某油田海上平臺(tái)工藝管線(xiàn)綜合無(wú)損檢測(cè)方案的應(yīng)用

王 海 孫宗騰 李文言 劉國(guó)良

（中海油常州涂料化工研究院有限公司上海海鎧防腐工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引言

油氣開(kāi)采過(guò)程中由于多相流的強(qiáng)烈腐蝕性使得各種監(jiān)檢測(cè)手段應(yīng)運(yùn)而生，海上平臺(tái)工藝管線(xiàn)也常年進(jìn)行各種腐蝕監(jiān)檢測(cè)。然而腐蝕環(huán)境復(fù)雜多樣，針對(duì)不同的管線(xiàn)材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)等就需要制定相應(yīng)的檢測(cè)方案，只有采取了恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段，才能給出有效的防護(hù)手段“對(duì)癥下藥”，從而滿(mǎn)足安全生產(chǎn)要求?？梢?jiàn)腐蝕檢測(cè)方案的制定至關(guān)重要。

隨著科技的發(fā)展，針對(duì)腐蝕減薄、穿孔、裂紋、焊接缺陷及變形等問(wèn)題，常用的檢測(cè)手段包括腐蝕掛片、腐蝕探針、水相分析、細(xì)菌檢測(cè)、二價(jià)鐵檢測(cè)、H2S和CO2檢測(cè)等常規(guī)手段和超聲波測(cè)厚、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、焊縫區(qū)超聲檢測(cè)、渦流檢測(cè)以及超聲導(dǎo)波檢測(cè)等非常規(guī)手段得到廣泛應(yīng)用[1-4]，以對(duì)被檢測(cè)對(duì)象的安全性和可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。各類(lèi)檢測(cè)方法的適用場(chǎng)景有所差異，只有在充分了解各種檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)的情況下，才能通過(guò)結(jié)合某幾種檢測(cè)方法制定出指定工況下最適用的檢測(cè)方案。

面對(duì)常規(guī)腐蝕檢測(cè)方法單一、效率低下、應(yīng)用范圍受限等缺點(diǎn)，本文通過(guò)綜合無(wú)損檢測(cè)方案的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的全面腐蝕檢測(cè)。

1 綜合無(wú)損檢測(cè)方案的制定和實(shí)施

1.1 工藝管線(xiàn)實(shí)際工況

本文選取的工藝管線(xiàn)實(shí)際參數(shù)如表1所示。天然氣中H2S分壓并未超過(guò)0.0003MPa的臨界值，CO2分壓也未超過(guò)0.021MPa的臨界值，但高壓環(huán)境使得水分更易液化，勢(shì)必引發(fā)電化學(xué)腐蝕。

1.2 方案制定

在對(duì)某段工藝管線(xiàn)進(jìn)行腐蝕檢測(cè)方案制定時(shí)，主要考慮能否對(duì)其進(jìn)行比較全面的檢測(cè)。而常規(guī)檢測(cè)手段更多的關(guān)注于腐蝕介質(zhì)的嚴(yán)苛程度以及掛片等的腐蝕速率，對(duì)于管線(xiàn)實(shí)際情況了解甚微。立足于對(duì)管線(xiàn)進(jìn)行全方位的檢測(cè)以及得到缺陷精確的數(shù)據(jù)，綜合無(wú)損檢測(cè)方案的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。

盡管超聲導(dǎo)波檢測(cè)能對(duì)整個(gè)管段尤其是對(duì)人員不容易到達(dá)或被保溫層包覆的管段實(shí)施100%的全面檢測(cè)[1,2]，但它對(duì)缺陷的識(shí)別信息需要有經(jīng)驗(yàn)人員進(jìn)行解讀；受管徑和壁厚的影響，對(duì)某些缺陷（如減薄量）不能獲得精確的測(cè)量值；存在多重缺陷時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)等局限性。

針對(duì)天然氣管道的腐蝕特點(diǎn)，除特別關(guān)注彎頭處及焊縫處腐蝕外，對(duì)于長(zhǎng)的直管段的檢測(cè)，一般情況下，首先進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)對(duì)管段進(jìn)行全面檢測(cè)，獲得缺陷的區(qū)域位置。如果是焊縫，接下來(lái)對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行焊縫表面的磁粉檢測(cè)和焊縫內(nèi)部的超聲波檢測(cè)[5]；如果是管壁缺陷（如腐蝕穿孔、裂紋、腐蝕減薄等），后續(xù)進(jìn)行目視檢測(cè)和超聲波測(cè)厚等。

