工業(yè)管道不停輸在線檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)探討

牟曦輝，汪四新，廖林森，廖洛楓

（樂山市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 樂山 614000）

工業(yè)管道作為壓力管道中的一類，在役壓力管道應(yīng)在投用滿3 年后及以后每個(gè)周期內(nèi)實(shí)施定期檢驗(yàn)，檢驗(yàn)一般在管道停止運(yùn)行期間進(jìn)行，當(dāng)管道運(yùn)行條件不影響檢驗(yàn)的有效性和安全性時(shí)，也可以基于管道的損傷模式和風(fēng)險(xiǎn)水平，結(jié)合管道的使用情況制定檢驗(yàn)策略，在運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)施。由于大型化工企業(yè)多為連續(xù)生產(chǎn)裝置，常規(guī)停機(jī)離線檢驗(yàn)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，影響整個(gè)廠區(qū)的生產(chǎn)工藝流程乃至全線停產(chǎn)，且耗費(fèi)大量人力、時(shí)間等資源。然而，在線檢測(cè)常面臨著高溫、低溫、液相介質(zhì)等常規(guī)檢測(cè)技術(shù)難點(diǎn)，缺乏高效、精準(zhǔn)的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù)，因此，開展管道不停輸在線檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的研究意義重大。

1 常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的在線檢測(cè)

1.1 磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)是利用被磁化工件不連續(xù)處表面形成的漏磁場(chǎng)，通過加入磁粉的移動(dòng)聚集形成鐵痕，進(jìn)行表面及近表面的缺陷檢測(cè)技術(shù)。作為磁性材料的首選表面檢測(cè)方法，在壓力管道日常檢測(cè)中，考慮檢測(cè)的時(shí)效性，最常用的是磁軛濕法和交叉磁軛濕法。管道在線磁粉檢測(cè)，主要面臨管道工作壁溫過高的問題，需要選用耐高溫磁粉，具有高溫穩(wěn)定性并且磁粉的性能要易磁化。此外，為保障磁粉的高溫移動(dòng)性能，應(yīng)制作空心球形磁粉，選擇沸點(diǎn)高不易揮發(fā)的磁懸液。低溫管道檢測(cè)則考慮磁粉和磁懸液的低溫移動(dòng)性。

1.2 滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)是基于毛細(xì)作用原理的表面檢測(cè)技術(shù)，作為奧氏體不銹鋼等非鐵磁、非多孔材料的首選表面檢測(cè)方法，大致分為滲透、清洗、顯像三個(gè)環(huán)節(jié)。壓力管道在線滲透檢測(cè)時(shí)，針對(duì)高、低溫檢測(cè)影響，與磁粉檢測(cè)類似，主要考慮滲透劑、清洗劑、顯像劑的穩(wěn)定性與流動(dòng)性，以保障毛細(xì)作用的有效進(jìn)行。常規(guī)的停機(jī)磁粉檢測(cè)溫度規(guī)定為10 ～50℃，隨著在線檢測(cè)突破其溫度上下限，檢測(cè)效果逐步降低，何匯等人研制的滲透劑最低用至-12℃；劉恩凱等人對(duì)處于高溫（高濕度）環(huán)境、低溫介質(zhì)（最低至0℃）條件的滲透檢測(cè)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，拓展了滲透檢測(cè)溫度范圍。

1.3 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)作為利用超聲波技術(shù)最基礎(chǔ)的檢測(cè)方法，因其檢測(cè)的高效、便捷、無(wú)危害、成本低、定位準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，常用于碳鋼管道及薄壁不銹鋼管道的埋藏缺陷檢測(cè)。由于超聲波隨著管道壁溫的升高，造成聲速降低、折射角增大（超聲路徑變化）、衰減增大（界面耦合），最終造成定位定量誤差過大，因此，在壓力管道不停輸在線高溫檢測(cè)時(shí)，極難發(fā)現(xiàn)并定位出缺陷，且壁溫過高易造成探頭晶片的損壞。多位學(xué)者對(duì)高溫下超聲波聲速、衰減等變化規(guī)律展開了研究，探索了超聲波在高溫下修正使用的可行性。

