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基于非接觸式磁應力檢測技術在輸油管道上的應用基于非接觸式磁應力檢測技術在輸油管道上的 應用 王海軍 （中國石油天然氣股份有限公司大港油田公司第六采油廠， 河北 滄州 061100） 文章選自石油和化工設備雜志（2021.4期）73-75頁 為了避免管道在服役過程中產生腐蝕泄漏和 應力斷裂，采用科學方法進行安全檢測并消除隱 患十分重要。目前，管道檢測主要有兩種，一種 是以內檢測為主的直接檢測技術，另一種是以內 腐蝕直接評價、外腐蝕直接評價、應力腐蝕直接 評價為主的間接檢測技術。由于受管徑、管輸壓 力、收發球裝置的限制，部分管道無法進行內檢 測作業。為此，以某輸油管道為例，采用非接觸 式磁應力檢測方法對管段進行作業，該方法可在 非接觸條件下，檢測任意管徑及長度的管道應力 及腐蝕情況，并根據磁異常綜合指數分類判斷應 力集中點，避免了選取開挖點的盲目性，可為管 道完整性管理提供理論依據和實際參考。 1 技術原理 非接觸式磁應力檢測方法是針對具有一定埋 深的、受地磁場磁化的鐵磁性管道進行的。管道 處于微弱的地磁場環境中，管體局部應力狀態的 變化致使其磁化率發生改變，進而引起管道外一 定范圍內磁場的變化，其物理基礎為金屬磁記憶 效應。 在地磁場中，鐵磁性油氣管道在內部介質和 外載荷的作用下，內部的磁疇將發生不可逆的重 新取向，使管道磁化，從而在管道上方產生漏磁 場（ SMFL）。當管道存在宏觀缺陷或微觀結構缺 陷時，大多出現局部應力集中，而應力集中將引 起局部漏磁場的突變，其法向分量Hp(y)改變符號且過零點，而切向分量Hp(x)出現最大值。根據構 件周圍磁場來判斷應力集中主要有兩種不同的方 式，一是通過磁場法向 分量過零點來判斷，二是 利用磁場法向分量的梯度值來判斷，也即利用磁 場法向分量Hp(y)在應力集中處會出現很大的梯度 值這一特點，見圖1所示。
圖1 應力集中區磁場法向分量分布圖和法向分量 梯度值分布圖 由圖 1可以明顯看到在0點位置（應力集中 處）磁場法向分量Hp(y)改變符號且過零點，同時 其梯度值出現峰值。因而，可據此來檢測鐵磁性 構件的應力集中區以及變形區域，從而達到對鐵 磁性構件進行缺陷檢測的目的。 參照俄羅斯聯邦礦工業委員會制定并批準的P Д102-008-2002 《非接觸式磁力掃描方法進行管 道技術狀況診斷指南》，將檢測的缺陷危險評估 按照磁異常綜合指數F劃分3個等級，計算公式如 下： F=A•e(1-Q2/Q1 ) 式中： A為矯正系數，表明了管道缺陷對磁場 變化的影響，根據基礎探坑數據在校驗程序完成 之后確定； Q1 、Q2為在異常區沿管道軸線方向及 背景“靜區”中磁場強度分布的密度， A/m，由磁 場曲線圖的長度確定的，通過相應的異常長度和 背景部分相結合，對dQ進行積分計算。 當壁厚損失大于40% ，F值在0-0.2之間，此時 缺陷等級為Ⅰ級，認為缺陷是金屬缺陷和機械應 力交互作用的結果，超過相應規范標準的可能性 較大，應優先修復；當壁厚損失在20%-40%之間 時， F值在0.2-0.55之間，此時缺陷等級為Ⅱ級， 認為缺陷超過一定的管道技術標準但不會很快發 生事故，管道可監控使用，并在一定的條件下進 行計劃維修；當壁厚損失小于20%時， F值在0.55- 0.99之間，此時缺陷等級為Ⅲ級，認為缺陷符合規 范及設計文件的要求，在監控缺陷發展和應力集 中增長緩慢的情況下，無需修復繼續運行，并可 根據用戶需求自定義下一次檢測時間。 2 現場應用 本次被檢管段長度1.1km，規格D159×5mm ， 材質20#無縫鋼管，設計壓力2.5MPa，操作壓力 0.6MPa，輸送介質原油（含水率≤0.5%），設計 埋深0.8m，管道沿農田耕作區敷設，沿途有其它 管道交匯并行。通過PCM對埋地管線探測儀進行 檢測，實測埋深為0.64m~2.16m。采用交流電位梯 度檢測法對管道防腐層進行破損點檢測，使用設 備為PCM+A字架，經檢測共發現防腐層破損點9 處，根據GB/T 19285-2014 《埋地鋼質管道腐蝕防 護工程檢驗》中的規定，防腐類型為硬質聚氨酯 泡沫保溫層加瀝青防腐層，破損點處的密度P值為 0.92，防腐層質量整體等級為2級。 通過資料審查及管道敷設和運行狀態分析， 本管段存在的缺陷類型主要為機械應力及金屬損 失。經磁應力檢測數據處理和濾波分析，共發現 31處異常點（段）， I級磁異常點（段） 3處； II級 磁異常點（段） 8處； III級磁異常點（段） 共20 處。綜上所述，檢測管段整體應力集中情況處于 中等風險，這些磁異常風險點主要是由管道運期間腐蝕及機械應力引起。 注：以下內容我方已刪除，全文鏈接在文章結尾 4 結論及建議 以埋地輸油管道為對象，應用非接觸式磁應力檢測方法對管段進行作業，并通過開挖驗證了 檢測方法的有效性。根據檢測結果，提出以下建議： （1）根據PMT檢測結果，對發現的Ⅰ級磁異常應立即進行開挖修復，Ⅱ級磁異常點加強監控按計劃維修，Ⅲ級磁場點無需修復繼續運行； （2 ）建議加強管線內腐蝕控制，特別是該區域管線及附近區域含水油管線的內腐蝕控制措施； （3）結合管線的實際運行狀況，建議加強管線巡護，加強彎頭部位管段的巡護次數。 ◆參考文獻 [1] 郭國明，丁紅勝，譚恒，等. 鐵磁性材料的力磁效應機理探討與實驗研究[J].測試技術學報， 2012，26(5)：369-376. [2] 尹大偉，董世運，徐濱士，等. 金屬磁記憶無損檢測方法研究進展[J].無損探傷， 2005，29(2)：1-5. [3] 王丹，董世運，徐濱士，等. 應力集中部位的金屬磁記憶 檢測研究[J].失效分析與預防， 2007，(2)：12-15. ◆參考文獻 [1] 陳紹蕃，顧強主編. 鋼結構基礎[M].北京：中國建筑工業出版社， 2003. [2] SY/T 10030-2018，海上固定平臺規劃、設計和建造的推薦作法工作應力法[S]. [3] 《海洋石油工程設計指南》編委會編著. 海洋石油工程結構、焊接、防腐加工設計[M].北京：石油工業出版社， 2007. 原文鏈接 ：http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=7104444903
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