊到发射平台上并放到发球托盘上；

（4）对检测器进行现场检测、装订；

（5）装订完成并封好舱盖后将发球托盘和检测器一起移到发球筒前，并使检测器轴向与发球筒轴向一致；

（6）将发球托盘、检测器、推杆按环路试验的方法一同送入发球筒到预订位置，通过测量检测器末端距发球筒口距离确认；

（7）拉出托盘、推杆，关闭盲板，进入发球流程。

3.3.4 收球作业

（1）确认检测器到达收球筒并确保安全后打开盲板，观察检测器状况；

（2）将收球车放在收球筒前，用专用拉钩拉出检测器到收球车上，检查其外观；

（3）擦去检测器表面污垢，检查外观；

（4）进行数据读取工作；

（5）将检测器放入包装箱；

（6）收球过程进行摄、录像。

3.3.5 数据读取

自发球筒收球后，先进行产品外观清理，按照产品检查表检查产品状态，并作记录，拍照，给出产品通过性和结构可靠性成功判定。现场产品测试计算机开机准备，连接现场产品测试计算机串口与产品的对外接口，进行产品测试检查，确定产品各传感器、电源、里程等工作正常后，结束测试，并将检测数据文件拷贝至现场产品测试计算机，并进一步进行数据分析。

3.4 综合试验结果判定准则

每次综合验证试验成功判定准则如下：

（1）按照本大纲完成了本次海底管道内检测试验项目，无安全事故发生。

（2）试验过程记录完整。

（3）试验结果达到了各项试验验证的目的。

4 海试试验验证

2018年4月在渤海油田海上平台间进行了9公里真实海管超声波内检测作业，管道特征包含：平直管、立管、缩径管、法兰、焊缝，试验管道规格为3D，局部最大缩径23%；超声内检测器顺利完成收发球及检测作业，验证了产品结构通过性良好，对大尺寸缩径和弯头具有良好的自适应性；检测数据完整、有效，证明内检测器检测功能良好，具有很强的工程意义，在实际内检测作业工程应用方面积累了寶贵的经验，验证了超声内检测技术的实用性，也进一步验证了真实海试作业前的综合验证平台及试验方法的正确性、合理性、完备性，试验后的内检测器如图6。

5 结语

本文以海底管道超声内检测器及其综合试验验证平台及方法为研究对象，研究了超声内检测器在海试前的陆地综合验证平台的建设及验证的必要性，并对综合验证平台所包含的管道特征、工艺参数、试验方法、试验流程进行了研究及试验验证，最终通过真实海管的海试试验验证，证明该综合验证平台对真实海管工况具有较好的覆盖性，在海试作业前期的对内检测器进行综合功能、性能验证具有很好的效果，避免由于工况验证不充分而直接进行海试作业造成较大的损失，也为内检测设备的陆地综合试验验证提供了一种新的解决途径，随着技术的不断发展、完善，以及对内检测技术、综合试验验证技术的进一步深入研究与实践，在实际应用中将会获得更好的效果。

参考文献

[1]周国雄.管道工业综述[J].国外油气储运，1990，（1）：60-63.

[2]杨祖佩.推进管道技术发展的有关问题的研究[J].管道技术与设备，1994，（6）：1-4.

[3]刘海峰，胡剑，杨俊.国内油气长输管道检测技术的现状与发展趋势[J].天然气工业，2004，24（11）：147-151.