表1 工藝管線(xiàn)參數(shù)

表2 檢測(cè)方法詳情

1.3 檢測(cè)方法

本文使用的檢測(cè)手段所用儀器及測(cè)試參數(shù)或方法如表2所示。

圖1 超聲測(cè)厚檢測(cè)區(qū)劃分圖示

1.4 腐蝕檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)及過(guò)程

超聲導(dǎo)波檢測(cè)、超聲測(cè)厚、超聲焊縫檢測(cè)、磁粉檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)施工如圖2所示。首先進(jìn)行選點(diǎn)去除保溫層，然后安裝導(dǎo)波探頭環(huán)并連接主機(jī)及計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，最后根據(jù)導(dǎo)波信號(hào)對(duì)特征位置去除保溫觀察并進(jìn)行超聲測(cè)厚或磁粉檢測(cè)等，對(duì)已知焊縫直接去除保溫進(jìn)行磁粉檢測(cè)、超聲檢測(cè)等。

圖2 （a）超聲導(dǎo)波檢測(cè)；（b）超聲測(cè)厚；（c）焊縫超聲檢測(cè)；（d）磁粉檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)

2 腐蝕數(shù)據(jù)分析

在對(duì)1#管線(xiàn)分段進(jìn)行導(dǎo)波檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，其分段代號(hào)為1～3和1～8的管線(xiàn)段導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)缺陷信號(hào)，結(jié)果如圖3所示。特征位置信息如表3所示。

圖3 （a）1～3管段；（b）1～8管段

圖4 1～4管段超聲導(dǎo)波包絡(luò)信號(hào)曲線(xiàn)

表3 導(dǎo)波檢測(cè)特征位置

通過(guò)圖3和表3可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)波檢測(cè)比較精確的檢測(cè)出缺陷的位置，大大提高了檢測(cè)效率，方便了后續(xù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)檢測(cè)。另外通過(guò)信號(hào)曲線(xiàn)還可以大致估算缺陷軸向尺寸，如圖3（a）中可以通過(guò)計(jì)算缺陷（Ⅰ）的波峰寬度大致估算缺陷軸向尺寸，這受限于儀器的精度。

針對(duì)導(dǎo)波檢測(cè)的結(jié)果，我們需要缺陷更詳細(xì)的信息，對(duì)特征位置去除保溫層后，直接采取超聲測(cè)厚檢測(cè)手段對(duì)缺陷處進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。

表4 超聲測(cè)厚檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)計(jì)算得到相對(duì)于設(shè)計(jì)尺寸的平均減薄率分別為69.79%、71.51%，均為嚴(yán)重腐蝕，由SH/T 3059-2012《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用規(guī)范》可知對(duì)DN≤100mm的碳素鋼管道，最小壁厚為2.4mm。盡管超聲測(cè)厚得到的結(jié)果中的最小值仍然＜2.4mm，但管道由于腐蝕造成的壁厚減薄會(huì)使管道剩余強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許用應(yīng)力值。

圖4為1～4管段導(dǎo)波檢測(cè)信號(hào)曲線(xiàn)，對(duì)特征處除去保溫層后發(fā)現(xiàn)為焊縫，針對(duì)焊縫及熱影響區(qū)的超聲檢測(cè)和磁粉檢測(cè)結(jié)果如表5所示。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得出該管段焊縫處無(wú)缺陷。

表5 焊縫及熱影響區(qū)超聲探傷和磁粉檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的常規(guī)檢測(cè)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，一方面提高了檢測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性，能得到不同類(lèi)型缺陷的詳細(xì)信息，這對(duì)后續(xù)制定防護(hù)措置至關(guān)重要；另一方面，提高了檢測(cè)效率，在生產(chǎn)任務(wù)繁重、腐蝕問(wèn)題日益凸顯的情況下，傳統(tǒng)常規(guī)檢測(cè)手段越來(lái)越無(wú)法達(dá)到快節(jié)奏的需求，綜合無(wú)損檢測(cè)的普及應(yīng)用迫在眉睫。