李坤

国家管网集团西部管道公司科技数字中心

摘要：针对待检大口径天然气预埋管道存在90°竖井的特殊情况及气推法内检测运行速度不稳定等难点问题，通过评估自爬行几何检测爬坡能力、牵拉过程受力分析及气推水内检测运行条件计算，完成自爬行几何检测+IMU、钢丝绳牵引漏磁检测、气推水漏磁检测可行性分析。对比三种检测方式技术成熟度、作业风险及施工经费，推荐采用自爬行几何检测+IMU、钢丝绳牵引漏磁检测完成该段管道内检测。

关键词：预埋管道；投产前内检测；几何检测；漏磁检测

某大口径输气管道2013年在一处河流段预埋514.4 m管道，其中穿越段444.14 m。 GB/T  27699―2023《钢质管道内检测技术规范》规定管道内检测周期应不超过8年，对于管道停运超过1年再启用的，应尽快进行管道内检测。该段预埋管道已经封存10年，为进一步确认管道完整性，保证安全投产，需要开展内检测作业，为此于2023年对该段管道适用的内检测方法进行了分析和评估。

1  待投产管道现状

管道设计压力为12 MPa，地区等级为一级，穿越段钢管采用Φ1219 mm×22 mm、X80直缝埋弧焊钢管。管道总体布置型式为斜巷＋平巷＋竖井，其中进口斜巷坡度为14°。考虑排水，平巷段采用“一”字坡，坡比为1%。下游南岸竖井内径10 m，深30.2 m。2013年9月15日开始工艺安装，11月6日完成，2014年1月3日通过竣工验收，隧道进行封闭。预埋管道Ф1219 mm×22 mm、X80直缝埋弧焊钢管420.803 m，2个冷弯管Ф1219 mm×22 mm共计24.171 m，6个热煨弯管Ф1219 mm×27.5 mm 共计32.56 m，1处锚固法兰长6.5 m，共计完成半自动焊口45道。

2  内检测可行性分析

目前投产前管道检测主要方式为几何检测，该方式用于收集管道环焊缝及变形信息，通常会同时搭载惯性测量单元（IMU）及视频检测单元。部分管道会补充漏磁检测，以进一步收集管道金属损失等特征，从而更全面地掌握管道实际情况。

2.1  自爬行几何检测+IMU

变形检测采用自爬行几何检测器，该检测器尾端安装有一条纤维牵引绳。调研国内某厂家Φ1219 mm自爬行变形检测器，其检测器携带22个主动驱动轮以推动设备行进。前端安装有全景超高清摄像头，配备惯性导航系统、数据采集系统以及128组测径探臂。检测器的中心腔体安装高能电池，为检测器提供所需的电力。

自爬行几何检测爬坡能力分析。Φ1219 mm自爬行检测器自重480 kg，进口斜巷的坡度为14°。需要克服的自重阻力116 kg；爬行车自身摩擦力100 kg；需要克服总阻力为216 kg。检测器共装有22个动力轮，单轮提供20 kg动力，能够提供总动力440 kg，大于所需克服的阻力。因此自爬行检测器能够顺利通过被检管道，且具有丰富的动力冗余。

自爬行几何检测跟踪。该检测器尾端安装有纤维牵引绳，每隔10 m在牵引绳上绑一个标识牌，记录该位置到牵引绳前端的距离，通过标识牌计算出检测器位置。纤维牵引绳还携带信号线，在检测器停球后，可控制设备反向移动，通过检测器反向移动+牵引方式将检测器由发球端取出。

自爬行几何检测可行性分析。该检测技术近年来已相当成熟，特种设备研究院、沈阳工业大学、徐州检测、中石化检测等公司均开展较多应用。中俄东线已完成上千公里投产前检测。

2.2  钢丝绳牵引漏磁检测

漏磁检测器牵拉过程受力分析。

Φ1219 mm漏磁检测器在牵拉时需要进行改造，去掉前后皮碗，采用支撑轮支撑，以降低摩擦阻力。第一节采用轮支撑作为牵引节，以平衡设备运行姿态。设备总重量为2.8 t，摩擦阻力为2 t（含磁钢吸力）。

垂直管段运行分析。检测器需要后端提供的拉力为重力减少摩擦阻力，即0.8 t。在发球筒端，利用卷扬机产生0.8 t的拉力，使得检测器达到平衡状态。利用收球筒端卷扬机拉动检测器前进，前进速度0.1 m/s。

平直管段运行。等壁厚平直管段摩擦阻力为2 t，利用收球筒端卷扬机产生大于2 t的拉力，以拉动检测器前进，前进速度0.1 m/s。

上坡管段运行。因进口斜巷坡度为14°，需克服的自重阻力677.4 kg，上坡时共需克服的阻力2677.4 kg。利用收球筒端的卷扬机产生大于阻力的拉力，以拉动检测器前进，前进速度为0.1 m/s。

牵引钢丝绳。检测器后端携带纤维牵引绳，直径为10 mm，长度为580 m，可承受500 kg拉力。牵拉钢丝绳加上滑轮组的最大摩擦力为450 kg，因此纤维牵引绳足以拖动钢丝绳。钢丝绳直径为22 mm，长度为580 m，可承受5.163 t的拉力。

支撑滑轮架。滑轮架直径为330 mm，长度为250 mm，滑轮组可承受压力为2 t。打开支撑滑轮架，将钢丝绳放入支撑滑轮架的中心，然后合上滑轮架，并用锁扣将滑轮架两端的钢丝绳锁住。钢丝绳上每2.5 m安装一个支撑滑轮架，以确保在牵拉检测器过程中，钢丝绳与管壁之间至少有3 cm的距离（特别是在通过直角弯头时），以避免与管壁产生摩擦。

