４６・ 工业安全与环保 ２００６年第３２卷第８期 ・Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｕｇｕｓｔ ２００６ 管道内检测技术及发展趋势 石永春 刘剑锋 王文娟 （Ｉ．中国矿业大学 江苏徐州２２１０００；２．徐州空军学院 江苏徐州２２１０００） 摘 要 目前，对于管道的检测较为普遍的观点是采用智能检测器对管道实施内检测。简单介绍了内检测技术在国内 的发展情况，着重介绍了针对３种缺陷类型而研发的变形检测器、金属检测器、裂纹检测器３种管道内腐蚀检测技术，指出 了目前内检测技术存在的问题及其发展趋势。 关键词内检测管道缺陷 Ｉｎｎｅｒ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ Ｓｉｌｌ Ｙｏｎｇ—ｅｈｕｎ。ＬＩＵ Ｊｉａｎ—ｆｅｎｓ￣ＷＡＮＧ Ｗｅｎ—ｊｕａｎ （１．Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＭｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２１０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｎｅｒ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｓ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｎｅｒ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｅｓｅｐｃｉａｌｌｙ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｉｎｎｅｒ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｉｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｃ・ ｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｔｈａｔ ｉｓ ｓｔｒａｉｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｍｅｔａｌ ｅｄｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ ｃｒａｃｋｌｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｄｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｉｎｎｅｒ ｅｘ— ａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｉｎｎｅｒ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｐｉｅｐｌｉｅｎ ｄｅｆｅｃｔ 管道是输送危险液体和气体最为安全有效的方式。随 部状况，并根据适当的优选原则，对一些严重缺陷或潜在问 着管道运营时间的延长，管道老化问题日益突出，管道安全 题进行及时维修，就可以避免管道事故发生，同时也能够大 运行问题越来越受到人们的重视。根据国内外管道事故统 大延长管道寿命。 计资料分析，管道投人运行的早期和后期是事故的高发期， 管道内检测技术是通过装有无损检测设备及数据采集、 特别是后期，管道因腐蚀破坏而造成的穿孔泄漏事故时有发 处理和存储系统的智能清管器在管道中运行，完成对管体的 生，管道事故发生的可能性是随着管道运行时间的增加而急 逐级扫描，达到对缺陷大小、位置的检测目的＿２ Ｊ。 剧增加的。在我国，多数管道都已有２０多年，已到了事故的 管道内检测技术可以在保证管道正常运行的状态下，定 高发期…，必须采取相应的措施以防止事故的发生。目前． 量检测出管道存在的缺陷。该技术的应用为管道事故的预 对于管道的检测较为普遍的观点是采用智能检测器对管道 防和合理维护提供了科学依据，对保证管道尤其是长输管道 实施内检测。 安全运行具有重要作用。