LNG接收站低溫管道無(wú)損檢測(cè)方法適應(yīng)性分析

摘 要 對(duì)DR檢測(cè)、脈沖渦流檢測(cè)、陣列渦流檢測(cè)和超聲導(dǎo)波檢測(cè)在LNG低溫管道無(wú)損探傷中的適應(yīng)性進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，4種檢測(cè)方法對(duì)于不同管徑和保溫層厚度的低溫管道具有不同的缺陷檢驗(yàn)效果，結(jié)果可為低溫環(huán)境中特種設(shè)備的檢測(cè)提供指導(dǎo)，及早排除安全隱患，保障其安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 低溫管道 無(wú)損檢測(cè) 適應(yīng)性分析 LNG接收站

中圖分類(lèi)號(hào) TQ055.8+1" "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A" "文章編號(hào) 0254?6094（2023）01?0026?06

近年來(lái)，LNG接收站建設(shè)的速度逐漸加快，導(dǎo)致站內(nèi)低溫壓力管道的檢驗(yàn)檢測(cè)工作與日俱增。LNG接收站主工藝系統(tǒng)管道為不銹鋼材質(zhì)，均在深冷工況（工作溫度-162 ℃左右）下工作[1]，主要由5部分組成：卸料系統(tǒng)由氣相返回臂、液相卸料臂等組成，負(fù)責(zé)LNG卸船至接收站;儲(chǔ)存系統(tǒng)是LNG低溫儲(chǔ)罐;BOG處理系統(tǒng)分為將蒸發(fā)氣直接輸送至燃?xì)夤芫W(wǎng)的直接輸出法以及通過(guò)再冷凝器中低壓輸送泵后和來(lái)自儲(chǔ)罐的LNG混合輸出的再冷凝法;輸送系統(tǒng)是LNG從儲(chǔ)罐中泵出，經(jīng)高壓泵加壓后輸入蒸發(fā)系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)量后輸送至外部管網(wǎng)的過(guò)程;汽化系統(tǒng)通常使用海水開(kāi)架式蒸發(fā)器將LNG進(jìn)行汽化之后再進(jìn)行輸送，其中開(kāi)架式蒸發(fā)器運(yùn)行成本低、可靠性高[2，3]。

LNG解決了城市能源問(wèn)題，但在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中存在一定的危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生事故后果將十分嚴(yán)重。2011年江蘇徐州LNG加氣站儲(chǔ)罐底部出現(xiàn)泄漏，遇居民燃放煙花引發(fā)大火，火焰高逾20 m。2004年阿爾及利亞Skikda液化天然氣發(fā)生火災(zāi)事故，共造成27人死亡，56人受傷，損失高達(dá)9億美元。因此，定期無(wú)損檢測(cè)對(duì)保障LNG接收站低溫管道安全運(yùn)行至關(guān)重要。

按照TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——工業(yè)管道》的規(guī)定，壓力管道均需定期進(jìn)行檢驗(yàn)。由于LNG接收站管道運(yùn)行條件特殊（工藝溫度-162 ℃左右），材料為奧氏體不銹

鋼[4]，隨著站內(nèi)低溫管線運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的安全隱患，而主工藝系統(tǒng)均在深冷工況下運(yùn)行，給檢驗(yàn)工作帶來(lái)較大困難[5]。如何在檢驗(yàn)周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)低溫管道的安全隱患，不僅關(guān)系著整個(gè)接收站的安全性，更涉及到區(qū)域能源供應(yīng)的穩(wěn)定性[6]。

筆者采用DR檢測(cè)、脈沖渦流檢測(cè)、陣列渦流檢測(cè)和超聲導(dǎo)波檢測(cè)這4種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)LNG低溫管道進(jìn)行檢測(cè)，分析各檢測(cè)方法的適應(yīng)性，為L(zhǎng)NG接收站內(nèi)低溫管道的無(wú)損探傷提供實(shí)際工程指導(dǎo)，對(duì)保障其長(zhǎng)時(shí)間安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義[7，8]。

1 DR檢測(cè)

目前，DR檢測(cè)技術(shù)已成功應(yīng)用于高、低溫工業(yè)管道的無(wú)損檢測(cè)，與傳統(tǒng)X射線檢測(cè)相比，DR檢測(cè)技術(shù)更加準(zhǔn)確可靠。本實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的ISOVOLT 320 M2 hp型射線機(jī)，采用XRD0822型平板探測(cè)器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的實(shí)驗(yàn)條件，選用適宜的透照方式和參數(shù)，對(duì)不同管徑的低溫管道進(jìn)行DR檢測(cè)。通過(guò)調(diào)整DR檢測(cè)系統(tǒng)透照等工藝參數(shù)，使得檢驗(yàn)精度滿足相關(guān)要求，對(duì)所測(cè)管線進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)定缺陷位置，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1為DN50 mm的LNG低溫管道DR檢測(cè)照片，可以看出，DR檢測(cè)可直觀檢測(cè)出管道內(nèi)腐蝕位置，且管道內(nèi)部成像質(zhì)量較高?？赡苁怯捎谌毕荼旧沓叽巛^小所致，對(duì)于裂紋類(lèi)缺陷的檢測(cè)結(jié)果有效性較低，且裂紋缺陷對(duì)于射線檢測(cè)屬于易漏缺陷，但可以通過(guò)圖像銳化、對(duì)比度增強(qiáng)等手段進(jìn)行處理，以增強(qiáng)可視效果[9]。

