天然气管道滑坡管段安全状态的非接触式磁异常检测与判断

李洪涛　潘春锋

摘要：天然气管道沿线在不同的地形条件下易遭受到各种形式的滑坡灾害，滑坡体的滑动导致管道局部产生应力集中并导致管道断裂破坏，直接影响管道的安全运行。滑坡管段的有限元方法与应力-应变片检测方法不能反映管道真实的应力与安全状况。针对这一问题，提出采用非接触式磁异常检测技术PMDT实现滑坡管段的三维高精度磁应力检测，从而实现非开挖情况下管道应力与安全状况的直接判断，结合规范标准提出管道的安全运行措施。通过PMDT技术在中贵线FA017-FA020桩滑坡管段的现场应用，合理确定了管道在停输后的安全运行压力，现场应用结果验证了非接触式磁异常检测技术与方法的可行性。

关键词：管道；滑坡；安全；磁异常

1前言

埋地天然气管道由于沿线地形的变化，局部管段经常遭受到滑坡地质灾害的影响。国内外常采用有限元分析方法，建立滑坡地段下埋地管道的力学模型，实现滑坡管段应力分布的数值模拟。由于不能准确获取埋地管道的敷设状态与约束边界条件，计算结果与实际管道状况存在较大的偏差[1]。另外一种用于现场监测的应力-应变测试方法，由于监测结果主要反映的是应变片安装后，荷载或压力发生改变引起的应变与应力变化，不能准确知道管道应力监测前的水平[2]。为了准确获知管道的真实应力状态与安全等级，利用国内专利技术-非接触式管道磁检测方法（PMDT专利号：CN201310020694.0），可实现管道停输、升压、运行状况下的三维高精度磁应力检测，从而判断管道应力状态与安全状况[3][4]，并通过在中贵线FA017-FA020桩滑坡管段的现场应用分析PMDT检测方法的可行性。

2滑坡管段的非接触式磁异常检测原理与方法

在滑坡管段由于荷载和压力的作用，局部管段将产生应力集中。发明专利-非接触式管道磁检测方法运用铁磁性材料的磁筹效应，建立应力集中区的应力变化与该处磁力梯度模量变化的关系，从而实现管道不同应力状态的磁异常检测与识别，对识别的应力等级进行评估，风险较大应优先修复，一般风险需计划修复，风险较小可继续运行。与其他无损检测相比，PMDT技术不需要改变管道的现有运行状况。并适用于管道停输、升压、运行等不同阶段[4]。

三维磁力梯度△Bx、△By、△Bz、模量Q与管道外测点处附加磁场梯度、磁异常综合指数F计算方法见下式。

3中贵线FA017-FA020桩滑坡管段PMDT检测与安全等级判断

中贵线FA017-FA020桩管段位于习水县寨坝镇凤凰村民主组，长度约470m，横坡敷设，管道位于西低东高的山体半坡地带，山体最高处高程约1300m，最低处沟谷高程约850m，管道高程范围约860～1000m。2016年9月-2017年4月，管道所在的山体斜坡、附近房屋陆续产生裂缝斜坡，公路沿线及房屋产生多条贯通拉张裂缝、侧缘羽状剪切裂缝，滑坡变形现象明显，造成局部面积塌陷与下错。利用PMDT非接触式高精度磁应力测试系统，2017.7.27-8.11进行了中贵线FA017-FA020桩管段停输、升压等阶段的磁应力检测。

3.1停输阶段的PMDT检测结果

在停输阶段进行全线PMDT数据检测与分析，PMDT结果为：

（1）无“高风险”、“Ⅰ”级磁异常管段，管道应力小于许用应力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0～+30m为“低风险”、“Ⅲ”级磁异常管段；

（3）FA019+48m～+58m管段检测结果为“中等风险”、“Ⅱ”级磁异常，F值为0.52～0.54，为应力相对较高管段，需要重点监控；

（4）引起磁异常值F的主要变量来自于“Z”轴方向的磁場变化，体现了山体滑坡挤压管道产生的管道应力变化与影响；

（5）根据РД 102《运用非接触式磁检测方法进行管道技术状况诊断指南》（俄罗斯联邦矿工业委员会）第9部分“适用性参数的计算（安全操作压力和安全操作期限）”，确定中贵线FA017～FA020桩滑坡管段在没有滑坡荷载与环境载荷增加的前提下，管道的安全运行压力Psafe与短期最大操作压力Pmax分别为6.8MPa、7.5MPa。

3.2升压阶段的PMDT检测结果

2017年8月11日管道运行压力达到4.3MPa，相应的PMDT检测结果为：

（1）全线整体应力状况未明显增加，无“高风险”、“Ⅰ”级磁异常管段，管道应力小于许用应力，存在安全裕量；

（2）FA017、FA018、FA019+0m～FA019+30m管段与前次检测无明显变化，均为“低风险”、“Ⅲ”级磁异常管段；

（3）由于管道运行压力增大，第二次检测的应力集中管段FA019+48m～FA019+58m，最小F值由0.52变为0.50，反映出了应力增加导致的磁应力系数值的改变，但改变幅度不大，为“中等风险”、Ⅱ级，应力相对集中区域为FA019+46m～FA019+58m。

4.结论

通过PMDT非接触式高精度磁应力检测技术的应用，可实现埋地管道滑坡管段安全状态的检测。

（1）通过PMDT检测技术与方法在中贵线FA017-FA020桩滑坡管段的实际应用，证明了PMDT技术对滑坡管道的应力集中可进行有效的检测与识别；

（2）结合规范标准，合理确定了中贵线FA017～FA020桩滑坡管段的长期与短期安全运行压力Psafe分别为6.8MPa、7.5MPa。

参考文献：

[1]帅健，王晓霖，左尚志.地质灾害作用下管道的破坏行为与防护对策[J].焊管，2008，31（5）：9-15.

[2]林冬，雷宇，许可方，等.横向滑坡对管道的影响试验[J].石油学报，2011，32（4）：728-732.

[3] TSG D7003-2010《压力管道定期检验规则 长输（油气）管道》.

[4]РД 102-008-2009《运用非接触式磁检测方法进行管道技术状况诊断指南》（俄罗斯联邦矿工业委员会）.

作者简介：

李洪涛（1988-），男，贵州平坝人，毕业于贵州大学电子信息工程专业，助理工程师，从事天然气长输管道运行管理工作。