摘要 我 国的油气管道发展空间极其广 阔，研 究原油输送腐蚀检测器将对我国打破 国外技 术

封锁 ，保 障 国家原 油安全 输送有 重要 的战 略意义 。在介 绍 了几种管道 内检测技 术优缺 点 的基础 上 ，

指 出 了我 国管道 内检测 技 术 的技 术现状 。还 介绍 了国外和 国内管道 内检测 装置 的发展 状况和 水 平 ，

最后 指 出我 国应 充分发 挥 油气管 网监控 与数据 采集 系统 的全局优 势 ，优 先发 展超 声导 波检测 技 术 ，

并指 出了我 国管 道 内检 测技 术 的研 究方 向和发 展趋 势。

关 键词 管 道 内检 测 油 气输 送 超 声 波法 超 声 导波 管 网

0 引 言

1959年 中同第 1条输 油管道— —新 疆 克拉玛 依

油 田至独山子炼油 厂原 油管 道建 成投 产 ，截 至 2009

年 ，中 国分别建成 原油 、成 品油和 天然气 管道 1．7、

1．4和 3．1万 km 。管道运 输 承担 着我 国 70％ 的

原油 和 99％的天然气运输量 。

2005年底 俄罗 斯 的管道 干 线 总长 度 为 21．7万

km．3； 目前 ，加 拿大 拥有 的’?南气管 线 总里 程 40余

万 km； 日本 和 西 欧均 突 破 20万 km；美 国 已拥 有

29万 km的输油管道和30万 km的输气管道 ，位居

世界第一。据美 围材料试验协会研究 ，管道运行时

的危 险 系数随管 道运行 年 限的增 加成倍增 加 。据统

计 ， 目前 世界 上 50％ 以上 的管 网趋 于 老 化 ，我 国

60％ 的原油 管 道 已 经运 营 了 20a以上 ，东 部 管 网

的服 役年 限 已超 过 30a 。

发达 国家 的管道投 产后 即对其 技术状 况进 行跟

踪检 测 ，在管体 腐蚀等 缺 陷严 重 到发生泄 漏之 前就

能及 时发 现并主 动进行 修复 ，而 我 国的管 道维 护还

主要 停 留在 “事 故 后 抢 修 ” 阶段 冈 此 ，必 须 对

运行 管道进 行定 期 的 、全 面检 测 ，做 出准 确合 理 的

安全评估 ，预测可能发生的隐患 ，并及时消除。根

据 《中华人 民共 和国国家经济贸易委员会令 (第

17号)》 的要求 ，新建石油管道在投产后 3a内要

进行内检测 ，此后检测周期要视管道运行安全状况

而定 ，最长 不得 超过 8a。 因此 ，中石 化 集 团公 司

项 目 “原油输 送 腐 蚀 检 测 器 (管 道 猪 ) 探 索 性 研

究”对于我 国打破 国外技术封锁 ，保障 同家原油

安全 输送具 有重要 的战略意 义 。

1 管道 内检测技 术介绍

管道 内检测技 术 主要 有激 光检 测技术 、电视测

量法 、涡 流 检 测 法 、电 磁 超 声 (EMA) 检 测 法 、

漏 磁通 法 、超声波 法 以及近年 来 出现的超 声导 波技

术等 。

激 光检 测法 具有 效 率 和 精度 高 、采 样 点 密 集 、

空间分 辨力 高 、非 接触式 检测 、能直 观地显 示被 检

管道等优点 ，缺点是只能检测物体表面 ；电视测量

法 需要 与其 他方法 配合使 用 ；涡流检 测法 只能检 测

表面腐 蚀 ；电磁超声 技术 的优 点是无 需任何 耦合 介

质 ，缺 点是 有较大 的插入 损耗 ，转换 效率低 、易受

噪声污 染及接 收信号 质量 较差 等 ；漏 磁法 的优点 是

无 需耦合 剂 ，不会发 生漏 检 ，缺点是 表面检 测 ，抗

干 扰能 力差 ，空 间分 辨 力低 ，检测数 据需校 验及 会

出现虚 假 数据 ；超 声 波 法 的优 点 是 材 料 敏感 性

小 、可检 测厚 壁管道 、对 壁厚 无限制 、能测 出缺 陷

的深度及 位置 、检测 数据 准确 ，缺点 是需要 传播介

质 ；超 声 导 波 技 术 的优 点 是 快 速 、长 距 离 、成

本相对低 、简便实用及数据精确可靠 ，缺点是不能

对 缺 陷 定 性 、复 杂 管 道 系 统 检 测 结 果 解 释 难 度

大 等 。

超声导波检测利用超声导波在介质 内远距离传

输 的特性 ，仅在 1个测 试点 利用 导波技 术 ，选 择适

当的声 波 模 式 ，就 可 对 长 距 离 管 道 进 行 100％ 检

