油气集输管道上智能清管器的应用研究

赵玉超

摘 要：由于输油气管道内油气介质复杂的性质以及管道运行时内部可能会出现杂质、结垢、变形等问题。所以对管道投产前和运行过程中进行清管处理必不可少。清管器作为一种管道内部清管装置，在油气管道行业得到了广泛的应用。而随着科技的发展，以及现场应用的需求，对于清管器的要求越来越高。清管器已从传统意义上的物理清管器发展到清管和检测结合于一体的智能清管器。智能清管器是将各种无损检测设备加在清管器上，将原来仅用作清管的非智能清管器转变为可以检测管道缺陷的智能清管器，通过清管器在管道内的运动，达到清管及检测管道缺陷的目的。本文结合智能清管器的发展就其在油气集输管道上的应用研究展开了详细论述。

关键词：油气集输管道；智能清管器；涡流；超声波；漏磁

前言

长期运行的输油气管道由于外界因素的影响致使其堵塞，严重的还会导致输送介质的泄漏，带来严重安全隐患。因此，为提高管道输送效率、保证油气输送安全，对管道进行清理和疏通是一项必不可少的作业。清管器作为机械清洗管道的设备之一，是一种借助于本身动力或在油、气流推动下用于清洁管道的专用工具，目前已经得到广泛应用。而基于管道的特殊性和复杂性，近些年来，在传统清管器是基础上衍生出具有无损检测，数据采集、处理和储存功能的智能清管器，具有节能、操作简便、无环境污染、对管内壁无损伤、可不停产清管、长输管线清扫、介质隔离、原油管线挂蜡、天然气管线干燥置换、可对各种口径管线进行一次性内涂敷等特点，是种性能良好的清管工具，具有极高的效率和经济性，目前已经得到了较广泛的应用。

1.智能清管器的功能

清管器是一种借助于本身动力或在油、气流推动下，在管腔内运动，用于清洁及监测管道的工具。智能清管器主要是指通过涡流、超声、漏磁等无损检测原理对管道的几何形状、金属损失、裂纹进行检测的一种器具。智能清管器是机械清洗管道的设备之一，主要有四方面功能。第一，管道的扫线、除锈、干燥、封堵及置换。这种用途主要在陆上或海上输气、液管道中采用；第二，油田生产过程中管道的清蜡、除垢、除水和尘土。这种功能主要针对输油管道或油气混输管道的应用；第三，不同介质的隔离。这时用于需要隔离不同的流体，防止不同流体混合、产生污染或发生化学反应等；第四，管道内防腐涂敷。这种管道内涂敷技术是以清除管内结垢、沉积物以及实施管道内防腐为目的的一门新技术，现已发展成为包括输送工艺、机械、电子及化工等多种学科的综合技术。

2.智能清管器分类及工作原理

智能清管器主要是指通过涡流、超声、漏磁等无损检测原理对管道的几何形状、金属损失、裂纹进行检测的一种器具。目前应用比较广泛的智能清管器主要基于涡流检测技术、超声波检测技术以及漏磁检测技术。

2.1涡流智能清管器

涡流检测技术是基于电磁感应原理发展而来的管道无损内检测技术。涡流智能清管器就是利用导体中的涡流效应来对导体材料中的缺陷进行检测。涡流检测器探头内的激励线圈通以特定频率的电流，使管壁内表面因电磁感应而产生涡流，并用安放在激励线围之间的测量线圈进行检测。若钢管不存在缺陷，测量线圈上不产生电压。若钢管存在缺陷，测量线圈感应到电磁场的变化而产生电压。从而可以判断钢管是否存在缺陷涡流智能清管器还是其他管道智能清管器通球的基础，通过对涡流检测的结果的分析，来判断管道是否能够进行其他的管道内检测通球。涡流检测灵敏度较高，检测速度快，能够较好地实现自动化。目前我国已经研制出多种类型的涡流检测器，并且已经投入使用。

2.2漏磁智能清管器

漏磁检测器能够检测内部和外部的金属损失。其基本工作原理建立在铁磁材料的高磁导率这一特性之上，钢管在检测器自身携带的磁场作用下被磁化，当钢管中无缺陷时，磁力线绝大部分通过钢管，此时磁力线均匀分布，当钢管存在缺陷时，磁力线发生变化，并且有一部分磁力线泄露出钢管表面，即产生所谓的漏磁。通过对钢管表面溢出的漏磁进行检测，就可以

判断钢管是否存在缺陷。

在漏磁清管器投放管道中进行检测作业前要先对管道进行检测可行性评估并且先进行清管处理，确保管道满足漏磁检测器工作条件。尤其是高含蜡原油在检测过程中会在检测器上析出大量的蜡，影响检测结果。所以对于输送高含蜡原油的管道进行检测时要采取一定的措施减少蜡的析出。管道中的沉积物和残余物也会使得检测器运行不稳定、传感器无法正常工作，甚至会导致检测器损坏造成检测结果不准确。

2.3超声波智能清管器

超声波发生器沿垂直于管壁的方向发射超声波信号，其中部分超声波经管道内壁反射，被超声波发生器接收，而剩余的超声波穿过管道内部，经管道外壁的反射，被超声波发生器接收，从而形成了超声波接受时间的差值。由于超声波在管道中的传播速度相同，则时间差值的大小反应了管壁的厚度大小。若钢管不存在缺陷，时间差为已知的定值，若钢管存在缺陷，时间差将减小。通过对时间差的测量，即可检测出钢管是否存在缺陷。

超声波检测技术原理相对简单并且相对于涡流检测技术而言，对于材料的敏感性小，适应性高，能够对各种管径的管道进行检测而且检测精度高，所以在国内外都得到了迅速发展。

目前，涡流检测由于自身特点在应用中尚存在一些技术难题，超声波检测技术检测精度高，但是对于环境要求高，需要耦合剂等辅助手段。而漏磁检测技术在检测管道金属缺失的同时还能够记录和识别管道全线特征和管道修复的历史记录，对于管道的异常裂纹还有一定的识别作用。与涡流检测和超声波检测相比，漏磁检测技术精度高、灵敏性强、检测范围广、受外界干扰程度低，是目前应用最广的内检测技术。

3.结语

长输油气管線的泄漏和堵塞是管道运行的主要故障，为了保证金属管道的长期、安全运行，必须有计划地进行腐蚀检测，以确定管道腐蚀状况，指出可能发生泄漏的隐患。智能清管器在管道上的应用不仅减少了人员的浪费而且提高了经济效益。目前应用比较广泛的智能清管器主要基于涡流检测技术、超声波检测技术以及漏磁检测技术，文中分别就其运行原理进行了介绍。随着管道领域更广泛的发展，对智能清管器的技术要求也变高了，清管器的发展越来越偏向于数字化、智能化、高精度、远距离的方向。

参考文献：

[1]李成钢；张敬安.油气管道清管器分类研究[J].化学工程与装备.2016.19（6）：119-121.