新建小口径油气管道内检测工艺

新建小口径油气管道内检测工艺

薛 鹏

.管网集团（徐州）管道检验检测有限公司， 江苏 徐州 221008

[摘要]　新建管道在投产前因缺少工作介质，无法像在役管道一样直接开展检测作业。油气管道投产前内检测，有两种解决方案。一是采用具有自主动力的内检测器，二是从外界获取动力介质推动检测器前进。然而自主动力内检测器体积较大，难以应用于较小口径的管道内检测，本文针对小口径、短距离新建油气管道的气驱内检测作业进行了探讨，总结了实施流程并推导了工艺计算方法。

[关键词]　新建管道；内检测；气驱；

自主动力管道内检测器不需要推动介质，运用电动力或燃油机动力实现自主运行^[1,2]，安装不同的检测模块可以实现多功能管道内检测。然而现有自主动力内检测器采用的电池筒体或动力牵引机构体积庞大，难以应用于DN400及以下口径的新建管道检测。对于小口径油气管道的内检测，常采用气驱方式。

1 气驱内检测特点

目前管道投产前检测主要以空气为介质空压机提供动力源推动检测器运行或以水为介质以水泵为动力源推动检测器运行。空气驱动方式由于空气的可压缩性，检测器运行不稳定，无法保证检测结果的精度和准确性。水驱动方式虽然可以获得稳定的工况，保障检测器的运行速度和数据质量，但是对于大口径管道来说需要大量符合标准要求的水作为介质，所需水源的获取较为困难，检测中产生废水的处理及排放也是一大难题。因此对于小口径、短距离的新建管道宜采用压缩空气驱动的方式进行内检测作业。

由于气体具有压缩性，检测器在行进过程中常出现脉动式的运行状态^[3,4]。当管道坡度发生变化或管道曲率发生变化时，由于检测器密封皮碗裙边与管壁接触状态发生改变，受力状态易发生突变，检测器瞬时运行速度可达10m/s以上。因此，为提高检测器运行的稳定性，需要对检测器自身结构以及工艺条件进行相应优化。

（1）检测器轻量化

检测器轻量化能够减小惯性带来的危险，减小检测器到达收球端时的冲击力。同时，轻量化也带来了更小的摩擦力，减小了所需的驱动压差。

（2）支撑轮减阻

在检测器周向安装多组支撑轮，能够大大降低摩擦阻力，减小了检测器停滞的概率，同时也提高了支撑性，对于几何检测器而言提高了测量节与管道轴线的同轴度，带来了更好的检测质量。

（3）检测臂采用高强度轻质材料

气驱内检测易产生过快的运行速度，检测臂采用高强度材料能够减轻支臂冲撞管内异物造成损坏。

（4）检测臂增加阻尼装置

检测臂增加阻尼装置，能够削弱检测臂的弹跳效应，例如将检测臂安装在分瓣式皮碗之后，检测臂不与管道直接接触，利用皮碗的阻尼特性削弱冲击力。

（5）提高背压

提高背压能够增大气体密度，降低检测器运行的不稳定性，但是带来了更长的打压时间以及能耗，增大了检测作业的危险性。

（6）稳定背压

调节收球端泄放阀，能够控制收球端与发球端之间的压差，防止背压过快泄放，控制压缩空气泄放速度。

2 气驱内检测收发球流程

容积较小的管道（长度较短，口径较小），宜采用先放置检测器，后打压的方式。

（1）发球筒的连接

发球筒的作用：发送清管器/检测器；

集气管的作用：收集来自空压机的压缩空气，然后统一输送到发球筒里。

空压机：压缩空气给清管器/检测器提供动力；

若现场无永久发球筒，采用临时收发球筒需要现场改造。

（2）收球筒的连接

收球筒的作用：接收清管器/检测器；

放气阀的作用：用于泄放压缩空气，内检测实施过程中通过调节放气阀来控制检测器两端压力差。

（3）收发球流程

开启发球筒盲板，推入检测器，使得动力节皮碗与偏心大小头紧密接触。关闭盲板，此时平衡管阀门处于全开状态，启动空压机进行注气打压。由于平衡阀开启，检测器前后压力平衡，待收球端压力满足背压要求，缓慢关闭平衡阀，压缩空气将从检测器后端注入，压差形成后，检测器开始运动。检测器运行期间，控制收球端背压使其稳定在所需的背压范围，使得检测器能以较为稳定的运动状态前行。检测器即将进入收球筒时，带出的粉尘碎屑被压缩空气吹出，确认检测器进入收球筒后，关闭发球端空压机，待管存空气泄压后取出检测器。

3 气驱工艺计算方法

当待检管道里程较短时，沿程水力坡降较小，当检测器运行时上下游近似为恒定压力。以0.2MPa的压差作为检测器的推动压差进行工艺计算。检测器的平均运行速度取决于上游压缩空气的实际流速，需要将额定排量换算至上游压力、温度下所对应的实际流量，再根据管道截面计算实际流速。

根据实际气体状态方程，有

式中， 为压力；

为温度；

为气体常数；

为比体积；

Z为压缩因子，表征在相同压力与温度下，实际气体体积与理想气体体积之比。

不同压力温度下的实际气体体积换算为

不同压力温度下的实际气体体积流量的换算为

当计算温度、压力与标况偏差不大时，压缩因子Z接近1（以空气为例20℃，0.6 MPa，Z=0.996），此时可看作为理想气体。空气经压缩机增压，排气温度升高，但地温较为稳定，气体行进一段距离后与地温温差较小，因此，忽略检测器前后压缩空气温度差异，认为温度T无变化。此时，实际流量、实际平均流速计算见下式：

式中， p——气体压力（绝对压力）；

V——气体体积；

Q——气体流量；

S——管道流通截面；

D——管道外径；

t——管道壁厚；

v——检测器运行速度；

背压与发球端压力计算：

动力压差取0.2MPa，假设建立0.4MPa（表压）背压，则发球端压力为0.6MPa（表压），检测器平均速度按照0.7MPa（绝压）进行计算。由于空压机的实际工况与额定工况存在差异，额定排气量乘以系数k作为真实排量，根据以往检测数据，反算得系数k=0.85~0.91，暂取k=0.9作为工艺计算的依据。

检测器平均运行速度为

忽略实际气体偏差、温度变化，检测器平均运行速度为

式中， p₀——标况压力（绝压，p₀= 0.101325 MPa）；

p_背压——背压（表压，MPa）；

Q₁——发球端压力下实际气体流量（m³/min）；

S——管道流通截面（m³）；

D——管道外径；

t_w——管道壁厚；

k——排量折减系数；

预计运行时长为

打压时长计算：

未打压前管道存气量为

打压后管道存气量为

打压时长为

单次检测最少时长计算：

式中， t₁——运行时长；

t₂——打压时长；

t——单次检测总时长；

V₁——打压前的管道存气量；

V₂——打压后的管道存气量；

4 结语

气驱内检测仍是新建小口径油气管道的主要检测方式，因涉及到压缩气体的特性，与传统在役输油管道的内检测工艺计算方法不同，工艺计算需要考虑压缩性带来的影响。可以采用检测器轻量化、支撑轮减阻、检测臂采用高强度轻质材料、检测臂增加阻尼装置、提高背压、稳定背压等多种方式对检测工艺进行优化，提高检测数据质量。

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[作者简介] 薛鹏：男，助理工程师，硕士，主要从事管道内检测工作；