燕冰川 郑健峰 欧新伟 张海亮 张永盛

国家管网集团北方管道公司

GB 32167―2015《油气输送管道完整性管理规范》发布实施以来，国内管道运营企业大力开展管道完整性管理，油气管道失效频率大幅降低。根据标准要求，在管道完整性评价环节，宜优先采用基于内检测数据的适用性评价方法。但是目前的管道内检测大多只针对在役管道，投产前管道内检测仍受到诸多限制。近年来，随着新建管道工程质量要求的提高，国内相关单位陆续开展建设期管道投产前内检测项目，进行缺陷检测与评价，保障新建管道的安全投产。

1  管道投产前检测的背景

油气管道建设工程采用的钢管需要符合相关的标准规范要求，出厂时不存在超标管体缺陷。但是，管道施工工序复杂、现场环境恶劣，在建设过程中可能造成管体、焊缝等位置缺陷。因此有必要对建设期管道开展投产前检测，以保证管道的顺利投产。

首先，油气管道在建设过程中，由于管道沉降接触沟底岩石或受其他外力作用，使得管壁受碰撞、挤压而产生凹陷、椭圆变形等几何变形缺陷。按照施工验收规范，超标的几何变形缺陷需在投产前进行修复；长期空管放置的管道，由于管道内部封存压力较低，受到周围土壤移动的影响，容易产生变形、褶皱等缺陷。其次，有些管道由于各种原因，线路铺设完毕后未能及时投产，随着时间推迟，受到周围土壤以及空气环境影响，可能产生管体腐蚀缺陷，严重的将降低管壁的强度，影响管道的投产运行。再次，在建设阶段把测量管道的中心线作为基准数据，运行期不间断测量中心线并与建设期数据进行比对，能够得出管道中心线变形情况，对存在较大变形的管段采取安全防护措施。

2  常见的投产前内检测技术

管道投产前内检测技术包括投产前管道几何变形检测、漏磁内检测、电磁涡流内检测、IMU检测(中心线测绘）等，这些技术可实现建设期管道的几何变形筛查、金属腐蚀缺陷检测与重要基础数据留存。

2.1  几何变形检测

油气管道在施工过程中，由于管沟底部地质条件等原因，可能造成管体发生变形。在地质条件较好的地区，建设期管道发生超标几何变形的可能性相对较低，建设单位通常使用测径清管器判断管线是否存在超标几何变形，然后使用过盈量较小的测径清管器定位缺陷位置，开挖修复缺陷或换管。这种方法通过清管器卡停位置判断管道的几何变形点，具有一定的随机性，可能造成定位不准，而且对于存在多个超标变形点的管段，变形筛查的效率低、成本高。

在地质条件复杂的区域，管道发生几何变形的概率偏高，需要使用几何变形内检测器开展专项检测。这种检测器携带有几何变形检测臂，运行过程中遇到管道凹陷，能自动适应截面形状的变化，通过高精度传感器感知变形，里程轮采集管道的里程信息。检测器内部的数据采集存储单元，可以将管道变形量与管道里程同步记录。应用几何变形内检测器，一次性运行便可以筛查整段管道的变形缺陷，便于开挖修复，能够大大减小建设单位投产前测径的工作量。在几何变形检测器上可以集成环焊缝探头，能检测到管道的环焊缝位置与数量，可对建设期管道环焊缝施工记录进行对齐验证。

投产前几何变形检测与在役管道的主要差别在于检测器运行工况不同：在役管道内检测器由输送介质推动，投产前管道无输送介质，检测器的运行动力一般来源于外部压缩空气。依靠空压机输出的压缩空气推动检测器运行，类似于在役天然气管道内运行，但投产前检测器运行状况相对困难，主要是推动压力与反向背压都比较低，难以保证检测器处于良好的运行状态，容易产生速度冲击。一般来说，空压机的输出流量、压力均远低于在役管道的泵、压缩机组，检测器驱动力不足，在大口径管道检测时容易造成检测器停滞甚至卡堵；投产前检测建立背压只能靠空压机从反向打压，管线距离达到一定长度以后很难有效稳定压力，这将导致检测器运行速度不稳、瞬间速度过大，影响数据质量。因此，投产前几何变形内检测，需要保证前置清管效果好、不存在影响检测器通过的超标变形以及建立稳定的背压。

2.2  腐蚀缺陷检测

管道建成后长期未投产，在放置期可能发生管体腐蚀、焊缝开裂等缺陷，这将成为投产运行时的不稳定因素。与在役管道内检测类似，投产前腐蚀检测的主流方式仍是漏磁内检测。在建设期管道开展投产前漏磁检测，能全面检测管道的腐蚀、变形、焊缝异常等缺陷，能有效摸清长期未投产管道的本体状态，有助于管道的顺利投产，但相比于在役管道内检测，投产前漏磁检测仍面临诸多难题。

