超聲相控陣在集輸管道和井口裝置檢測(cè)中的應(yīng)用

陳 進(jìn) 黃 軍 韓西成 陳鋒林 黃均亮 江 偉 劉 陽(yáng)

（漢正檢測(cè)技術(shù)有限公司，四川 德陽(yáng) 618300）

0 引言

集輸管道和井口裝置是石油天然氣開采的核心設(shè)備之一，用于油氣井的流體控制，是為油氣井產(chǎn)出流體及洗井液等提供出入的裝置[1]。井口裝置和集輸管道長(zhǎng)期受介質(zhì)腐蝕和沖蝕的影響導(dǎo)致泄漏，極易造成人員傷亡、環(huán)境污染，給氣井安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大的威脅[2]。井口裝置和集輸管道主要由管道、四通和閥門等組合而成，其中閥門的腐蝕和泄漏是設(shè)備發(fā)生事故的主要原因[3]。閥門內(nèi)通道和密封面（如圖1所示）在高溫、高壓含腐蝕性介質(zhì)條件下易產(chǎn)生腐蝕失效[4]，為超聲波相控陣重點(diǎn)檢測(cè)位置。

圖1 重點(diǎn)檢測(cè)位置分布圖

1 超聲波相控陣檢測(cè)

超聲波相控陣技術(shù)的主要特點(diǎn)是多晶片探頭中各晶片的激勵(lì)均由計(jì)算機(jī)控制，壓電復(fù)合晶片受激勵(lì)后能產(chǎn)生超聲聚焦波束，聲束參數(shù)如角度、焦距和焦點(diǎn)尺寸等均可通過(guò)軟件調(diào)整[5]。超聲波相控陣不同的陣元組合與不同的聚焦法則相結(jié)合，形成了三種特有的工作方式，即線性掃查、扇形掃查和動(dòng)態(tài)聚焦[6]。超聲掃查基本圖像顯示大致有八種：A顯示、B顯示、C顯示、D顯示、S顯示、極坐標(biāo)圖、帶狀圖、TOFD圖[7]。結(jié)合各顯示的特點(diǎn)，本文采用C顯示和S顯示的組合顯示模式，便于數(shù)據(jù)的記錄和圖像的比對(duì)。

2 檢測(cè)準(zhǔn)備

2.1 儀器與探頭楔塊

相控陣超聲探傷儀選用DOPPLER PHASCAN 32/64，探頭選5L32-0.5-10-D2，楔塊選用SD2-N55S.opw。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊

標(biāo)準(zhǔn)試塊選用CSK-IA試塊（如圖2所示），對(duì)比試塊選用PRB-I試塊（如圖3所示）。

圖2 CSK-IA試塊

圖3 PRB-I試塊

2.3 工件形狀模擬及檢測(cè)覆蓋

工件形狀按VY型焊縫模擬，選擇左單邊坡口，鈍邊高度4mm、填充區(qū)高度7mm、填充區(qū)角度分別為0°和66.8°及工件厚度30mm，均按模擬試塊實(shí)際尺寸設(shè)置。檢測(cè)覆蓋選取角度范圍為40～73°，用一次波和二次波對(duì)待檢測(cè)區(qū)域形成全覆蓋，如圖4 所示。

圖4 扇形掃查聲束覆蓋圖

2.4 檢測(cè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)

在CSK-IA試塊上完成聲速和楔塊延時(shí)的校準(zhǔn)，然后用PRB-I試塊上30mm深的橫通孔校準(zhǔn)靈敏度，完成檢測(cè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

3 模擬驗(yàn)證

3.1 模擬試塊人工缺陷的設(shè)計(jì)

鋼圈槽凸臺(tái)內(nèi)通道側(cè)加工深度分別為2mm、3mm的兩個(gè)圓弧形刻槽，模擬閥門內(nèi)通道腐蝕；鋼圈槽凸臺(tái)上加工深度分別為2mm、3mm的兩個(gè)方形刻槽，模擬鋼圈槽凸臺(tái)腐蝕；鋼圈槽內(nèi)加工孔徑分別為Φ1.5mm、Φ3mm的兩個(gè)圓孔，模擬鋼圈槽腐蝕，如圖5所示。

圖5 模擬試塊缺陷分布圖

3.2 掃查圖譜及缺陷分析

取無(wú)缺陷截面，其扇形掃查聲束覆蓋示意圖如圖6所示，無(wú)缺陷截面S掃圖（如圖7所示）作為 參考。

圖6 聲束覆蓋示意圖

圖7 無(wú)缺陷截面S掃圖

將掃查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并與實(shí)物逐一對(duì)比，得出表1所示缺陷圖文結(jié)果：

表1 （續(xù)）

表1 數(shù)據(jù)分析比照

模擬試塊上的人工缺陷已全部檢出，缺陷的水平位置與實(shí)物相吻合。

4 結(jié)語(yǔ)

超聲相控陣能有效的檢測(cè)出集輸管道和井口裝置鋼圈密封槽的腐蝕值。