國(guó)內(nèi)外石油天然氣行業(yè)非金屬管道失效檢測(cè)技術(shù)研究

摘 要：非金屬管道因其耐蝕特性、摩阻小、施工方便等優(yōu)良性能已在石油天然氣行業(yè)廣泛應(yīng)用，因此預(yù)測(cè)石油天然氣行業(yè)非金屬管道的失效，對(duì)保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著重大意義。本文以在石油天然氣行業(yè)中高壓玻璃鋼管、鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管的失效檢測(cè)為背景，對(duì)非金屬埋地管道定位探測(cè)技術(shù)、常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)（Non Destructive Testing，NDT）、新型無損檢測(cè)技術(shù)的基本原理、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)和分析。

關(guān)鍵詞：非金屬管道；石油天然氣；無損檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TE973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）10-0071-03

Investigation on Failure Detection Technology of Non-metallic

Pipelines in Oil and Gas Industry at Home and Abroad

SUN Wanmin QIN Yun

（Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office， SIPO，Chengdu Sichuan 610213）

Abstract： Non-metallic pipelines have been widely used in the oil and natural gas industry due to its excellent performance in the corrosion resistance， small frictional resistance and convenient construction. Therefore， accurately predicting the failure of non-metallic pipelines has great significance to guarantee the national economic construction. This paper focused on the failure detections of high-pressure FRP pipe and steel framed polyethylene plastic pipe used in the oil and natural gas industry. The fundamental principles， application situation and development trends of the non-metallic buried pipeline locating technology， conventional nondestructive testing technology and new type of nondestructive testing technology were summarized and analyzed， respectively.

Keywords： non-metallic pipelines；oil and gas；non destructive testing

在非金屬管道產(chǎn)品性能檢測(cè)方面[1-3]，中國(guó)石油只有管材研究所和大慶油田工程有限公司建有非金屬管道性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室，具有非金屬管道產(chǎn)品檢驗(yàn)資質(zhì)和能力，并開展了不同類型的非金屬管道的檢測(cè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。但其檢測(cè)項(xiàng)目主要是玻璃鋼管、鋼骨架塑料復(fù)合管，只有部分類型非金屬管道部分性能參數(shù)的檢驗(yàn)?zāi)芰Γ覚z驗(yàn)項(xiàng)目不全，缺乏對(duì)常用非金屬管道產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行全面檢驗(yàn)的質(zhì)檢設(shè)備和能力。

1 非金屬埋地管道定位探測(cè)技術(shù)

埋地管道探測(cè)方法包括電磁法、探地雷達(dá)、示蹤法、聲波法、地震波法、高密度磁法和高密度電阻率法等，但由于受到種種條件的限制，在實(shí)際管道探測(cè)中，通常采用的是探地雷達(dá)和電磁法。鋼骨架塑料復(fù)合管由于結(jié)構(gòu)層為鋼絲材料，可通過磁性探測(cè)等方法定位。但對(duì)于高壓玻璃鋼管等非金屬管線，不具備導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性，特別是針對(duì)塑料材質(zhì)管材的大量應(yīng)用，管線定位成為一個(gè)難點(diǎn)。在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，示蹤線、探地雷達(dá)、電子記標(biāo)在非金屬管道定位上有著實(shí)際應(yīng)用[4]。

2 常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)

常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)[5]包括磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲檢測(cè)和渦流檢測(cè)，其在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》（JB/T 4730—2005）進(jìn)行了相關(guān)定義。表1示出了5種常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)的特、檢測(cè)項(xiàng)目，以及是否適用于非金屬管材等。因非金屬管道不具備導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性（鋼骨架塑料復(fù)合管例外）等特點(diǎn)，因此，針對(duì)非金屬管材常規(guī)無損檢測(cè)，常采用超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、滲透檢測(cè)技術(shù)。

3 新型無損檢測(cè)技術(shù)

3.1 光學(xué)無損檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于復(fù)合材料缺陷、壓力容器缺陷、高壓管道容器缺陷、航空航天關(guān)鍵構(gòu)件和汽車輪胎等的檢測(cè)，激光全息已得到了廣泛應(yīng)用[6]。由于激光散斑技術(shù)抗干擾強(qiáng)且檢測(cè)快速，因此為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供了極大的便利。同時(shí)，激光超聲技術(shù)因其抗干擾能力強(qiáng)，能夠遠(yuǎn)距離遙控，且不使用耦合劑，成為了無損檢測(cè)領(lǐng)域中一項(xiàng)備受關(guān)注的新技術(shù)。此外，拉曼光譜和近紅外光譜技術(shù)是基于光譜的無損檢測(cè)技術(shù)，也得到了廣泛應(yīng)用。

3.2 聲學(xué)無損檢測(cè)技術(shù)

近年來，超聲相控陣技術(shù)成為了超聲檢測(cè)[7]中的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)超聲檢測(cè)，其能夠達(dá)到全方位、多角度以及高速的檢測(cè)目的。這一優(yōu)勢(shì)決定了其能夠在船舶、能源、汽車、航空航天、石油石化以及鐵軌等工業(yè)得到適用?；诨莞乖淼某暡ㄑ苌鋾r(shí)差法（Time of Flight Diffraction，TOFD），可根據(jù)超聲波的傳播時(shí)間與幾何聲學(xué)的原理，計(jì)算得到該裂紋尖端的埋藏深度，其不會(huì)被相關(guān)因素影響，諸如工件表面狀況、聲束角度、缺陷表面粗糙程度、檢測(cè)方向以及探頭壓力等因素。

