淺析C掃描等技術(shù)在場(chǎng)站管道檢測(cè)中的應(yīng)用

上海市燃?xì)庠O(shè)備計(jì)量檢測(cè)中心 黃唯一

淺析C掃描等技術(shù)在場(chǎng)站管道檢測(cè)中的應(yīng)用

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大眾燃?xì)廨斉渌芾淼亩鄠€(gè)調(diào)壓站已投產(chǎn)多年，為保證調(diào)壓站的安全運(yùn)行，使用 C掃描等技術(shù)對(duì)調(diào)壓站內(nèi)的管道和裝置進(jìn)行了檢測(cè)。文章以漕寶路調(diào)壓站內(nèi)的管道和裝置檢測(cè)為例，對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)估。為建立動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)管理模式提供了技術(shù)支持，保證了現(xiàn)有工況條件下，場(chǎng)站管道和裝置的安全運(yùn)行。

調(diào)壓站 管道應(yīng)力計(jì)算 磁記憶 超聲C掃描

0 引言

天然氣門站又稱城市調(diào)壓門站，是天然氣長(zhǎng)輸干線或支線的終點(diǎn)站，是城市、工業(yè)區(qū)分配管網(wǎng)的氣源站，在該站內(nèi)接收長(zhǎng)輸管線輸送來(lái)的燃?xì)饨?jīng)過(guò)過(guò)濾、調(diào)壓、計(jì)量后送入城市或工業(yè)區(qū)的管網(wǎng)。天然氣門站的安全平穩(wěn)運(yùn)行不僅關(guān)系到城市、工業(yè)區(qū)的用氣安全，而且關(guān)系到用氣城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定。因此，加強(qiáng)天然氣門站的安全管理，保證門站的連續(xù)安全平穩(wěn)供氣，是輸配管理工作的重中之重。

1 目前現(xiàn)狀

大眾燃?xì)廨斉渌芾淼亩鄠€(gè)調(diào)壓站，在日常維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中，從旋風(fēng)過(guò)濾器和桶形過(guò)濾器清理出的雜質(zhì)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)主要雜質(zhì)為黑色粉末狀雜質(zhì)，經(jīng)磁鐵鑒定為具有鐵磁性物質(zhì)，且雜質(zhì)的產(chǎn)生量是隨著調(diào)壓站的流量增大而增大，又因?yàn)檎{(diào)壓站已投產(chǎn)多年，所以初步判定這些雜質(zhì)是由管道內(nèi)部氣流沖蝕造成新生金屬損失缺陷所產(chǎn)出的。

管道內(nèi)部金屬損失缺陷會(huì)造成管道穿孔、斷裂等失效。這將對(duì)燃?xì)獾陌踩斔蛶?lái)極大危害。對(duì)調(diào)壓站管道按周期進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估是輸配安全生產(chǎn)的重要手段。通過(guò)周期性檢測(cè)能及早發(fā)現(xiàn)調(diào)壓站管道內(nèi)部缺陷位置和程度，通過(guò)對(duì)缺陷管道的評(píng)估能有效阻止失效事故的發(fā)生，及時(shí)進(jìn)行修理、修復(fù)，延長(zhǎng)管道及設(shè)備的生命周期，防范于未然是燃?xì)庑袠I(yè)管理，特別是輸配管理的努力方向。

因此對(duì)調(diào)壓站管道按周期進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估納入日常管理規(guī)范，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)燃?xì)馄髽I(yè)以“壞了修”模式轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)管理模式，通過(guò)提高監(jiān)護(hù)與修復(fù)的效率從而有效降低企業(yè)管理成本，將是提高輸配基礎(chǔ)管理水平的必由之路。

2 應(yīng)用方法

(1)管系應(yīng)力計(jì)算：在工業(yè)管道的檢驗(yàn)過(guò)程中，采用商業(yè)化管系應(yīng)力計(jì)算分析軟件，對(duì)管道系統(tǒng)的整體應(yīng)力狀況進(jìn)行分析，確定出應(yīng)力載荷較大的危險(xiǎn)點(diǎn)，有助于檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂等缺陷，保障不停輸全面檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。