1.4 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)是利用X、γ 等射線透射被檢工件的衰減，通過射線底片感光程度不同進(jìn)行的檢測(cè)。射線檢測(cè)技術(shù)因其對(duì)各類結(jié)構(gòu)件檢測(cè)的高適應(yīng)性、檢測(cè)的高靈敏度、缺陷定性、檢測(cè)記錄長(zhǎng)期保存等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于焊縫埋藏缺陷的檢測(cè)。然而，管道在線檢測(cè)時(shí)，由于射線檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，高溫可能造成緊貼管道表面的射線底片和像質(zhì)計(jì)損壞、底片灰霧度增加等問題，需要研制有效的隔熱方式，如采用夾套水冷隔熱方式、隔熱楔塊等方法，但會(huì)造成幾何不清晰度、固有不清晰度、顆粒度增加等底片質(zhì)量降低的問題。此外，管道介質(zhì)若為液相介質(zhì)，則在線射線檢測(cè)無(wú)法滿足靈敏度要求。

2 非常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的在線檢測(cè)

常規(guī)的四類檢測(cè)技術(shù)主要針對(duì)焊縫缺陷進(jìn)行檢測(cè)，屬于局部抽查的檢測(cè)方法，需要對(duì)被檢部位進(jìn)行保溫拆除和除銹打磨，檢測(cè)結(jié)果較為精準(zhǔn)。然而，對(duì)于埋地、穿墻、高空以及保溫直管等管道，尤其是存在高溫腐蝕、應(yīng)力腐蝕等機(jī)理的管道，整體檢測(cè)技術(shù)也顯得尤為重要。

2.1 整體檢測(cè)技術(shù)

（1）導(dǎo)波檢測(cè)。導(dǎo)波檢測(cè)作為超聲波原理應(yīng)用的拓展技術(shù)，通過壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)激發(fā)超聲導(dǎo)波，接收并分析被檢工件反射回波，識(shí)別可能存在的缺陷。由于導(dǎo)波傳播衰減較小，管道單次檢測(cè)距離可長(zhǎng)達(dá)幾十米，適用于管道的整體檢測(cè)，大大提升了檢測(cè)效率。高溫管道在線檢測(cè)時(shí)，可以通過磁致伸縮效的耐高溫探頭進(jìn)行檢測(cè)。但由于導(dǎo)波回波信號(hào)包括焊法蘭、支吊架、焊縫、缺陷等有用回波和信號(hào)采集帶來(lái)的虛假回波，依賴檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，且需要配合可靠的局部檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

（2）聲發(fā)射檢測(cè)。聲發(fā)射檢測(cè)是基于材料聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行缺陷檢測(cè)，是一種在線的整體系統(tǒng)性檢測(cè)方法，可運(yùn)用于壓力管道在線監(jiān)測(cè)與缺陷檢測(cè)，提高了管道整體檢測(cè)效率，通過多傳感器定位算法和信號(hào)濾波算法實(shí)現(xiàn)缺陷的有效標(biāo)記。但聲發(fā)射檢測(cè)僅能檢測(cè)出活性缺陷，且對(duì)管道加壓條件有要求，作為整體檢測(cè)技術(shù)，仍需要配合局部檢測(cè)技術(shù)復(fù)驗(yàn)缺陷。

2.2 局部檢測(cè)技術(shù)

（1）脈沖蝸流檢測(cè)。脈沖渦流檢測(cè)是渦流檢測(cè)的一個(gè)分支，利用電磁感應(yīng)原理，通過方波激勵(lì)信號(hào)→激勵(lì)線圈→源磁場(chǎng)→管道感應(yīng)脈沖渦流→渦流磁場(chǎng)→檢測(cè)線圈→瞬態(tài)電壓的過程進(jìn)行缺陷檢測(cè)。作為電磁檢測(cè)技術(shù)，對(duì)表面處理要求低，不需耦合劑和特殊防護(hù)，具有綜合效率高、檢測(cè)成本低的優(yōu)點(diǎn)，在高、低溫及液相介質(zhì)管道在線檢測(cè)中具有良好的應(yīng)用前景。

