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摘要: 介绍了17″(φ426)高清晰度管道漏磁检测器的机械结构和性能指标，指出通过能力是其机械性能的重要指标。以该检测器在陕西某天然气管网内检测工程和东北某天然气管网内检测工程的实际应用为例，总结了其存在的问题：支撑力不足，皮碗磨损严重，检测器易停球等。据此，提出了改进措施：使用刚度更大的压簧增加第1排支撑轮的支撑力，但使用效果不佳；采用环形钢刷或类似支撑作为电池驱动节的支撑系统，可使检测器的运行状态远远优于采用支撑轮作为支撑的情况；改变皮碗形状，使用支撑力更强的皮碗结构，或通过增加直皮碗的方式增强支撑力，是最简便而直接的方法，取得了较好的应用效果。Abstract: The mechanical structure and performance indexes of 17″(φ426) high-resolution pipeline MFL detector is introduced. It is pointed out that this detector's accessibility is its key index in mechanical performance. Existing problems have been identified during its application in certain natural gas pipeline networks in Shaanxi Province and Northeast China respectively, including insufficient support, severe abrasion of leather cups and susceptibility to unexpected operation suspension. Accordingly, several countermeasures are taken, (1) higher rigidity springs are deployed to increase the supporting forces of the first row supporting wheels, however, this method is less satisfactory, (2) annular steel brush or similar supports are served as the supporting system for battery-driven train to form a running state of detector far superior than with supporting wheels as supports and (3) the simplest and easiest way is to enhance the supporting forces through changing cups' shape, deploying the cups with structures that can provide higher supporting forces, or increasing the number of cups. Desirable performances have been observed for these methods.
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Keywords:
- pipeline /
- magnetic flux leakage /
- detector /
- accessibility
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长输油气管道需要定期清管和内检测，以提高管输效率，检测管道内外壁缺陷，防止管道事故发生。目前，管道内检测技术主要包括几何、漏磁和超声波内检测技术，各有其适用范围和优缺点。相对而言，漏磁法内检测技术成熟，对检测管道的内部环境要求较低，无需耦合剂，是目前管道内检测行业普遍采用的方法[1-4]。
1. 漏磁检测器结构及性能指标
17″(φ426)高清晰度管道漏磁检测器主体部分由驱动节、电池节、磁铁探头节、记录仪节、测绘节5部分组成，各节间通过万向节连接(图 1a)。该设备主体较长，其使用经常受到管道收发球筒长度的限制，由于在内检测过程中通常不需要检测管道走向，因此可以将原5节检测器改为3节，通过在电池节上安装驱动皮碗将原驱动节去除，只保留电池节、磁铁探头节、记录仪节3部分(图 1b)，从而使检测器长度缩短近1/2。
漏磁检测器的性能指标包括设备的运行压力、运行速度和运行距离，适用的介质、温度及管道壁厚范围，通过最小管道直径和最小局部凹陷内径的能力，通过最小弯头曲率半径和斜接管的能力等。不同口径检测器的指标数值不同。检测器的通过能力包括通过弯头、斜接管、不同壁厚管道及变形管道的能力，是其机械性能的重要指标。
2. 应用示例及存在问题
2.1 陕西某天然气管道内检测工程(2009年)
陕西某天然气管道，全长93 km、壁厚7 mm，内检测使用的17″(φ426)高清晰度管道漏磁检测器主体由电池节、磁铁探头节、记录仪节组成。由于管道存在不规则弯头，因此使用带环形钢刷的模拟体(图 2)验证检测器能否通过该弯头。模拟体发出后在不规则弯头处出现了停球，但在较短的时间(15 min)内产生约0.3~0.4 MPa压差后继续运行，收球后皮碗无明显划痕(图 3)。但是实际检测器发出后，在不规则弯头处出现了长时间停滞(12 h)，而且需要极大的压差(超过1.7 MPa)才能迫使检测器继续运行，收球后皮碗已破损(图 4)。
2.2 东北某天然气管道内检测工程(2010年)
