非接触金属磁记忆检测在长输油气管道上的应用

曹 航 高倩钰 王 真 张晓虎 古家兴 刘媛媛

（中冶建筑研究总院有限公司-中冶检测认证有限公司，北京 100088）

0 引言

随着我国社会和经济的发展，能源需求日益增加，我国的油气管线里程数也在逐年递增。许多长输埋地的油气管道因为其结构特征或受敷设条件复杂限制，对管道实施内检测不太现实，缺少一种可以经济有效的检测手段来判断管道的应力集中位置和应力集中程度[1]。按照GB 32167-2015《油气输送管道完整性管理规范》的要求，采取现场使用检测或试验等技术方式来进行管道安全性检测，这是油气输送管道完整性评估的重要依据[2]。目前我国管道外检测方法比较多，大多是针对管线的涂层、防腐层完整性、阴极保护有效性等因素进行的检测和评价[3]，无法对管道缺陷进行定量检测和评估，通常需要结合开挖检测，不具备普遍意义。

“金属磁记忆”的概念是俄罗斯学者杜波夫于1994年第一次提出的[4]，在此之前的技术文献里都未曾出现过，该技术可以对金属构件进行应力集中检测，对于长输管道而言就是可用此技术对以现有检测技术无法进行内检测或无法实现缺陷检测的管道进行检测，管体缺陷处往往伴随应力集中产生，从而导致缺陷处磁场的改变[5]，因此可以用金属磁记忆检测技术进行应力集中检测，诊断油气管道的安全性，对管道运维，企业稳定经营有着重要意义[6]。

非接触金属磁记忆检测是一种无损外检测方法，基本原理是利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位，采集数据并开挖验证即可完成，并可得出较为丰富的缺陷数据和评估结果，达到部分漏磁检测效果。各种检测技术对比如表1所示。

表1 各种管道检测技术功能及需求对比

1 金属磁记忆检测技术介绍

1.1 检测原理

金属磁记忆检测工作的基本原理是记录和分析产生在制件和设备应力集中区中的自有漏磁场的分布情况[7,8]。该检测方法基于逆磁致伸缩效应（也被称为维拉里效应），逆磁致伸缩效应是指金属材料在受到机械应力时磁化（或磁化率）的产生变化的现象。

自有漏磁场反映着磁化强度朝着工作载荷主应力作用方向上的不可逆变化，以及零件和焊缝在其制造和于地球磁场中冷却后，其金属组织和制造工艺的遗传性。金属磁记忆方法在检测中，使用的是天然磁化强度和制件及设备金属中对实际变形和金属组织变化的以金属磁记忆形式表现出来的结果[9]。

运用应力集中磁检测仪对管道周围磁场异常进

⑤检测对象不应是人工磁化的金属，且靠近检测对象（1米以内）不应有外部磁场源和电焊场源。

（2）检测标准：

①GB/T 26641-2011《无损检测 磁记忆检测 总则》；

②ISO 24497-1:2020（E）《无损检测-金属磁记忆》[14]；

③GB/T 35090-2018《无损检测 管道弱磁检测方法》[15]；

④俄罗斯动力诊断公司《采用金属磁记忆方法非接触式检测石油天然气主干管道及其分支的规程》；

⑤Д102，俄罗斯联邦矿工业委员会《运用非接触式磁检测方法进行管道技术状况诊断指南》[16,17]。

2 检测技术应用

2.1 现场概况

本次检测的埋地管道为某输油管道，总长为83.7km，设计压力6.3～6.4MPa，管道规格D159×5mm和D219×6.4mm两种，均为20号无缝钢管，管道平均埋深为1.89m。为了更准确地掌握管道的现状，采用了非接触式金属磁记忆检测技术对该管线的埋地管道进行了有效的检测，评估管道金属本体受力情况及是否存在缺陷和应力集中区域。

输油埋地管道在实际工程应用中不可避免地会受到应力集中的威胁。由于管道中腐蚀和微观缺陷会导致应力集中的产生，因此实施磁记忆非接触式检测不仅可以检出腐蚀等缺陷，还可以对管道危险区进行早期预警[18]。定期监测埋地长输油气管道磁场的变化，可识别出高风险的管段区域；该技术可对长输油气管道防腐层外检测和管道内检测手段做进一步的补充，特别是对不能进行常规内检测的埋地管道和一些特殊管段是一种很有价值的检测手段[19]。

