在役油氣管道超聲導(dǎo)波腐蝕檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

薛建虹，黎 宇，孫 杰2，邱浩楠

(1.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院惠州檢測(cè)院，廣東 惠州 516003；2.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院，廣東 佛山 528251)

由于油氣管道本體缺陷容易引發(fā)管道泄漏甚至爆炸事故，因此快速及時(shí)地對(duì)管道進(jìn)行全面檢測(cè)，找到管道本體缺陷，對(duì)于提高油氣管道事故搶修效率意義重大。目前應(yīng)用較多的油氣管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要有電磁超聲、脈沖渦流和超聲導(dǎo)波等[1-3]。電磁超聲技術(shù)主要用于管道在線單點(diǎn)測(cè)厚，無(wú)法做到管道本體全覆蓋檢測(cè)；脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于可以在管道不停車和不拆保溫，提離距離為100 mm的條件下對(duì)管道表面的腐蝕缺陷進(jìn)行在線檢測(cè)，但是其掃查方式仍然以單點(diǎn)測(cè)量為主，且易受周邊的金屬構(gòu)件干擾，故在檢測(cè)應(yīng)用上受到限制；超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在理想條件下對(duì)表面狀況良好的直管段可實(shí)現(xiàn)約200 m(探頭兩側(cè)各100 m)的全面掃查，針對(duì)站場(chǎng)管道或者石化裝置管廊中設(shè)置的管線的在役檢測(cè)，往往優(yōu)先考慮采用超聲導(dǎo)波技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。采用磁致伸縮低頻超聲導(dǎo)波系統(tǒng)，對(duì)某石化區(qū)內(nèi)的油氣管道進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，結(jié)合電磁超聲檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，檢測(cè)效果良好。

1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

1.1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)基本原理

超聲導(dǎo)波是一種在有限介質(zhì)內(nèi)平行于邊界面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波，波的傳輸受介質(zhì)的幾何邊界導(dǎo)向，其形態(tài)會(huì)受到介質(zhì)的幾何形狀影響。假設(shè)將超聲導(dǎo)波探頭置于被檢構(gòu)件某處，由探頭進(jìn)行導(dǎo)波激發(fā)，當(dāng)導(dǎo)波沿著構(gòu)件完整處進(jìn)行傳播時(shí)，其相速度將與群速度保持一致[4]。當(dāng)導(dǎo)波經(jīng)過(guò)孔蝕、局部減薄、裂紋和變形等不連續(xù)截面時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生大量因截面變化而返回的反射波，通過(guò)觀察反射回波幅值大小及結(jié)合被檢構(gòu)件自身結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行綜合分析，即可判斷被檢構(gòu)件自身可能存在的缺陷[5]。檢測(cè)原理見圖1。

圖1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)基本原理

1.2 磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)是一種基于磁致伸縮效應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，與壓電式超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)不同，磁致伸縮超聲導(dǎo)波由鐵磁性構(gòu)件自身激勵(lì)導(dǎo)波，可直接作用于構(gòu)件本體產(chǎn)生縱波、扭力波、彎曲波和蘭姆波等多模態(tài)的激勵(lì)信號(hào)。采用適宜的激發(fā)模式及發(fā)射頻率，并設(shè)定好傳播方向，超聲導(dǎo)波即可對(duì)構(gòu)件進(jìn)行全覆蓋掃查[6]。同時(shí)，磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)采用鐵鈷帶進(jìn)行導(dǎo)波激發(fā)，并采用專用的高溫耦合劑對(duì)高溫構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，幾乎不受管道外徑尺寸影響，與壓電導(dǎo)波檢測(cè)儀器相比，其使用更加便捷。因此，針對(duì)在役油氣管道的全面掃查，應(yīng)優(yōu)先采用磁致伸縮低頻超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，并選用扭力波激發(fā)模態(tài)[7-8]，即T(0,1)模態(tài)，以便獲得較高的分辨率。

2 檢測(cè)儀器、管道及過(guò)程

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用MsSR3030R長(zhǎng)距離磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)(見圖2)，其檢測(cè)靈敏度為管道橫截面積損失量的2%，單方向檢測(cè)直管段有效長(zhǎng)度約為100 mm。分別采用頻率為64 kHz和128 kHz的專用探頭進(jìn)行檢測(cè)，探頭由金屬鐵鈷帶及勵(lì)磁線圈組成，檢測(cè)作業(yè)時(shí)，需采用專用的耦合劑將探頭固定在管道上。