（2）相控陣超聲檢測(cè)。相控陣檢測(cè)即C 超也是一種超聲波拓展檢測(cè)技術(shù)，通過調(diào)整相控陣探頭陣列中各晶片單元的超聲激勵(lì)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)相控陣聲束的方向和焦點(diǎn)控制，因此，與傳統(tǒng)A 超相比，相控陣檢測(cè)具有更高的靈敏度、分辨力及聲束可達(dá)性，在不銹鋼管道檢測(cè)時(shí)，能夠解決傳統(tǒng)超聲檢測(cè)晶粒反射干擾及厚度衰減等問題，補(bǔ)齊液相介質(zhì)管道埋藏缺陷在線檢測(cè)的短板。

（3）X 射線數(shù)字成像檢測(cè)。X 射線數(shù)字成像檢測(cè)即DR 實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)膠片成像到計(jì)算機(jī)數(shù)字成像的轉(zhuǎn)變，由于引入了數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，得到的射線圖像對(duì)比度、寬容度更大，且計(jì)算機(jī)直接成像節(jié)省了傳統(tǒng)射線檢測(cè)底片暗室處理時(shí)間，提升檢測(cè)效率，數(shù)字圖像更便于長(zhǎng)期保存與查看。管道在線檢測(cè)時(shí)，DR 能夠識(shí)別帶保溫層的高溫管道裂紋類缺陷及減薄，能透射夾套管道并有效識(shí)別內(nèi)管未熔合、未焊透等焊縫缺陷。

3 RBI 在線檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)即RBI 技術(shù)是一種在線檢驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù)，基于設(shè)備的失效可能性和失效后果，對(duì)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)程度做出評(píng)估，并制訂和實(shí)施檢驗(yàn)策略的管理過程。RBI 依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)排序，制訂針對(duì)性的檢驗(yàn)檢測(cè)方案，是一種先進(jìn)的檢驗(yàn)理念。通過前期的資料調(diào)查和工藝分析為基礎(chǔ)，進(jìn)行管道宏觀檢查，與此同時(shí)參照GB/T 26610-2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》按失效可能性和失效后果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定工業(yè)管道系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平（高、中、低），針對(duì)中、高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)采用超聲導(dǎo)波或者聲發(fā)射等整體檢測(cè)技術(shù)，對(duì)發(fā)現(xiàn)可疑部位采用相控陣超聲檢測(cè)、X 射線數(shù)字成像檢測(cè)等局部檢測(cè)技術(shù)實(shí)施復(fù)驗(yàn)；低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)則選用常規(guī)檢測(cè)配合渦流等適應(yīng)性強(qiáng)的檢驗(yàn)技術(shù)，進(jìn)行局部焊縫抽檢，綜合檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行管道檢驗(yàn)評(píng)價(jià)。整個(gè)檢驗(yàn)過程更科學(xué)、更智能，在管道在線檢驗(yàn)檢測(cè)中具有光明的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新改進(jìn)以及新的檢測(cè)技術(shù)、檢驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，工業(yè)管道不停輸在線檢驗(yàn)越發(fā)成熟。針對(duì)管道在線工作的溫度、介質(zhì)、環(huán)境等特性，選用適宜的檢測(cè)方法或者檢驗(yàn)檢測(cè)組合方法，能夠更好地發(fā)現(xiàn)缺陷，保障管道安全。但隨著在線工作高、低溫?cái)?shù)值的增大，檢測(cè)的可靠性逐漸降低，目前相關(guān)研究仍較少，不能覆蓋所有工業(yè)管道，對(duì)于溫度過高或過低的管道停機(jī)檢驗(yàn)?zāi)壳叭允亲罴训倪x擇。