使用管道内检测技术有较多的优 ｌ内检测的作用 点：一是有计划地进行管道内检测，不仅能识别潜在的管道 如果能够对管道实施内检测，就能够准确地把握管道内 缺陷，而且能够分辨出缺陷的大小和类型以便能早期维护， 被广泛地应用于建筑防火，并且随着生产技术工艺水平的提 带来了困难，也限制了新型建筑结构装修材料的应用，这也 高，其产品的质量、性能日趋完善进步，价格也已被大部分建 进一步说明了我国现行防火技术标准在体系和自我更新完 设投资方所能接受，因此提高主动防火系统在建筑防火技术 善方面的欠缺。 体系中的地位，实现主、被动防火系统的相互协调和有机互 笔者认为，对各类新型建筑结构、装修材料及建筑防火 补，是非常现实和必要的。 灭火产品的指导性标准应独立于建筑防火技术标准，其更新 ３．３完善规范新型建筑结构材料 完善的周期也应小于相应的建筑防火技术标准，只有这样才 及时更新、完善、规范对新型建筑结构材料、装修材料防 能推动新材料、新产品的研制和应用，反过来才能推动建筑 火安全性能和新型建筑防火灭火产品的指导性标准。现行 防火技术体系的进一步更新与完善。 建筑防火技术体系对以钢筋混凝土，加气、轻质混凝土，普通 作者简介 陈长红，女，汉族，１９７４年７月出生，山东高唐县人。日照 砖为材料的各类建筑结构构件的耐火极限已做出了系统详 市消防支队防火处工程师，主要从事建审、监督检查工作。 细的指导。但对于以钢材为主的各类新建筑结构形式的防 李峰，男，１９７６年出生，山东五莲县人，日照市消防支队防火处工程 火安全技术措施以及各类新型的建筑内装修材料的防火性 师。主要从事建审工作。 能或防火措施，缺乏及时有效的指导，从而给设计、消防部门 （收稿日期：２００６—０３—１６） ・４７・ 使其在达到危险点之前就被找到，进行维修，减少了大量损 失以及对环境的污染。二是运用管道内检测技术，可以为管 存在的最为严重的缺陷，对管道的威胁极大。 最适于检测裂纹的技术是超声波方法。经过管壁的超 道维修提供科学的依据，变抢修为计划检修，有计划地更换 个别管段，可大大减少管道维修费用，避免了管道维修的盲 目性。三是对管道的承载能力心中有数，适时决定是否增压 声波受到来自管壁的各种不同情况的影响．从而可以测量并 描绘出管道的现有状况。超声波检测器的主要优点是能够 提供对管壁的定量检测。其提供的内检测数据精度高和置 信度高，缺点是需要耦合剂。 一或减压。四是对管道的管径缺陷情况提供了永久的状况记 录 ］，为研发管道和施工提供有益的参考。 ２内检测技术【２ 管道中可以被检测到的缺陷可以分为３个主要类型：① 几何形状异常（凹陷、椭圆变形、位移等）；②金属损失（腐蚀、 种最新的超声波检测技术即电磁声波传感检测技术 （ＥＭＡＴ）正在研发中，该技术的最大优点就是可借助电子声 波传感器，使超声波能在一种弹性导电介质中得到激励，而 不需要机械接触或液体耦合。该技术利用电磁原理，以新的 划伤等）；③裂纹（疲劳裂纹、应力腐蚀开裂等）。针对上述３ 种缺陷类型，世界上各大检测专业公司都根据市场和用户的 需要研发了多种检测器，并不断更新换代。内检测器按其功 能可分为用于检测管道几何形状异常的变形检测器，用于检 测管道金属损失的金属检测器，用于裂纹、应力腐蚀开裂检 测的裂纹检测器。 ２．１检测管道几何形状异常的变形检测器 管道几何形状的异常多因受到外部机械力或焊接残余 应力等原因造成，通过使用适当的检测装置可以检测出各种 原因造成的、影响管道有效内径的几何异常现象并确定其程 度和位置。 测径器是用于检测、定位和测量管壁几何形状异常的。 常用的测径器使用一定排列的机械抓手或有机械抓手的辐 射架。机械抓手压着管道内壁并会因横断面的任何变化引 起偏移，这些偏移可能是由于一个凹陷、偏圈、褶皱或附着在 管壁上的碎屑引起的。捕捉到的偏移信号被转换为电子信 号存储到机载的存储器上，将一次运行后的数据取出并使用 合适的软件加以分析和显示，从而确定那些可影响到管道完 整性的异常点。目前市场上的测径器提供的被测管径范围 从１００～１ ５００ ｍｍ不等，其灵敏度通常为管段直径的０．２％ ～１％。精度大约为０．１％一２％。 ２．２金属损失检测技术 漏磁（ＭＦＬ）技术可检测出腐蚀或擦伤造成的管道金属 损失缺陷，甚至能够测量到那些不足以威胁管道结构完整性 的小缺陷（硬斑点、毛刺、结疤、夹杂物和各种其他异常和缺 陷），偶尔也可检测到裂纹缺陷、凹痕和起皱。漏磁技术应用 相对较为简单，对检测环境的要求不高，具有很高的可信度， 而且可兼用于输油和输气管道。 对于浅、长且窄的金属损失缺陷，ＭＦＬ信号就难以检测 出来。