圖2 超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)

待檢管道為：某吸收塔塔頂出口油氣管道(φ159 mm×10.00 mm)，材質(zhì)為20號(hào)鋼；某高壓空冷器入口油氣管道(φ159 mm×11.13 mm，φ219 mm×10.00 mm)，材質(zhì)為825合金。

首先依據(jù)管道尺寸裁剪一段金屬鐵鈷帶，采用專用耦合劑將其固定在管道上，然后反復(fù)磁化鐵鈷帶，再加線圈緊貼鐵鈷帶，使兩者完全重合，確保管道與線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)能夠形成T(0,1)模態(tài)導(dǎo)波。最后通過(guò)數(shù)據(jù)線連接適配器與主機(jī)，設(shè)置參數(shù)后即可開始檢測(cè)[9]。

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 塔頂出口油氣管道檢測(cè)結(jié)果

對(duì)某吸收塔塔頂出口油氣管道進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)，檢測(cè)部位見圖3。分別選用64 kHz和128 kHz的T(0,1)模態(tài)探頭，對(duì)整條管道進(jìn)行全面掃查，探頭安裝在直管段部位。檢測(cè)結(jié)果見圖4，數(shù)據(jù)說(shuō)明見表1和表2。根據(jù)采集到的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，管道中未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的金屬損傷缺陷。

圖3 吸收塔塔頂出口油氣管道檢測(cè)部位

圖4 吸收塔塔頂出口油氣管道檢測(cè)結(jié)果

表1 1號(hào)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)說(shuō)明

表2 2號(hào)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)說(shuō)明

3.2 高壓空冷器入口油氣管道檢測(cè)結(jié)果

3.2.1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果

對(duì)某高壓空冷器的入口油氣管道進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)。分別抽取規(guī)格為φ159 mm×11.13 mm及φ219 mm×10.00 mm的油氣管道各一條，采用激發(fā)頻率為64 kHz的探頭進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示，數(shù)據(jù)說(shuō)明見表3和表4。

圖5 高壓空冷器入口油氣管道檢測(cè)結(jié)果

表3 φ159 mm×11.13 mm管道檢測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明

表4 φ219 mm×10.00 mm管道檢測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明

從圖5(a)可見，檢測(cè)信號(hào)中出現(xiàn)大量回波，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，管道上連接了彎頭、三通及閥門等較為復(fù)雜的管件，因此造成不相關(guān)的回波信號(hào)較多，通過(guò)人工排查，該條管道未發(fā)現(xiàn)金屬缺陷。從圖5(b)可見，距離檢測(cè)探頭負(fù)方向2.46 m及 2.77 m位置存在兩處明顯的異常信號(hào)，結(jié)合管道結(jié)構(gòu)特征可以判定在異常信號(hào)部位可能存在金屬截面突變，但由于管道外壁完好，因此對(duì)缺陷的定性檢測(cè)還需要采取其他檢測(cè)手段加以確認(rèn)。

3.2.2 電磁超聲測(cè)厚復(fù)驗(yàn)

考慮到高壓空冷器入口油氣管道所連接的典型管件數(shù)量較多，采用電磁超聲測(cè)厚對(duì)不相關(guān)的回波信號(hào)部位及異常信號(hào)部位都進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，見圖6。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)φ159 mm×11.13 mm的管道整體壁厚均處于正常范圍之內(nèi)；而對(duì)于φ219 mm×10.00 mm的管道，在異常信號(hào)處顯示最小壁厚為8.14 mm，其余部位正常，管道壁厚為10.61 mm，因此管道內(nèi)壁存在明顯的局部減薄。

圖6 φ219 mm×10.00 mm管道電磁超聲測(cè)厚

4 結(jié) 論

(1)對(duì)在役油氣管道進(jìn)行磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)，可以有效地判定管道本身存在的宏觀缺陷，并能夠確定缺陷在管道軸向上的具體部位。

(2)管道本身存在過(guò)多的典型管件，如支撐、三通和彎頭等，將會(huì)對(duì)超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果造成一定的影響。

(3)目前磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中主要作為一種先導(dǎo)檢測(cè)手段，對(duì)于缺陷的定性檢測(cè)，還需要結(jié)合其他無(wú)損檢測(cè)手段輔助完成。