(2)磁記憶檢測(cè)：記錄和分析處于地磁場(chǎng)中的鐵磁構(gòu)件和設(shè)備的缺陷或應(yīng)力集中部位表面的自有漏磁場(chǎng)的分布情況。它不僅能夠適用于鐵磁性構(gòu)件缺陷(裂紋、氣孔、夾雜、未熔合等)的檢測(cè)，還能對(duì)應(yīng)力集中，早期失效等進(jìn)行快速，準(zhǔn)確的診斷。

(3)超聲C掃描檢測(cè)：通過(guò)超聲C掃描對(duì)場(chǎng)站管道進(jìn)行檢測(cè)，確定缺陷的大小、方向和形狀。

3 方法簡(jiǎn)介

3.1 管系應(yīng)力計(jì)算

管道強(qiáng)度破壞主要由一次應(yīng)力(也稱持續(xù)應(yīng)力)引起的斷裂破壞和二次應(yīng)力引起的疲勞斷裂破壞。

一次應(yīng)力：由機(jī)械外載荷引起的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力，它必須滿足外部和內(nèi)部的力和力矩的平衡法則。

一次應(yīng)力特征：一次應(yīng)力是非自限性，它始終隨所加載荷的增加而增加，超過(guò)材料的屈服極限或持久強(qiáng)度時(shí)，將使管道發(fā)生塑性破壞或總體變形，因此在管系的應(yīng)力分析中，首先應(yīng)使一次應(yīng)力滿足許用應(yīng)力值。

二次應(yīng)力：由于變形受到約束所產(chǎn)生的正應(yīng)力或剪應(yīng)力，它本身不直接與外力相平衡。

二次應(yīng)力特征：

(1)管道內(nèi)二次應(yīng)力通常是由位移載荷引起的(如熱膨脹、附加位移，安裝誤差，振動(dòng)載荷)。

(2)二次應(yīng)力是自限性的，當(dāng)局部屈服和產(chǎn)生少量塑性變形時(shí)，通過(guò)變形協(xié)調(diào)就能使應(yīng)力降低下來(lái)。

(3)二次應(yīng)力是周期性的（除去安裝引起的二次應(yīng)力）。

(4)二次應(yīng)力的許用極限是基于周期性和疲勞斷裂模式，不取決于一個(gè)時(shí)期的應(yīng)力水平，而是取決于交變的應(yīng)力范圍和交變的循環(huán)次數(shù)。峰值應(yīng)力，局部應(yīng)力集中或局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力等所引起的較大的應(yīng)力。

在工業(yè)管道的檢驗(yàn)過(guò)程中，采用商業(yè)化管系應(yīng)力計(jì)算分析軟件，對(duì)管道系統(tǒng)的整體應(yīng)力狀況進(jìn)行分析，確定出應(yīng)力載荷較大的危險(xiǎn)點(diǎn)，有助于檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂等缺陷，保障不停輸全面檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 磁記憶檢測(cè)

磁記憶檢測(cè)技術(shù)實(shí)際上是一種漏磁檢測(cè)技術(shù)，和其他磁方法不同的是，檢測(cè)時(shí)不需要外加磁場(chǎng)，整個(gè)過(guò)程都在地磁場(chǎng)中進(jìn)行。在地磁場(chǎng)作用下，磁力線通過(guò)缺陷部位或應(yīng)力集中區(qū)時(shí)，會(huì)在表面形成一定的漏磁場(chǎng)。利用高靈敏度的磁敏探頭，磁記憶檢測(cè)儀可以測(cè)取到構(gòu)件表面漏磁場(chǎng)法向分量的分布值，據(jù)此可以判斷構(gòu)件的缺陷或應(yīng)力集中狀態(tài)。

根據(jù)應(yīng)力值較高管段焊縫布置磁記憶檢測(cè)點(diǎn)，實(shí)施磁記憶檢測(cè)。注：磁記憶檢測(cè)不僅能有效發(fā)現(xiàn)材料中的不連續(xù)(如裂紋等面性缺陷)，而且能對(duì)應(yīng)力集中情況進(jìn)行檢測(cè)。磁記憶檢測(cè)原理和儀器見圖1、圖2。