2011年 第 39卷 第 3期 周 燕等 ：油气管道 内检 测技 术的发展

测 。辽 宁省科 学 技 术 情 报 所 资 料 检 索 显 示 ， 目

前 国内此项 技术 尚处 于 研发 阶段 ，国外 已进入 商业

化运 营 阶段 。中石 油 管 道 科 技 研 究 中心 2007年 年

底 引进 超 声 导 波 检 测 技 术 并 取 得 一 定 成 果 ，2008

年在乌鲁木齐输油气分公 司鄯善输气站和忠武管线

开 展 了超声 导波 检测 ，检 出率 达 98％ 。

总的来说 ，油气管道 的缺陷 主要有腐蚀 和裂

纹 ，其 中管道 内腐 蚀 检测 技术 比较 成熟 ，但 由于裂

纹形 态 的复杂 性 和几何 分 布 的特殊 性 ，检测 方法 和

技术 并不 十分 成熟 。漏 磁 法和超 声 波法 管道 检测 器

的应用最为广泛 ，漏磁法适合检测 中小型管道腐蚀

和径 向裂纹 ，对 被检 测 管道 的壁 厚有 限制 ，管 壁缺

陷无法 定量 分析 ，且 分 辨率 和准 确率较 低 ，需 经过

校 验方 能使 用 ，漏 磁 检 测 更适 合 天 然 气 管 道 检 测 。

超 声波 检测 适合 精确 检测 大管 径 的管道 腐蚀 、厚 壁

和裂纹 (径 向和 轴 向)，检测 数据 精确 ，结果 直

观 ，但检测时需要传播介质 (耦合剂 )，如油或水

等 ，这就使其在输气管道上 的应用变得复杂。超声

波检测在原油输送管道的无损检测方面有着更大的

应用 和发 展前 景 。

2 国外管道 内检测装置 的发展状况

2．1 广 泛应 用 的检 测机器 人

目前 ，国外 的工 程技 术人 员 已研制 出了不 同原

理 管道 内智 能检 测 装 置 30余 种 。在 国外 原 油 管 道

检测中，广泛应用 的是第 2代漏磁管道检测器和超

声 波管道 检测 器 。检 测方 法 的不 同导 致 检 测对 象 、

检测范围及检测结果都有所区别 。表 1为超声波检

测与漏磁检测方法的对 比。

表 1 漏磁检 测与超声波检测对 比

注 ：检测壁厚还取决于检测装置 的大小 ；T为壁厚。

2．1．1 漏 磁 检 测 机 器 人

漏磁 法智 能 管道 检测 系统 是利 用励 磁器 将管 壁

磁化 ，同时 由磁传感器阵列探测各种缺陷损伤造成

的磁通量泄漏来确定缺陷尺寸 、形状和所在部位 。

漏磁检测机器人的技术优势是可对各种管壁缺陷实

施 检 验 ，不受 检测 介质 的影 响 ，适应 于 中小 型管道

的检 测 ，不易 产生 漏检 现 象 。漏 磁 检测 机器人 应用

的局 限性 表现 在 ：① 因为检 测探 头得 贴近 管壁 进行

检 测 ，当管 壁 不平 ，如 有焊 瘤或 管壁 积有 其他 杂质

时 ，会引起探头抖动，产生虚假数据 ；②对管壁缺

陷无法定量分析，其测得的检测数据不够精确 ，需

经过校验方能使用 ；③对金属敏感度高，当管道材

料混有杂质时，将影响测量结果 ；④检测大管径及

厚 壁 管道 的能 力有 限 。

2．1．2 超 声 波检 测机 器人

超 声波检测 机器人适 合大管径 、厚壁管 道检 测 ，

其检测精度较高，检测数据简单且不需对其进行校

核 ，效率高。缺点是：①对检测介质敏感 ，当管壁

缺陷处的腊质层过厚，将影响该处 的检测结果；②

对超声 探头 的方 向与 距 管壁 的距 离 要求 很 高 ，扫描

带受超声 探头 的限制 ，处 理不 当易 产生漏检 。

一 些 发 达 国家在 管道 检测 方 面 已形 成 了一系 列

成熟 的管道检测技术。除了采用各种智能机器人对

管道的变形 、壁厚 、涂层及腐蚀情况进行检测外 ，

还 采用 以微机 网络 系 统 为 基 础 的 SCADA技 术对 管

道 的运 行情 况进 行监 测 ，并 以数 据及 图像 的方 式再

现埋地管道 的详细情况 ，最后对计算机处理的结果

进 行综 合分 析— —风 险评估 ，将 管道 运行 状况分 为

5个等级 ，根据不 同的等级采用不 同的修 复方法 ，

为管道决策者提供参考 。

2．2 国外几 款先 进 的管道 无 损检 测机 器人

2．2．1 美 国 GE公 司的 UhraScan Duo

GE公 司 的产 品 UltraScan 。Duo (图 1) 是世