2.2 检测过程及损伤等级评估

图3为非接触式金属磁记忆检测及分析流程图，金属磁记忆技术在现场的检测主要分为4个部分：

图3 非接触式金属磁记忆检测及分析流程图

（1）首先使用PCM等管道定位仪器对待检管道路由进行定位以及埋深的测量；

（2）检测人员使用TSC-7M-16应力集中磁检测仪沿着管道路由进行现场磁场数据采集，出现磁场异常时标记位置[10]；

（3）对采集的数据进行初步分析之后，明确开挖校正的数量及开挖的校验点的位置；

（4）进行开挖验证，根据开挖结果对检测数据进行最终的定量分析，出具检测报告[14]。

对于含有损伤的管段，根据磁异常综合指数F确定损伤管段的应力风险等级，F值按下式计算[15]：

式中：A为修正系数；

G为损伤程度的度量值。

参考GB/T 35090-2018《无损检测 管道弱磁检测方法》，结合实际工程经验，管道应力损伤等级分为3个等级，如表3所示：Ⅰ级为高风险，Ⅱ级为中等风险，Ⅲ级为低风险，磁异常综合指数F值范围与相应的管道应力损伤等级见表3管道应力损伤等级划分表3[1]、[15]。

表3 管道应力损伤等级划分

2.3 检测结果

现场使用PCM和ACVG共检测出防腐层破损点44处。使用TSC-7M-16应力集中磁检测仪对83.7km输油管道进行检测，共识别出150处应力集中区域。其中有5个Ⅰ级应力异常点，15个Ⅱ级应力异常点，130个Ⅲ级应力异常点，管道整体状况比较好，对Ⅰ级应力异常点进行开挖验证。

管道途径区域大部分为农田位置，另有部分管道穿越树林、果林、杂草丛等仪器无法测量路段，另外管道通过增加套管的方式穿越公路、沟渠、河道等。所测得的应力集中区域已根据实际情况排查确认外部的影响因素，如地下交叉管道、三通、套管、地下金属装置等。

2.4 开挖验证

（1）1#异常点开挖

在1#磁应力异常位置进行现场开挖后，发现该位置为盗油阀。管道原始壁厚5.5mm，采用超声波测厚最小壁厚值5.44mm。图4和图5分别为1#开挖点非接触式磁记忆检测曲线和开挖现场图；

图4 1#开挖点非接触式磁记忆检测曲线

图5 1#开挖点现场图

（2）2#异常点开挖

在2#磁应力异常位置进行现场开挖后，发现有4处机械划痕，最深处3mm。管道原始壁厚5.5mm，超声波测厚最小壁厚值5.15mm。该点有4处机械划痕，划痕最深处为3mm，划痕总长度280mm，宽度200mm。图6和图7分别为2#开挖点非接触式磁记忆检测曲线和开挖现场图；

图6 2#开挖点非接触式磁记忆检测曲线

图7 2#开挖点现场图

（3）3#异常点开挖

在3#磁应力异常位置进行现场开挖后，发现管体变形。管道原始壁厚5.5mm，超声波测厚最小壁厚值5.03mm。该点管体变形，表面有腐蚀坑，有黑褐色腐蚀产物。管体变形长度12cm，宽度8cm，深度1.3cm，凹陷深度占管道直径的8.18%。图8和图9分别为3#开挖点非接触式磁记忆检测曲线和开挖现场图；

图8 3#开挖点非接触式磁记忆检测曲线

图9 3#开挖点现场图

（4）4#异常点开挖

在4#磁应力异常位置进行现场开挖后，发现管道出露位置，打开防腐层后发现管体有1个长550mm，宽130mm，最大深度为10mm，的管体变形。管体有黑褐色腐蚀产物。管道原始壁厚6.4mm，超声波测厚最小值为6.37mm。图10和图11分别为4#开挖点非接触式磁记忆检测曲线和开挖现场图。

图10 4#开挖点非接触式磁记忆检测曲线

图11 4#开挖点现场图

（5）5#异常点开挖

在5#磁应力异常位置进行现场开挖后，发现有两处划痕长大小分别为19×1cm、6×1cm，深度均为1mm。管体外腐蚀有三处，大小分别为25×8cm、20×2cm、24.5×22cm。管道原始壁厚6.4mm，设计压力6.4Mpa，超声波测厚最小值为6.18mm。图12和图13分别为5#开挖点非接触式磁记忆检测曲线和开挖现场图。

图12 5#开挖点非接触式磁记忆检测曲线

图13 5#开挖点现场图（防腐层破损、管体划痕）

3 结语

非接触金属磁记忆技术是一种检测长输油气管道完整性的有效手段，通过理论研究及实际应用效果分析，该技术有如下优点：

（1）对受检对象不要求做任何表面处理，无需人工磁化；

（2）该技术不仅能检测停工修理的设备，也能检测正在运行的设备；

（3）能高精度确定金属构件应力集中区，和常规检测方法配合能提高检测精度和效率；

（4）该技术使用便携式仪表，重量轻，配有可拆卸电池，续航时间长；

（5）对金属制件，该技术能保证百分之百的质量检测，同时也能进行寿命评估。

综上所述，非接触金属磁记忆检测技术能够直接检测金属构件上的应力集中情况，是一种有效的金属构件直接无损检测技术，可结合其他无损检测技术，共同实现对长输油气管道应力集中程度的检测，同时也是一种对管道完整性检测的补充，对油气管道的安全运营有着重要意义。