圖1 磁記憶檢測(cè)工作原理

圖2 磁記憶檢測(cè)儀器

3.3 超聲C掃描檢測(cè)

通過(guò)信號(hào)數(shù)字輸入計(jì)算機(jī),在區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，把每個(gè)點(diǎn)在顯示器上顯示為一個(gè)象素。由此產(chǎn)生一套數(shù)據(jù)陣列，再由計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件自動(dòng)完成對(duì)每一種顏色和顯示的百分比面積的象素計(jì)數(shù)。對(duì)顯示出來(lái)的掃描圖像都可以作出相應(yīng)的解釋,對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定。

為確定場(chǎng)站內(nèi)管道是否發(fā)生沖刷，對(duì)場(chǎng)站內(nèi)所有易發(fā)生沖刷的彎管及三通位置實(shí)施超聲C掃描檢測(cè)，原理見圖3。

圖3 超聲C掃描檢測(cè)原理

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

4.1.1 一次應(yīng)力(持續(xù)應(yīng)力)計(jì)算結(jié)果

經(jīng)CAESAR II計(jì)算，得出一次應(yīng)力區(qū)域，見圖4。

圖4 一次應(yīng)力(持續(xù)應(yīng)力)計(jì)算結(jié)果

4.1.2 二次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

經(jīng)CAESAR II計(jì)算，得出二次應(yīng)力區(qū)域，見圖5。

圖5 二次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

4.2.1 磁記憶檢測(cè)范圍和結(jié)果

根據(jù)管系應(yīng)力分析結(jié)果，四個(gè)集管箱是此次磁記憶檢測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域。另外，一些管件多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的管段，可能存在一些小的局部應(yīng)力集中，這是管系應(yīng)力分析軟件數(shù)值分析的盲區(qū)，因此實(shí)際檢測(cè)時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大對(duì)此類區(qū)域焊縫的檢測(cè)。

此次檢測(cè)共實(shí)施了36個(gè)磁記憶檢測(cè)點(diǎn)。

磁記憶檢測(cè)中，I級(jí)、II級(jí)特征信號(hào)說(shuō)明應(yīng)力集中較輕微，可實(shí)施其他方法抽查，III級(jí)較嚴(yán)重，IV級(jí)最嚴(yán)重，應(yīng)利用其他方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。因此，根據(jù)本次檢測(cè)結(jié)果，應(yīng)對(duì)III級(jí)特征信號(hào)點(diǎn)18#進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，5個(gè)II級(jí)特征點(diǎn)，可按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況實(shí)施抽查，檢測(cè)點(diǎn)分布詳見圖6。

檢測(cè)結(jié)果顯示，36個(gè)點(diǎn)中，共10個(gè)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)特征信號(hào)，1個(gè)為III級(jí)特征信號(hào)，5個(gè)為II級(jí)特征信號(hào)，4個(gè)為I級(jí)特征信號(hào)，其余均無(wú)特征信號(hào)，磁記憶檢測(cè)結(jié)果見表1。

圖6 磁記憶檢測(cè)點(diǎn)分布

表1 管道對(duì)接焊縫磁記憶檢測(cè)報(bào)告

4.3 超聲C掃描檢測(cè)范圍和結(jié)果

根據(jù)了解，場(chǎng)站內(nèi)兩條旁通管的使用頻率較低，由于所有管道均使用相同的材質(zhì)，因此，兩條旁通管的沖刷腐蝕量顯然會(huì)大大低于其他常用管線。為了控制檢測(cè)成本，本次超聲C掃描首先對(duì)兩處旁通管以外的三通及彎頭實(shí)施檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)沖刷腐蝕跡象則將范圍擴(kuò)大至旁通管，若未發(fā)現(xiàn)沖刷腐蝕則無(wú)需再對(duì)旁通管實(shí)施檢測(cè)。

此次超聲C掃描檢測(cè)共布置37個(gè)點(diǎn)，覆蓋了除旁通管外，所有的存在氣流沖刷現(xiàn)象的彎頭和三通，檢測(cè)點(diǎn)分布詳見圖7。