检测精度也受多种因素影响。常规ＭＦＬ检测器的磁 铁方向是沿管道的主轴方向，缺陷 产生的磁通扰动较小，因 此在探测轴向缺陷方向的精度较差，通过把磁铁方向或磁力 线方向调整为绕管道轴向，增大缺陷对磁通的切面积，可增 加对轴向缺陷的检测精度。在对管道进行检测时，要求管壁 达到完全磁性饱和，因此测试精度与管壁厚度有关，厚度越 大，精度越低，其使用的壁厚范围通常在１２ ｍｍ以下。 ２．３裂纹检测技术 裂纹可能由管材的缺陷、材料空隙、夹杂物或凹陷、局部 脆性区域及应力、疲劳、腐蚀等造成。裂纹类缺陷是管道中 传感器替代了超声波检测技术中传统的压电传感器。当电 磁传感器在管壁上激发出超声波时，波的传播采用以管壁 内、外表面作为“波导”的方式进行，当管壁是均匀的，波沿管 壁传播只会受到衰减作用，当管壁上有异常出现时，在异常 边界处的声阻抗的突变产生渡的反射、折射和漫反射，接收 到的波形就会发生明显的改变。由于基于电磁声波传感器 的超声波检测最重要的特征是不需要液体耦合剂来确保其 工作性能，因此该技术可应用于输气管道，是替代漏磁通检 测的有效方法。然而，这种检测技术也同样存在着不足，检 测器需距被检物体表面ｌ ｍｍ，传递超声波能力相对较低。 正是由于这个原因，在许多情况下是通过电磁声来确定其动 态范围，且不能使用高频。 ３内检测技术在国内的应用 我国从２０世纪８Ｏ年代开始管道检测技术与设备的研 究和应用。先后从国外引进了不同规格的管道腐蚀检测设 备。比如中国石油天然气管道局先后从德国、美国等国家进 口了几种规格的管道腐蚀检测器，并用从德国进口的Ｄ７２０ 型超声波管道腐蚀检测器和Ｄ７２０型管道通径检测器，并在 管道局所属的一些输油管线进行了现场检测。经过十几年 的引进、消化吸收和国产化研制，国内现有管道腐蚀检测器 已能满足２７３～７２０ ｍｍ各种口径管道的检测需求，其中自行 研制的３７７ ｍｍ腐蚀内检测器，１９９８年研制成功并投入使用， 目前已获国家专利，截止目前，已对２Ｏ多条共计６ ６１２ ｋｍ的 油气管道进行了内检测＿４ Ｊ。内检测技术的不断推广应用，降 低了管道事故的抢修频率，并逐步转为有计划的检修，大大 提高了管道的运行可靠程度。 目前我国铺设的输油和输气管道已达３０×１０ ｋｍ，而且 目前正在以ｌ ０００～２ ０００ ｋｍ／ａ的速度铺设新管线【５ Ｊ。现有 管道中多数管道服务都已有２Ｏ多年，已到了事故的高发期， 必须大力应用和发展内检测技术，为我国管道事业的发展提 供良好的保障。 ４内检测技术存在的问题及其发展趋势 ４．１ 目前内检测技术存在的问题 尽管内检测在管道的施工阶段和使用阶段都得到了较 为广泛的应用，但是仍然存在着一些的问题。比如：①目前 阶段的所有的内检测对于缺陷的探测、描述、定位、及确定大 小的可靠性仍不稳定，不精确，需要改进的余地还很大；②检 测工具对工作环境的要求极为苛刻（高压、低／高温），检测器 在运行中不可避免地会由于运行速率、杂质等引起检测结果 ４８・ 工业安全与环保 ２００６年第３２卷第８期 ・铆枷生伽 哈安 啦全 搿职 ； 卫 业 Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｕｇｕｓｔ ２００６ 公路隧道施工安全评价指标体 系的 研究 刘辉 （吉林建筑工程学院环境工程系 长春１３００２１） 摘要针对公路隧道施工系统安全的特殊性，提出并建立了公路隧道施工安全评价体系。同时公路隧道施工安全系 统是一个复杂的非线性系统，运用ＢＰ神经网络对公路隧道施工系统进行了安全评价的研究和应用，结合各个公路隧道施工 的实际情况，进行科学的安全评价，能够得到公路隧道施工的不同时期的安全状况。 关键词 公路隧道 施工 安全评价 评价指标神经网络 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｌｇｈｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｍｔｍｃｔｉｏｎ ＵＵ Ｈｕｉ （Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，脚ｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２１） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓａｆｅｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｄｒ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｓａｆｅｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｌ ｓｙｓｔｅｍ．ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔ ｉｓ ａｐ－ ｐｌｉｅｄ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ｓａｆｅｔｙ ｓａｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｅｈ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｐｈａｓｃ Ｃｆｌｌｌ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ ｓａｆｅｔｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎｄｅｘ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔ 随着我国国道和高速公路网的迅速建设，公路隧道越来 其他生产形式，兼顾建设工程施工和矿山生产，具有其自身 越显示出穿山越岭的优越性，随之而来的公路隧道施工项目 独特的安全生产特点。在现有的施工条件下，没有系统的安 增多，其安全问题也逐渐显露出来 。公路隧道施工不同于 全生产保证体系，因此，急切需要建立和健全隧道施工安全 偏差或设备损坏；③现有分析检测结果的方法不一致。现有 蚀和金属减薄量方面已经很成熟，但是检测管道的初期裂纹 的可用来证明结果的概念、检测工具的测量原理以及操作的 仍是一个研究重点和发展趋势。已有检测仪投入商业使用， 可靠性没有达到用户所要求的程度；④完成检测是一个多步 能够测出裂纹或像裂纹的３０ ｍｍ长、ｌ ｍｍ深的缺陷。北美 骤的过程，取决于计算机算法与最终作决策人的经验，这个 公司正在研发横向场测量技术和弹性波在线裂纹检测仪器。 时候计算机算法和人的经验就对结果起着绝对性的作用；⑤ 据知，法国一家管道ＴＲＡＰＩＬ公司正在试验一种横向漏磁检 目前还没有如何诊断、分析、识别缺陷三维大小的推荐做法。 测仪用来检测应力腐蚀裂纹。 每个在线监测机具供应商为了各自的商业利益，都是在自己 漏磁通法与超声波法相结合是发展的方向之一，伴随着 的公司内部采取保密的方法对检测结果进行解释和评价＿２ Ｊ。 新技术、新工艺的不断涌现，管道内检测技术手段也日趋成 现在还没有任何一种被公认的方式对人为因素所产生的解 熟和科学，管道内检测设备已由单纯的漏磁腐蚀检测器向高 释错误进行评价，这种资源上的不共享在一定程度上也阻碍 清晰度、ＧＰＳ和ＧＩＳ技术于一体的高智能检测器发展。 了内检测技术的进一步发展。 为进一步降低操作成本，提高管道内检测效率和精度， ４．２内检测技术的发展趋势 应开发一种能够同时检测出腐蚀、应力腐蚀裂纹、裂纹和凹 用三维图像直观显示管壁缺陷是当今国际管道内检测 痕缺陷的多功能的检测仪。 技术的发展趋势。用超声波技术实现直观显示管壁缺陷，比 参考文献 较容易实现。用漏磁技术实现直观显示管壁缺陷则比较困 １高福庆．管道内检测技术及发展．石油规划设计，２０００，１１（１） 难，这是由漏磁检测技术原理决定的。漏磁检测器的发展方 ２严大凡，翁永基，董绍华．油气长输管道风险评价与完整性管理． 向主要在两个方面：一是提高检测器探头的质量并增加探头 北京：化学工业出版社，２００５ 的数量，这样就提高了采集数据的质量和数量，从而为数据 ３许佶．管道内检测技术简述．城市煤气，１９９７（９）：２１—２４ 分析提供更全面、更准确的基础数据；二是提高数据分析的 ４丁建林．我国油气管道技术和发展趋势．油气储运，２００３，２２（９）：２２ —２５ 准确性和自动化水平，使之能够形象直观地描绘出管道真实 ５钟家维，沈建新，贺志刚，等．管道内腐蚀检测新技术和新方法．管 状况。其中最重要的是需要在漏磁与缺陷的对应关系数学 道技术，２００３（４）：３１—３５ 模型的研究上不断做出努力＿５ Ｊ。 （收稿日期：２００６一ｏ３一ｓ３） 尽管漏磁和其他检测技术在定量和定性地测量管道腐