為了研究LNG低溫管道管徑對(duì)DR檢測(cè)精確性的影響，分別對(duì)LNG站場(chǎng)內(nèi)DN80、DN150、DN200 mm管道進(jìn)行DR檢測(cè)，DR檢測(cè)照片如圖2所示。LNG站場(chǎng)低溫管道在線檢測(cè)時(shí)，保溫層厚度對(duì)DR檢測(cè)精度的影響不大，在一定條件下，DR檢測(cè)可以高效地判斷和識(shí)別出管道內(nèi)部缺陷[10]。對(duì)于DN200 mm以下的低溫管道，DR檢測(cè)可以清楚地識(shí)別錯(cuò)邊缺陷位置，對(duì)于未焊透和未融合缺陷也具有較好的檢出效果，并且能清晰辨別缺陷區(qū)域位置及尺寸;對(duì)于DN200 mm以上的低溫管道成像質(zhì)量較為清晰，但焊縫缺陷位置不易觀察，因此可采用更強(qiáng)大、有足夠穿透力的射線源，以獲得高質(zhì)量、可清晰識(shí)別的缺陷圖像。

2 脈沖渦流檢測(cè)

LNG站場(chǎng)低溫管道屬于非鐵磁性材料，滿足脈沖渦流檢測(cè)的要求[11]。基于脈沖渦流的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不需要拆除所測(cè)管段的保溫層，極大地提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了管道的在線檢測(cè)[12]。

實(shí)驗(yàn)采用Oktanta PE4332型脈沖渦流檢測(cè)儀，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)帶有保溫層的低溫管道進(jìn)行管壁測(cè)厚和缺陷評(píng)估，結(jié)果如圖3所示。可以看出，當(dāng)保溫層厚度在100 mm以下時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，可以有效掃查管道壁厚。當(dāng)保溫層厚度在100～150 mm時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，出現(xiàn)跳躍點(diǎn)，當(dāng)保溫層厚度達(dá)到200 mm以上時(shí)，則無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。

脈沖渦流檢測(cè)可以有效判定LNG站場(chǎng)低溫管道的完整性，實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫管道壁厚的測(cè)量，進(jìn)行缺陷尺寸的評(píng)估和缺陷類(lèi)型的識(shí)別，并對(duì)所檢測(cè)試件表面下深層裂紋的定量檢測(cè)具有良好的適應(yīng)性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，脈沖渦流檢測(cè)可以根據(jù)不同缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線繪制，測(cè)得缺陷最大值后確定對(duì)應(yīng)缺陷深度，因此對(duì)于檢驗(yàn)條件較苛刻的特種設(shè)備，脈沖渦流檢測(cè)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性[13]。

3 陣列渦流檢測(cè)

管道近表面裂紋可采用Zetec MIZ?21C型陣列渦流檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需拆除保溫層，用檢測(cè)探頭對(duì)管道表面進(jìn)行環(huán)向及軸向掃查。常規(guī)渦流檢測(cè)對(duì)于特種設(shè)備具有局限性，而陣列渦流檢測(cè)技術(shù)是一種將若干渦流線圈有序排列從而進(jìn)行大面積掃查和直觀顯示的新型表面渦流檢測(cè)技術(shù)[14]，因此對(duì)于不銹鋼材質(zhì)管道的檢測(cè)具有良好的適用性[15，16]，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)示意圖如圖4所示。

在LNG站場(chǎng)低溫管道現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)DN150 mm的低溫管道母體和彎頭處上下表面分別進(jìn)行陣列渦流掃查檢測(cè)，并采用自適應(yīng)中值濾波方式去除干擾信號(hào)，結(jié)果如圖5所示。

采用陣列渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)LNG站場(chǎng)內(nèi)低溫管道進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)調(diào)整適宜的檢測(cè)參數(shù)，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫管道近表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)。從圖5可以看出，低溫管道母材和彎頭處陣列渦流檢測(cè)信號(hào)并無(wú)異常，信號(hào)曲線平整、光滑，信號(hào)能量無(wú)突變點(diǎn)，掃查圖像直觀可靠。但陣列渦流檢測(cè)無(wú)法呈現(xiàn)缺陷的形貌特征，這是由陣列渦流線圈特性所決定的，難以表現(xiàn)局部細(xì)節(jié)，但可以通過(guò)增大顯示對(duì)比度對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)[17]。

