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海底油气管道缺陷检测器研制填补国内空白

行业聚焦点中国仪表网2013年11月09日 16:57人气:14708

  导读:近期,清华大学油田电气工程研究中心主任黄松岭教授课题组,自主研发出“海底油气管道缺陷内检测器”,并在胜利油田获得成功应用,正式宣告这一国内空白被填补。继陆地油气管道缺陷检测设备后,我国科学家再一次打消了国外技术垄断者的高傲。
  
  输油输气管道堪称经济“命脉”,其安全性直接决定着能源生产效率,更关乎环境保护等社会影响。深埋于地下,缺陷检测要不耽误生产,工程造价昂贵……这些“命脉”尤其是海底输油输气管道缺陷的在线检测,是公认的世界难题。
  
  近期,清华大学油田电气工程研究中心主任黄松岭教授课题组,自主研发出“海底油气管道缺陷内检测器”,并在胜利油田获得成功应用,正式宣告这一国内空白被填补。继陆地油气管道缺陷检测设备后,我国科学家再一次打消了国外技术垄断者的高傲。
  
  管道泄漏教训惨痛
  
  我国有超过5000公里长的海底输油输气管道,在钻井平台与平台间、平台与陆地间形成了纵横交错的网络血脉。
  
  黄松岭教授说道,“在海洋油气资源的勘探开发中,海底管道是海洋油气资源开发的重要基础设施。随着海洋油气资源的不断开发,海底管网规模将会日益扩大”。资料显示,我国海域蕴藏着丰富的油气资源,已探明石油储量246亿吨,占石油资源总量的22.9%;海洋天然气资源量为15.79万亿立方米,占天然气资源总量的29.0%,这意味着海上石油区域将成为我国石油稳产的重要基地。
  
  “由于海洋气象水文和地质环境条件远比陆地恶劣复杂,因此风险也随之加大。”黄松岭说。
  
  今年7月,泰国海底石油输油管道发生泄漏,约5万升原油溢出,严重影响当地捕鱼业并危及海洋生物和珊瑚生存;2008年12月,阿塞拜疆里海海底油气管道泄漏,几千吨石油漂浮于海面,带来可怕的环境污染和生态破坏……这些惨痛教训,不断提高着业内外对于海底油气管道安全的重视。
  
  曾经国外技术垄断
  
  “不进行专利申报和学术交流,甚至公司网站上都不展示油气管道缺陷内检测器照片。”国外少数几家掌握此类技术的公司对各个关键技术严格保密,这般“谨小慎微”既是为了全面对外技术封锁,更是为了赚取高额检测费用。
  
  从上世纪60年代国外就开始研究管道缺陷在线检测。而我国是从本世纪初,才开始有以黄松岭的“油气管道腐蚀缺陷检测器”为代表的此类研究成果出现。在这之前,国外公司对华是技术上绝不合作,只提供检测服务。几千公里的输油管道检测工程,每公里收费动辄数万美元。
  
  “即使转让设备,也是十年前的老技术,而且只给硬件不给软件,每次做工程都要等国外技术人员,国内的人员还不能靠近。”这样的“转让”充其量就是“租赁”。国外公司的高傲来自于技术垄断,而垄断是因为管道缺陷在线检测是世界上公认的难题。
  
  相比较陆地管道的内检测,黄松岭课题组的最新研究成果“海底油气管道缺陷检测器”面对的问题“没有最难,只有更难”——在其成果出现之前,国外只有两家公司具备海底油气管道的缺陷检测能力。
  
  测漏磁算结果出报告
  

  管道安全评估的基础是管道损伤检测,确定管道的损伤程度,为管道运行、维护、安全评价提供依据,做到视情维护。那么缺陷检测器到底是何“神圣”?
  