东北某天然气管道，全长81 km，管道壁厚分别为7.1 mm、8 mm、8.8 mm，设计压力5.5 MPa，有3座阀室、6处定向钻河流穿越、9处顶管公路穿越。内检测使用的17″(φ426)高清晰度管道漏磁检测器主体由电池节、磁铁探头节、记录仪节3部分组成。该天然气管道发球站入地弯头曲率半径较小(图 5)，发送检测器前先发送模拟体以检验设备的通过能力，结果显示，模拟体顺利通过入地弯头。但实际检测器发出后，在发球筒入地弯头处停滞，通过改变排量等方法未能使检测器运行起来，最终采用发送清管器的方法推动检测器运行才完成收球。
3. 问题分析及改进措施
3.1 问题分析
两次内检测均出现模拟体顺利通过而实际检测被卡的情况，其使用的检测器存在共同点：检测器的电池驱动节均使用支撑轮作为支撑系统；模拟体的驱动节均使用环形钢刷作为支撑系统；收球后，采用模拟体的皮碗磨损均匀且无明显划痕，而实际检测器的皮碗有明显破损或划伤。可见，采用支撑轮起支撑作用的驱动节在通过方向向下的弯头，极易出现停球的现象。
以支撑轮为支撑系统的检测器易发生停球的原因：使用电池节做驱动节，因电池节自身重力大，易造成弹簧支撑力不足。尤其在经过垂直方向的弯头时，在电池节自身重力和磁铁探头节通过万向节传导给电池节的推力的双重作用下，弹簧支撑力更显不足，使电池节中心与管道中心产生一个向下的偏离。由于电池节与管道产生偏心，导致皮碗与管壁接触不均匀，易使皮碗发生偏磨、破损，或皮碗被打翻造成泄漏而停球。
以环形钢刷为驱动节的模拟检测体通过能力明显增强，其原因如下：
(1) 在安装方式与受力形式方面，支撑轮沿圆周方向均匀分布，从轴向截面上看，轮体与管壁的接触面近似为点接触(图 6)，进入管道后受壁厚变化影响，轮体沿管道径向产生位移。受检测器自身重力的影响，中心线以下的支撑轮受力更大，受力面可近似为点状受力。而环形钢刷则布满整个管道圆周方向，从轴向截面上看，钢刷与管壁的接触可视为线接触(图 7)，进入管道后钢刷与管壁呈圆环面接触，受力面为扇形面。
(2) 在动态性能与泄流效果方面，在安装法兰外径等同的情况下，支撑轮的动态性能与泄流效果优于环形钢刷。但支撑轮的安装在管道径向上需要一定的空间，在管道外径相同的情况下，支撑轮安装法兰的外径要大于环形钢刷压盘的外径，因此可以通过减小钢刷内径、加长刷毛的方式提高通过性能。同时因环形钢刷布满管道圆周面，其泄流量明显低于支撑轮，密封性相对较好。
(3) 在通过向下弯头时的姿态方面，支撑轮沿圆周方向均匀分布在几个点上，驱动节进入向下弯头时，如果恰是一个支撑轮在下方，在驱动节自身重力及皮碗前后压差的作用下，此支撑轮的压缩变形量将远远超过其他支撑轮，造成驱动节栽头，导致皮碗产生较大泄流，因而使检测器停留在弯头处。而环形钢刷由于在圆周上与管道内壁贴合且钢刷有一定宽度，其通过弯头时，钢刷外表面始终与管道内壁保持接触，共同分担驱动节传导的力，可以有效避免驱动节栽头情况的发生，保证检测器顺利通过弯头。
3.2 改进措施
(1) 使用刚度更大的压簧增加第1排支撑轮的支撑力，使之能够承受更大的正压力，但是实际使用效果不佳，仍然可能因为过大的正压力造成支撑轮的损坏(图 8)。
(2) 采用环形钢刷或类似支撑(如有一定厚度的直皮碗)作为电池驱动节的支撑系统，在上述两次内检测工程中，驱动节使用环形钢刷作为支撑的设备，运行状态远远优于驱动节使用支撑轮作为支撑的设备。
(3) 改变皮碗形状，使用支撑力更强的皮碗结构(图 9)，或通过增加直皮碗的方式增强支撑力，是对漏磁检测器最直接、最简便的改进措施。
3.3 应用实例
新疆某成品油管道，全长228 km，规格φ426×7(8、8.7、8.75)，设计工作压力6.4 MPa。全线设有3座站场，13座截断阀室，采用一泵到底的输送工艺。内检测使用的17″(φ426)高清晰度管道漏磁检测器主体由电池节、磁铁探头节、记录仪节组成，但在电池驱动节前端增加了直皮碗(图 10)，以提高设备自身的支撑能力。在现场检测过程中，检测器运行状态良好，收球后碟皮碗磨损均匀，没有明显划痕。
综上所述，通过能力是漏磁检测器的重要机械性能指标，关系到检测器运行的安全性及现场检测数据的完整性。在实施管道内检测的过程中，当现有漏磁检测器不能满足现场的实际需求时，需要对设备加以适当改进，以提高检测器的通过能力，从而保证检测数据的完整性和准确性。工程应用实践表明：检测器采用环形钢刷或类似支撑(如有一定厚度的直皮碗)作为电池驱动节的支撑系统，运行状态远远优于驱动节使用支撑轮作为支撑的设备。而改变皮碗形状，使用支撑力更强的皮碗结构，或通过增加直皮碗的方式增强支撑力，是对检测设备最直接、最简便的改进措施。
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[1] 王富祥, 冯庆善, 王学力, 等. 三轴漏磁内检测信号分析与应用[J]. 油气储运, 2010, 29(11): 815-817. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YQCY201011007.htm [2] 冯庆善, 宋汉成, 王学力, 等. 螺旋焊缝撅嘴错边缺陷三轴漏磁信号分析[J]. 无损检测, 2009, 31(5): 340-344. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC200905004.htm [3] 朱剑, 王历军, 冯庆善, 等. 管道螺旋焊缝缺陷的初级失效评估[J]. 油气储运, 2009, 28(7): 15-20. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YQCY200907006.htm [4] 关中原. 我国油气储运相关技术研究新进展[J]. 油气储运, 2012, 31(1): 1-7. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YQCY201201004.htm
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