4 超聲導(dǎo)波檢測(cè)

對(duì)管道本體的缺陷檢測(cè)采用SRT型超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀，在去除保溫層的情況下，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同管徑的大小，調(diào)整導(dǎo)環(huán)固定帶至適宜長(zhǎng)度，使探頭與管道表面良好耦合，對(duì)低溫管道進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)。由于超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的局限性，在彎頭、法蘭和支架處其信號(hào)會(huì)發(fā)生疊加而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此現(xiàn)場(chǎng)選用低溫管道的直管段進(jìn)行檢測(cè)。

基于超聲導(dǎo)波的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以更高效地對(duì)管道本體進(jìn)行全面掃查，檢測(cè)管道覆蓋面積較大，同時(shí)幾乎不受管道外徑尺寸影響[18]。檢測(cè)時(shí)利用鐵鈷帶將傳感器與管道表面緊密貼合，選用扭力波激發(fā)模態(tài)[19，20]，以便獲得較高的分辨率，所得檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，總體上波形中所包含的信號(hào)特征較少，僅存在管道焊縫、彎頭及法蘭等相對(duì)較明顯的信號(hào)特征，而其他信號(hào)特征在波形圖中并無(wú)清楚表達(dá)，且信號(hào)能量值偏小，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判斷所測(cè)管件的相對(duì)完整性[21]。這主要是由于接收站內(nèi)LNG管道表面溫度過(guò)低而導(dǎo)致傳感器性能無(wú)法正常發(fā)揮或傳感器與管道表面無(wú)法良好耦合，因此基于現(xiàn)有的技術(shù)條件，LNG站場(chǎng)內(nèi)低溫管道的超聲導(dǎo)波檢測(cè)并不具備良好的可行性。

5 對(duì)比分析

以上4種無(wú)損探傷檢驗(yàn)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1，可以看出，DR檢測(cè)、脈沖渦流檢測(cè)和陣列渦流檢測(cè)均具有良好的檢測(cè)效果。DR檢測(cè)可精準(zhǔn)標(biāo)定缺陷位置且管道內(nèi)部成像質(zhì)量較高;脈沖渦流檢測(cè)效率高，可測(cè)保溫層厚度達(dá)200 mm;陣列渦流檢測(cè)可大面積掃查并直觀顯示。超聲導(dǎo)波對(duì)于LNG管道檢測(cè)效果不佳，且彎頭、法蘭和支架處檢驗(yàn)受限，無(wú)法滿足管道表面缺陷評(píng)價(jià)的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于LNG接收站內(nèi)管道的低溫特性，檢驗(yàn)條件特殊，且國(guó)內(nèi)外在LNG接收站內(nèi)低溫管道的檢驗(yàn)檢測(cè)方面標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并不完善，缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)盡快補(bǔ)充，并滿足LNG接收站壓力管道的相關(guān)檢測(cè)要求，對(duì)保障在役LNG接收站低溫管道的安全運(yùn)行具有重要意義。

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（收稿日期：2022-03-16，修回日期：2023-01-10）

Adaptability Analysis of Non?destructive Testing Methods

for Cryogenic Pipelines in LNG Receiving Stations

WU Bin1， ZHANG Hao2， ZHANG Da?wei1， LI Le?ming2， LIU Tong2，

LIU Zhen?dong， YUN Zhi?qiang2， LIU Ze?yuan2

（1. Sinopec Qingdao LNG Co.， Ltd.; 2. Shandong Special Equipment Inspection and Research Institute Co.， Ltd.）

Abstract" "In this paper， the DR testing， pulse eddy current testing， array eddy current testing， ultrasonic guided wave testing and other non?destructive testing methods were employed to investigate adaptability of LNG pipeline testing in low temperature environments. The experimental result show that，" "regarding the cryogenic pipelines with different diameters and insulation thicknesses， the above?said testing methods have different inspection effects respectively and they can provide guidance for the inspection of special equipment in low?temperature environments while eliminating potential safety hazards as soon as possible and ensuring their safe operation.

Key words" " cryogenic pipeline， NDT， adaptability analysis， LNG receiving station

基金項(xiàng)目：中國(guó)石油化工股份有限公司天然氣分公司2020年科研項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：吳斌（1979-），高級(jí)工程師，從事天然氣長(zhǎng)輸管道及LNG接收站總體運(yùn)營(yíng)管理工作。

通訊作者：贠智強(qiáng)（1995-），助理工程師，從事油氣管道系統(tǒng)安全方面工作，yzq9595@163.com。

引用本文：吳斌，張皓，張大偉，等.LNG接收站低溫管道無(wú)損檢測(cè)方法適應(yīng)性分析[J].化工機(jī)械，2023，50（1）：26-31.