3.3 電磁無損檢測(cè)技術(shù)

電磁檢測(cè)[8，9]是以電磁學(xué)為理論基礎(chǔ)，并基于材料電磁性能變化，對(duì)構(gòu)件和材料進(jìn)行缺陷探測(cè)和性能檢測(cè)的方法。除了常規(guī)的渦流和磁粉檢測(cè)，還涉及微波法、磁光渦流成像、遠(yuǎn)場(chǎng)渦流、巴克好森（Barkhausen）噪聲檢測(cè)、金屬磁記憶檢測(cè)、深層渦流、磁聲發(fā)射、多頻渦流以及脈沖渦流等無損檢測(cè)技術(shù)。

4 國(guó)內(nèi)外無損檢測(cè)研發(fā)機(jī)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì)

4.1 無損檢測(cè)的現(xiàn)狀

4.1.1 英國(guó)無損檢測(cè)研究所（The British Institute of Non-Destructive Testing）。英國(guó)無損檢測(cè)研究所（BINDT）有各類無損檢測(cè)設(shè)備，在聲學(xué)方面，有一般聲學(xué)方法、聲發(fā)射（AE）和共振檢測(cè)。在電磁方面，有一般電磁法、磁粉探傷（MPI）、漏磁法和渦流檢測(cè)。在光學(xué)方面，有一般光學(xué)法、視覺檢測(cè)、光學(xué)計(jì)量與全息、激光為基礎(chǔ)的檢測(cè)和熱成像。在射線檢測(cè)方面，有常規(guī)X線攝影、透視、中子照相等。在超聲波方面，有一般超聲波發(fā)及先進(jìn)的超聲波（TOFD、相控陣等），可用于探傷、測(cè)厚等。

4.1.2 美國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)（The American Society For Nondestructive Testing ）。美國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)（ASNT）提供聲發(fā)射檢測(cè)（AE）、電磁測(cè)試（ET）、地面穿透雷達(dá)（GPR）、材料識(shí)別（IM）、紅外和熱試驗(yàn)（IR）、激光方法（LM）、泄漏測(cè)試（LT）、液體滲透測(cè)試（PT）、漏磁（MFL）、磁粉（MT）、中子射線照相（NR）、放射測(cè)試（RT）、專業(yè)的NDT和PDM技術(shù)（SP）、超聲波檢測(cè)-導(dǎo)波（GW）、超聲波探傷（UT）、振動(dòng)分析（VA）以及視覺和光學(xué)測(cè)試（VT）。

4.1.3 中國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)。中國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)于1978年11月在上海成立，包括非常規(guī)檢測(cè)、射線檢測(cè)、電磁（渦流）、滲透檢測(cè)、超聲檢測(cè)以及聲發(fā)射檢測(cè)等[10]。

4.2 無損檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)，無損檢測(cè)的技術(shù)相對(duì)成熟，設(shè)備較為齊全。在國(guó)內(nèi)，常采用常規(guī)無損檢測(cè)方法，或是部分地區(qū)特定情況下針對(duì)性地引進(jìn)先進(jìn)的無損檢測(cè)設(shè)備[11，12]。關(guān)于無損檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，主要呈以下幾個(gè)方面。

①無損檢測(cè)的主流方向呈快速、數(shù)字化、自動(dòng)化和非接觸遙控式的特點(diǎn)。自動(dòng)檢測(cè)診斷與線上評(píng)估分析，是未來無損檢測(cè)儀器的必然要求。

②提高檢測(cè)精度、速度、靈敏度和準(zhǔn)確度，是未來無損檢測(cè)的基本要求，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果可視化也是必然的發(fā)展趨勢(shì)[13，14]。

③對(duì)檢測(cè)件直接進(jìn)行原位和不拆裝方式檢測(cè)，也是未來無損檢測(cè)的基本發(fā)展方向。

④檢測(cè)的全方位和全面性也逐漸受到重視，其中集表面探傷和內(nèi)部缺陷檢測(cè)于一體的無損檢測(cè)技術(shù)將更受關(guān)注。例如，結(jié)合聲、光、電磁等技術(shù)的磁聲發(fā)射、激光超聲等無損檢測(cè)方法，會(huì)是未來研究的主要方向。

5 結(jié)論

在不同的服役環(huán)境下，工程材料或構(gòu)件有著不同的失效形式，其呈現(xiàn)出復(fù)雜性和多樣性。由于不同的無損檢測(cè)技術(shù)有著各自的適用范圍和檢測(cè)特點(diǎn)，因此目前并沒有一個(gè)固定或通用的檢測(cè)手段。所以，需要準(zhǔn)確把握工程材料和構(gòu)建的基本屬性、各自特點(diǎn)以及服役環(huán)境，并結(jié)合相應(yīng)的需求，才能準(zhǔn)確地確定出行之有效的無損檢測(cè)手段。

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