界上第 1个 利 用 “相 控 阵超 声 波 技 术 ” (Phased

ArrayTechnology) 的管 道 检 测 工 具 。该 工 具 是 GE

公司改 良的 自动传感器系统 ，用于在单次运行中同

图 1 Ultrascan Duo

时对金属管道腐蚀损耗和裂纹探测的全面检测 。在

单次运行中，UltraScan Duo可以收集有关管道缺

陷类型和尺寸的数据 ，并排出这些缺陷的优先次序

一 76一 石 油 机 械 2011年 第 39卷 第 3期

以进行检测和修补作业。由于所有数据是在单次运

行 中收集的 ，所 以裂纹探测数据和管壁测量数据是

紧密相关的，为管道管理人员提供 了有力 的决 策

依据。

2．2．2 美 国 GE公 司的 SmartScan

2005年初 ，GE公 司为输气 管 道 和液体 管 道作

业者展示了一种能够通过急转弯道等障碍并对管道

实施 在 线 检 测 的 装 置—— 智 能 扫 描 装 置 (Smart—

ScanTM，见罔 2)。该检测装置具有创新的可伸缩

结构和独特设计的传感器 ，与管道带压开孔设备的

图 2 SmartScan

一 伸缩机构 ；2～传感器

发送系统结合在一起 ，还具有通过连续弯头和直径

管道的能力。对于需要进行带压开孑L的管段的检测

工作 ，作业者无需使用传统的清管器收发装置来发

送 和接 收 SmartScan 装 置 ，可将成 45。角 的带压 开

孔 附件 安装在 管道 上而 无需 中断油 气服务 ，清 管器

和检测 装置 都可经 伸缩 式 的滑 道来 发送 。

2．2．3 俄 罗斯 NGKS公 司的超 声波检测 器

俄罗斯 NGKS公 司主要从事 管道在线无损检

测 。该公 司使用 的无损 检测 技 术包 括 漏磁 检 测

(MFL)和超声波检测 (UT)，其使 用的超声波检

测 器如 图 3所 示 ，技 术参 数如表 2所示 。

图 3 NGKS公 司超声波检测 器

表 2 NGKS公司的超声波检 测器技术参数

3 国内管道 内检测装置 的发展水平

相 比而言 ，我 国的管道检 测技 术处 于起步探 索

阶段 ，检测大多停 留在管外 ，方法落后。近年来 ，

国内有关单位利用 国外设备开展 了一些管道检测 ，

但总的说来推广难度大 ，设备昂贵，尚未 国产化，

对检测管道的基础资料 、设计施工规范要求高 ，与

我 国大部分 管道 的实际状 况有 一定 差距 。

2005年 ，由中石 化 集 团公 司胜 利 石 油 管 理 局

钻井_[艺 研究 院 (以 下 简称 钻 井 院 ) 负 责 的 海底

管道 内爬 行器 及检 测系 统 ，历经 5a攻关 ，通 过 了

科 技部 的验收及 现场 试验 ，如 图 4所示 。它 的外形

像一列火车 ，一节一节相连 ，南驱动环 、电源 、超

声采集与存储器及超声探头等组成。用投放装置将

图 4 海底管道 内爬行 器及检测 系统

“检测工”放入管道内 ，它便能借助输油管的油压

差 自由前进 ，并通过超声波的发射和回波 ，测出大

量 数据 。完成 任 务 后 “检 测 工 ” 被 回放 装 置拉 出

管 道 ，科 研 人 员 从 “检 测 工 ” 中 取 出大 量 数 据 ，

计算分析后决定是否需要对 管道进 行维修。2010

年 6月 15 日，埕 北 中心 二 号 平 台 复线 历 时 约 1h

的爬行 ，身长达 3Ill，形状像蠕虫的海底管道漏磁

检测 仪顺 利走 完 1km多 行 程 ，胜 利 油 田海 底管 道

“查体 ” 首 次获得 成 功 。一 直 以来 ，对海 底 管道 的

检测 被 国外 专业 公 司垄断 ，钻井 院研制 的海底 管道

漏磁 检测 仪 投 入使 用后 ，将 打破 国外 的技 术垄

断 。

国 内管 道 内漏磁检 测技术 成熟 ，已投人工 程应

用 。清华大 学 已与 中石 油管道 研究 中心合 作 ，成功

开发 了 O1024／11111以下各种 口径 系列检 测器 ；沈 阳

工业 大学 已先后 与 中石 化管道 公 司 、新疆 三 叶管道

技术有限公司合作 ，其 中与中石化管道公司已经成

功开 发 了 529 nlm 以 下 各 种 口径 系 列 检 测 器 ，

2008年又成 功开 发 出 ~720mm 口径的漏 磁 检测 器 ，