圖7 超聲C掃描檢測(cè)點(diǎn)分布

其中，彎管所使用的是手動(dòng)C掃描檢測(cè)，三通直管所使用的是自動(dòng)C掃描檢測(cè)。這其中28#點(diǎn)是在 3#點(diǎn)可疑減薄區(qū)域除漆后的復(fù)驗(yàn)結(jié)果，29#點(diǎn)為19#點(diǎn)存在可疑減薄區(qū)域除漆后的復(fù)驗(yàn)結(jié)果。

檢測(cè)結(jié)果顯示：

(1)1#、2#、4#~18#、20#~27#點(diǎn)壁厚測(cè)值正常，未發(fā)現(xiàn)沖刷腐蝕減薄情況。

(2)3#、19#點(diǎn)發(fā)現(xiàn)可疑減薄區(qū)域，隨后進(jìn)行除漆后的復(fù)測(cè)，對(duì)應(yīng)的28#、29#點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)減薄情況，說(shuō)明3#，19#點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的可疑區(qū)域?yàn)楣艿辣砻嬗推岵痪鶆蛟斐伞?3)30#~37#點(diǎn)測(cè)值與提供的原始壁厚值差距較大，其中 30#~34#點(diǎn)提供的原始壁厚為 12 mm，35#~37#原始壁厚為10 mm，它們各屬于同一集管箱，因此可能存在原始壁厚有誤的情況，但也不排除是管道出現(xiàn)均勻腐蝕的情況，因此，在管道原始資料

不準(zhǔn)確的情況下，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)此兩區(qū)域管壁厚度。(4)22#檢測(cè)點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)一個(gè)凹坑，面積約為70×50 mm深度約10 mm。經(jīng)超聲波壁厚測(cè)量，測(cè)值為12.15~12.53，屬于正常范圍，但該處凹坑為彎管內(nèi)部的突起物，極易受到?jīng)_刷，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，管道超聲C掃描檢測(cè)結(jié)果詳見表2、表3。

表2 管道超聲C掃描檢測(cè)報(bào)告

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

(1)管系應(yīng)力計(jì)算+磁記憶檢測(cè)+超聲 C掃描檢測(cè)技術(shù)是一種新型的檢測(cè)工具，可以對(duì)調(diào)壓站內(nèi)輸送管道、各類裝置的缺陷實(shí)施精細(xì)檢測(cè)，同時(shí)，也可以對(duì)難以接近的管段進(jìn)行檢測(cè)及評(píng)估。

(2)本檢測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施，建全了調(diào)壓站管線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檔案資料，為建立動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)管理模式、提高監(jiān)護(hù)與修復(fù)的效率、降低企業(yè)管理成本提供了技術(shù)支持。

(3)按本檢測(cè)項(xiàng)目的技術(shù)路線實(shí)施的相關(guān)檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)管線有明顯沖刷腐蝕與局部減薄區(qū)域，在現(xiàn)有的工況條件下，可安全運(yùn)行。

表3 管道超聲C掃描檢測(cè)報(bào)告

5.2 建議

(1)對(duì)檢測(cè)值與提供的原始壁厚值差距較大的管道，進(jìn)行周期性跟蹤檢測(cè)。

(2)對(duì)磁記憶檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)的II、III級(jí)信號(hào)點(diǎn)處的對(duì)接接頭進(jìn)行周期性的跟蹤檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)新生缺陷，應(yīng)及時(shí)處理；

(3)本次項(xiàng)目中所實(shí)施的檢測(cè)項(xiàng)目，也應(yīng)定期實(shí)施。

(4)由于大眾燃?xì)庥邢薰酒渌髡{(diào)壓站工作狀況不同，也應(yīng)實(shí)施本項(xiàng)目，以建全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檔案資料，保證安全、有效可行。

Analysis of the Application of C Scanning Technology in Gas Station Pipeline Testing

Shanghai Municipal Gas Devices Measurement Test Center Huang Weiyi

In this paper, C Scanningtechnologyis used in the pipelines and devices testing in CaoBao Road regulator station. Results are analyzed and evaluated to provide technical support for the establishment of dynamic monitoring and management mode, andto ensure the safe operation of piping and equipment in the station.

regulator station, pipeline stress calculation, magnetic memory, ultrasonic C Scanning