漏磁检测收发球作业步骤。

漏磁检测采用拖缆方法进行，选择垂直管段端为发球端，拖缆装置主要包括卷扬机、支撑滑轮架、钢丝绳。钢丝绳从支撑滑轮架中心穿过，可防止钢丝绳与管壁直接接触损伤管壁并减小钢丝绳摩擦力。

检测流程：①自爬行几何检测器尾端安装纤维牵引绳，通过自爬行几何检测器将牵引绳穿过管道；②在发球端将纤维牵引绳与钢丝绳进行连接，使用卷扬机牵引纤维牵引绳，将钢丝绳拉出管道；③钢丝绳上每2.5 m安装一个支撑滑轮架，保证在牵拉检测器过程中钢丝绳与管壁有至少3 cm的距离，不与管壁产生摩擦；④将钢丝绳与漏磁检测器连接后，检测器推入发球筒；⑤启动收球筒端卷扬机拉动检测器缓慢前进，在漏磁检测器即将进入垂直管段时，启动发球筒卷扬机，利用发球筒端卷扬机拉力克服检测器重力影响，控制检测器垂直下降速度在0.1 m/s～0.5 m/s；⑥检测器到达垂直管段底部后，关闭发球筒端卷扬机，由收球筒端卷扬机带动检测器继续前进；⑦逐步回收前端支撑滑轮架、回收钢丝绳，漏磁检测器到达收球筒；⑧取出漏磁检测器。

2.3  气推水漏磁检测

漏磁检测器采用压缩空气推水的方法进行，先将管段内注满水，再放检测器，然后用压缩空气推动检测器。

运行条件计算。①水箱容量计算。该段预埋管道截面积为1 m2，管道内水容量为514.4 m³，需搭建收、发球端各1座600  m³水池。②推动压力计算。经评估漏磁检测器在经过平巷段向斜巷段运行时需要的动力最大，对此处受力分析：水的密度为1000 kg/m³，垂直管段深30.2 m，计算水重约30 t，通过弯头阻力7 t，总阻力约38 t，因此需要大于0.4 MPa气压运行。为保证检测器运行平稳，结合计算可能产生的误差，本次气推水作业期间保持检测器后端气压需保持在0.8 MPa～1 MPa。③空压机流量计算。检测器运行速度0.2 m/s，管道截面积为1 ㎡，标准大气压1 kg，作业管道0.8 MPa背压时计算流量为96 m³/min，作业管道1 MPa背压时计算流量120 m³/min。本次作业空压气机组参数：排量≥120 m³/min、出口压力1 MPa。

漏磁检测收发球作业步骤。气推水漏磁检测作业步骤：①检测器装入发球筒，关闭发球筒盲板；②作业管段注水（注水口位于检测器前端）；③作业管道注满水后在检测器后端注气；④控制收球端排水阀开度，使排水量保持在12 m³/min（内检测器速度0.2 m/s）；⑤使用跟踪设备对收发球端直管段进行跟踪，确认检测器进入收球筒后停止注气，在收发球端排气口放空管道内气体；⑥对收球筒内积水进行排空；⑦打开盲板取出漏磁检测器。

气推水漏磁内检测可行性分析。经调研特种设备研究院、中油检测、沈阳工业大学、徐州检测、中石化检测等公司均开展中小口径投产前漏磁内检测，目前投产前清管、漏磁内检测主要采用气推水或水推法，已开展投产前漏磁检测最大管径为813 mm。未收集到Ф1219 mm管道采用气推水方式开展漏磁内检测案例，现场应用具有一定挑战性，同时漏磁检测后需采取措施排除管道内积水，增加作业时间及经费。

3  方案对比分析

方案1（仅开展自爬行几何变形检测+IMU检测）：为常规检测方案，技术成熟、风险较小、成本低，但仅能检测管道变形、管道特征点坐标信息，无法检测管道金属损失缺陷。该段预埋管道已经封存10年，可能存在内外腐蚀及其他缺陷扩展，若采用此方案可能在投产时发生泄漏等风险。

方案2（自爬行几何变形检测+IMU检测、钢丝绳牵引漏磁内检测）：可更加全面检测管道各类缺陷特征，目前尚无Ф1219 mm管道牵引式漏磁内检测案例，现场应用存在卡球、磨损管壁等风险，对钢丝绳、滑轮组安全性要求高。需利用试验场90°弯头实验管路模拟现场实际情况，开展钢丝绳牵引漏磁内检测器速度控制、钢丝绳与管壁摩擦等测试，根据测试结果调整滑轮组结构设计方案。

方案3（自爬行几何变形检测+IMU检测、气推水漏磁内检测）：可全面检测管道各类缺陷特征，在小口径管道内检测中比方案2应用更广，目前尚无Ф1219 mm管道气推水漏磁检测案例。气推水漏磁检测工艺需要在现场安装建造600 m³大型储水池、收发球筒、空压机、水泵，需要水源、发电设备，且检测期间管道需承受一定的压力，临时收发球工艺较前两种方案更为复杂。现场储水池土建、管道工艺安装工程施工及管道除水费用较高。

经评估推荐采用自爬行几何变形检测+IMU检测、钢丝绳牵引漏磁检测方式完成该段预埋管道投产前内检测，全面检测管道各类缺陷特征，以确保预埋管道安全投产运行。

作者简介：李坤，1986年生，2009年毕业于电子科技大学，高级工程师，主要从事油气管道完整性研究。联系方式：15909910186，likun03@pipechina.com.cn。