并在 鲁宁管线 上成 功应 用 。

同内管道内超声波检测技术还在探索之中，还

未投人工程应用。其 中，钻井 院与上海交通大学

2005年开发 了 ~325mm 海 底 管道 检 测 器 ，检 测 海

底管道的腐蚀缺陷。同时 ，该院又与北京石油化工

学院合作进行 了管道裂纹缺陷的探索研究 ，并进行

了 26mm 陆 地 管 道 检 测 器 试 验 ，开 发 了 1套

~a529film管道 腐蚀检 测器 工程样 机 。该工程 样机 只

能对 空管道 进行 检测 ，尚未开 发 出成熟 产品 ，很难

2011年 第 39卷 第 3期 周 燕等 ：油气管道 内检 测技术的发展

满 足实 际工程 要求 。

另外 ，天 津大 学 的原油 管 道泄 漏检 测与定 位 技

术项 目获得 同家科技进步二等奖 ，获得 2005年度

中国仪器仪表学 会科学技术 奖。该项 目由天津 大

学 、中国石油化工股份有限公司管道储运分公 司、

中 国石 油天 然气 股份 有 限公 司管道 技 术研 究 中心合

作 完成 。针 对 我 国原 油 大 多具 有 高 粘 度 、高 含 蜡 、

高凝 点必 须 加热输 送 的特 点 ，原油 管道 泄 漏检测 与

定位技术在提高泄漏 检测灵敏度和漏点定位精度 、

减少误报率 、停输状态下的泄漏检测等方面解决 了

一 系列关键技术 难题 ，已在 我 国 31条 、4800余

km的原油管道安装应用 ，取得了 6亿多元的经济

效益 和社 会效益 。

4 结论及建 议

4．1 充 分发挥 油 气 管 网监 控 与 数 据 采集 系统 的全

局 优势

充分 利用 我 国输 油管道 管理 已普 遍 应用 的监 控

与 数 据 采 集 系 统—— scADA (SupervisoryControl

AndDataAcquisition)，虽 然 SCADA不 具 备 管 道 泄

漏检测与定位功能 ，但可对油气管网进行远程监视

和控制 。所 以油气管道检测应采取 SCADA掌控全

局 、管 道 内无损 检测 装 置进 行局 部探 测 的原则 ，这

样 各有 专攻 ，数 据共 享 ，节 约成本 。

4．2 优 先发 展超 声导 波检 测 技术

超 声导 波检 测是 一种 快速 大范 围 、相对 低成 本

的初 步检 测方 法 ，与其 他 检测 方法 结合 使用 能 收到

事半功倍 的效果。

4．3 管道 内检 测 方法 的研 究方 向及 发展趋 势

没有一种完美的检测方法可以适合各种缺陷的

检测 。如何 组合 及搭 配 ，发 挥各 自的优势 ，提高检

测 的效 果及 准确 度是 以后 的研 究方 向。深 入发 展具

有 自主知识 产权 的管 道裂 纹检 测技 术 建 立管 道裂

纹定性与定量评价体系。用三维图像直观地显示管

道内壁缺陷是管道内检测技术发展 的趋势。未来 的

管道 内检测应 具有 以下 特 征 ：① 更 加智 能且 灵活 可

控 的行走 系统 ，在不 影 响管 道 正 常 运 行 的 情 况 下 ，

能够 应对 管道 内各 种复 杂工 况 ，包括 具备 通 过连续

弯道 、急弯道及变内径管道等运动能力 ；②更加智

能的检测系统 ，对管道内外壁腐蚀 、变形及裂纹等

各种缺陷都有一定的识别能力 ，同时具有 良好的抗

干扰能力和完善的检测数据视图功能 ；③更为精准

的缺 陷定 位 系统 ，结 合在 线组 态 管理 平 台 ，将 管道

缺 陷定 位 纳 入 油 气 管 道 在 线 监 控 管 理 系统 的 一 部

分 ；④高性能的电源系统 ，能够应付各种管道复杂

工况 ，具有更高的容量与更小的尺寸 ，甚至在必要

时可 自发供电 ，产生的电能能够满足检测装置正常

运转 的所有 需求 ；⑤ 更 为科 学高 效 的通讯 与控 制 系

统 ，不但 能 够实 现检 测 数据 与 图像 的实 时传输 ，还

可实 时控 制 检测 装置 的前 进 、后 退 、转 向及变径 等

复杂 运 动 。

综上所述 ，发展 具 有 自主 知识 产 权 的油 气 管道

内检测技术与装备具有重要的战略意义和经济价值。

参 考 文 献

佚名 ．2007年 中国油气管道发展综述 [J／OL]．中商

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