高鋼級管道環(huán)焊縫異常漏磁內(nèi)檢測與射線驗證結果關聯(lián)性分析

葉 光 霍曉彤 朱楊可

（1.中國石油北京天然氣管道有限公司；2.北京派普蘭管道科技有限公司）

2003 年，高鋼級（X70 鋼級）管道首次在中國建設使用后， 發(fā)生了幾起因環(huán)焊縫失效而引發(fā)的管道泄漏事故［1］。 這些事故和隱患引起了管道運營商的高度重視。 目前，各大石油公司對高鋼級管道的環(huán)焊縫質量排查作業(yè)正大面積開展，排查“黑口”、“碰頭口”等安全性的主要方式是對一定區(qū)域范圍內(nèi)的管段進行每個環(huán)焊縫的逐個開挖和射線復查。 筆者就環(huán)焊縫射線檢測復查信號和管道漏磁檢測數(shù)據(jù)信號進行關聯(lián)性研究。

1 漏磁內(nèi)檢測器對環(huán)焊縫異常的識別

1.1 當前漏磁內(nèi)檢測技術識別能力

漏磁內(nèi)檢測器的工作原理是通過檢測器自身的強磁場對管道管壁進行飽和磁化后，檢測器探頭探測到管壁的磁化信號。 在管壁上出現(xiàn)的類似“指紋”的特性信號（圖1），進行數(shù)據(jù)分析以相應判定信號特征是否正常。 管道特征信號包括了彎頭、閥門、焊縫及支管等。 管道異常信號有：金屬損失、制造缺陷、凹陷、環(huán)焊縫異常及外部金屬物等［2］。

圖1 漏磁內(nèi)檢測信號截圖

在各類異常信號中，漏磁內(nèi)檢測技術可以檢測得到管道上環(huán)焊縫異常的具體位置信息，即與地面參考點間的距離、在管道環(huán)向的時鐘方位及環(huán)向寬度等。 但是在以往的環(huán)焊縫異?，F(xiàn)場射線復查中，這些只是報告為環(huán)焊縫異常（信號值超過環(huán)焊縫異常的報告閾值）， 往往不是需要關注的高風險環(huán)焊縫點（射線拍片為3 級和4 級的不合格焊縫）。

1.2 行業(yè)內(nèi)先進的識別能力

自2015 年起， 油氣管道環(huán)焊縫異常的檢測就已得到從業(yè)人員的關注和研究［2］。 并在2017年，由王富祥等科研人員展示了在三軸漏磁檢測信號在環(huán)焊縫異常識別的運用，達到了識別率很好的驗證效果［3～8］。筆者計劃以大量的環(huán)焊縫復查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立分析方法并進行結果驗證，最終確定分析方法的可行性。

2 環(huán)焊縫射線檢測分類統(tǒng)計

通過對漏磁內(nèi)檢測管段與原施工復查中177個環(huán)焊縫資料進行統(tǒng)計， 射線檢測發(fā)現(xiàn)咬邊、條缺和根部未熔合的2 級和4 級環(huán)焊縫（圖2）。

圖2 環(huán)焊縫射線底片截圖

對原施工復查的管道進行整個開挖復查和 射線檢測統(tǒng)計，結果列于表1。

表1 開挖復查和射線檢測統(tǒng)計表

3 射線與漏磁結果顯著性分析

將射線評定為1 級和2 級的焊口與漏磁內(nèi)檢測信號評定為非顯著環(huán)焊縫特征進行比對，再將射線評定為3 級和4 級的焊口與漏磁內(nèi)檢測信號評定為顯著環(huán)焊縫異常特征進行比對。

根據(jù)射線評定等級與漏磁內(nèi)檢測環(huán)焊縫異常信號對比結果，建立真值矩陣，由4 塊結果值組成（圖3）。

圖3 真值矩陣

4 分析方法的建立

按照漏磁內(nèi)檢測信號環(huán)焊縫異常信號特征與關聯(lián)性，分步驟分析漏磁檢測數(shù)據(jù)，形成一個風險因素識別分析方法。

分析方法分為3 個步驟：

a. 分析環(huán)焊縫信號是否存在異常，是否有類裂紋信號；

b. 分析環(huán)焊縫相關聯(lián)的其他風險因素和風險值；

c. 分析環(huán)焊縫異常的量化尺寸（長、寬和深度）。

按照上述步驟，識別漏磁內(nèi)檢測環(huán)焊縫異常風險因素（表2），并評級風險總值（每符合一項風險因素，加上對應項風險值，并進行累計）。

表2 環(huán)焊縫識別風險因素和風險值

5 分析方法的驗證

按照上述分析方法，在某管段（X70 鋼管，口徑1 016 mm，長度122.9 km）分析出6 處環(huán)焊縫異常點（a～f），并對這6 處環(huán)焊縫異常點進行了現(xiàn)場射線復查驗證。 指定的環(huán)焊縫異常開挖點，在射線復查結果中均顯示3 級和4 級， 且為不合格。

驗證漏磁內(nèi)檢測信號與射線缺陷處底片截圖按照編號一一對應的對比圖如圖4 所示，復查驗證結果信息列于表3。

表3 環(huán)焊縫異常風險值與射線復檢結果

圖4 漏磁內(nèi)檢測環(huán)焊縫處異常信號彩圖與射線檢測缺陷處底片

6 結論

6.1 利用177 個環(huán)焊縫現(xiàn)場射線復查結果，總結分析射線檢測結果為3 級和4 級的環(huán)焊縫與漏磁內(nèi)檢測信號之間的關聯(lián)性。 建立了基于風險因素和風險值的評價分析方法。

6.2 6 處驗證點位中，6 個環(huán)焊縫為3 級和4 級的射線檢測結果，達到100%的合格率。 驗證初步顯示了風險分析方法分析出高風險環(huán)焊縫的有效性。 為管道運營商提供了一套針對性較強的環(huán)焊縫復查方法，節(jié)約了復查驗證成本。

6.3 需要驗證數(shù)據(jù)擴大，進一步驗證環(huán)焊縫異常風險分析法。 該方法有望在管道漏磁內(nèi)檢測環(huán)焊縫異常信號的識別、分析和利用上成為一種新方法。