  在医学领域中,穿行于血管内的胶囊机器人还只是实验室里的话题,但在油气“血脉”中,这一想法早已得到实现。“其实就是一个检测机器医生。”黄松岭描述到。在检测一条管道线路时,从入口将这个“机器医生”塞入,然后它会随着油气输送的推力自动前行,不论几十公里还是几百公里,研究人员只要在出口等着它出来,然后通过调取存储于内部的数据,就可以获得一份自动生成的检测报告。
  
  “检测器的永磁体会向管壁上输出磁力线,如果管壁有缺陷,那么这些磁力线就会有损失,这就是漏磁。检测器通过传感器感知漏磁状况,然后通过一定的算法就可计算出管壁的缺损状态。”管道内检测技术涉及无损检测、通讯、机械、信号处理、流体力学和材料等多门学科。
  
  那么海底油气管道的内检测难点是什么?
  
  “首先对通过性有着极高的考验。”黄松岭解释道,同陆地油气管道相比,海底油气管道转弯半径小,只有1.5D(D为管道直径),这近乎于直角,再加上渔船的抛锚刮伤、海冰撞击及海流冲淘极易造成海底油气管道的变形和损伤。如果检测器通过能力不强,卡在管道里,那么修复工程的代价几乎跟重新铺设新管道一样高。由于平台到海底的油气管道是垂直的立管,那么对检测器的速度控制也提出了很高的要求。“另外由于海底管道壁厚、口径小,本来饱和磁化就困难,而通过能力又要求永磁体的体积变小了,这也使海底管道检测的难度大很多。”
  
  “油田油气管道很多是油、气、水混输,流量小,流速不稳,更增加了检测难度,以前检测这类管道经常需要停产停输,会影响油田生产,产生较大经济损失。”而“海底油气管道缺陷检测器”在胜利油田CB30A平台到海五联、CB11D井组—中心一号等多条海底管线进行的工程应用,实现了油田海底油气管道在线不停输检测,油井在检测期间不停产,增产原油42.83万吨,价值20.92亿元,相比采用国外检测设备,节支达3150万元。
  
  目标直指三维成像
  
  由于我国自主研发了管道内检测器,现在国外公司的报价被拉低到以前的两三成。
  
  在国家自然科学基金和863课题的支持下,黄松岭和小伙伴们对管道检测器的关键技术进行攻关,先后解决了检测器的管道大变形和小转弯半径通过能力、电子仓密封、检测器速度控制和检测数据自动分析等一系列工程问题,并进行一系列检测器样机的研制工作,包括多种口径油气长输管道腐蚀缺陷检测器、多种口径海底油气管道腐蚀缺陷检测器和油气管道裂纹电磁超声导波检测器。
  
  业界专家认为成果整体处于国际先进水平,其中管道内检测器缺陷检测灵敏度、变形通过能力等指标处于国际领先水平。而真正让黄松岭欣慰的是“真正有效的产学研合作机制起了非常重要的作用,”黄松岭教授说,清华大学和胜利油田建立油田电气工程联合研究中心,从应用需求开始联合攻关开发,“少走了很多弯路。”
  
  研究中心成果研发成功后,课题组将技术无偿转给企业实现产业化。这源自学生培养需要,也源自社会责任感。“将创新用到实践中去,技术一旦成熟就转给企业。”黄松岭对此表示,“我的课题组不允许重复以前的成果,这是站在清华大学的高度培养学生。”
  
  最近,黄松岭课题组又得到了国家重大科学仪器专项的支持,他和伙伴们正在把管道内检测器做成世界上的首屈一指。“原来的手段只能测管道轴向一个方向的磁场。而磁场实际上是三维的,只测一个方向的磁场来推算管道里的缺陷,信息量不是一对一的关系,可能几个不同大小或形状的缺陷,漏磁场都是这么大或者这个形状,所以缺陷的量化一直是无损检测的难点。”黄松岭顿了顿,“我们要解决的问题就是,测缺陷的三个维度的漏磁场,还要给缺陷成像,用三个维度磁场提供的信息,用特定的算法,就像去医院做B超或CT一样,把管道的缺陷直接呈现出来。”
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