投产前漏磁检测工况分析。运行工况类似于几何变形检测器，需要外部压缩空气推动。区别在于漏磁检测器的结构更复杂、变径范围低，存在强大的管壁磁吸附力，并且重量远远高于几何变形检测器，因此漏磁检测器的运行需要更大的启动压差。与在役管道的漏磁内检测相比，投产前管道驱动力相对较弱，检测器容易产生停滞，再启动时存在较大的速度冲击，背压较低的情况下减速更慢。速度冲击与超速运行造成检测数据质量下降，包括磁化的滞后引起的漏磁信号强度降低和检测器采集频率受限引起的数据缺失等。

投产前漏磁检测实施要点。为了保证投产前漏磁内检测的效果，重点是控制检测器运行速度。在工艺上，可以通过建立足够且稳定的背压，缓解检测器的速度冲击。与几何变形检测类似，可靠的背压将为检测器运行创造较好的条件，但漏磁检测器所需要的启动压差更大，并且对运行速度更敏感，需要提供更高的背压。在检测器经过上坡、下坡区域时，可根据实际情况调节背压，尽可能地控制检测器运行的速度。

除了在运行工况上做文章，还可以在检测器的结构上进行优化改进，以改善在压缩空气环境下的运行状况。检测器速度冲击主要由于静态/动态摩擦力差值引起，需要尽可能减小静动摩擦差，这可以减小检测器启动瞬间的加速度。另外，管线运行压力低，需要实现最佳密封，确保能够有效建立前后压差。设计原则上要保证检测器处于最小且恒定的摩擦阻力状态，由于驱动压力较低，管道介质能提供的压差相应较低，因此需要减小检测器的阻力。设计细则方面主要从皮碗、钢刷、磁化强度、长度与重量方面优化，尽可能地降低启动压差。

驱动力较低导致的另一个问题是，检测器运行的间距相对缩短。空气具有极强的压缩性，当检测距离达到一定程度时，压缩空气的动力衰减明显，难以再达到启动压差，导致检测器停滞。因此投产前漏磁内检测的检测段间距，相比于在役管道要明显缩短，理论上根据管道口径、途径地形进行综合分析，实践上可根据清管器运行状态进一步评估。

实践中开展管道投产前漏磁内检测，还面临诸多困难。线路阀门可能会影响检测器通过，造成探头与其他结构损坏；因检测间距缩短，需要根据实际情况在管道线路上断管安装临时收发球筒，检测完成后还需要对断管处进行金口连接；经过试压的管道，在低洼处可能存在较多的积水，甚至存在泥沙等杂质，给漏磁检测的前置清管带来更大挑战。另外，投产前漏磁内检测还面临着成本的考量。

2.3  内表面腐蚀缺陷检测

使用IEC电磁涡流内检测技术无需对管壁饱和磁化，没有钢刷等部件，所需的启动压力远低于漏磁检测器（最低0.5 MPa），因此更适合于低压环境的投产前检测。电磁涡流内检测技术能够检测管道几何变形、内壁腐蚀、环焊缝异常、错边等，对于内表面腐蚀的检测性能与三轴高清漏磁水平相当。电磁涡流检测器信号不受提离的影响，可以穿透蜡层或杂质，检测出环焊缝错变。

国内某管线长度39 km，口径813 mm，开展了电磁涡流投产前检测。建立背压0.8 MPa，成功识别出管道基础特征如环焊缝、法兰、三通、热弯、冷弯等，检测到超标凹陷22处、大于20%壁厚的内腐蚀7处、环焊缝异常5处，为管道风险排查提供了重要的数据支持。

2.4  其他类型检测

近年来，国内外对于不适宜采用压缩空气推动的建设期管道，采用自主驱动内检测器开展投产前检测。自主驱动型内检测器主要集成几何变形或漏磁检测单元，不需要外部介质推动，可依靠自身携带的电源与电机提供动力，并且在运行过程中能主动控制速度，保证检测器处于良好的速度区间，不仅节约了成本，而且提高了检测效果。但是，这种检测器对于自身驱动能力的要求非常高，尤其是携带漏磁检测单元的自主驱动内检测器，需要克服极大的运行阻力，遇到上坡时还需克服自身的重力。实践中，自主驱动型内检测大多用于平原地区的管道，适合运行阻力较低的几何变形检测。

3  结语

管道投产前内检测是保障建设期管道安全投产的重要技术手段。近年来，随着工程质量要求的提高，投产前检测的需求愈加强烈。与在役管道相比，投产前管道内检测面临诸多困难，在检测器的运行、检测数据的质量、检测结果分析与评价实施方面仍存在技术难度较大、经验不足等问题。建议针对具体管道的状况，明确检测需求与检测目标，选用适宜的技术开展投产前内检测，保障新建管道安全投产。

作者简介：燕冰川，北方管道公司技术支持中心（科技部），副主任，材料学博士。组织和参与编写完整性管理相关ISO国际标准3项，第一编写人国家标准2项，参与编写行业标准6项、企业标准10项。ISO/TC67/SC2 WG21 管道完整性管理注册成员，中央企业高端金属材料创新联合体工作委员会委员，国家管网集团资产完整性管理专业标准化技术委员会委员。