韓　燁, 薛正林，陳　波,王志剛,駱蘇軍

(1.中石化長輸油氣管道檢測有限公司, 徐州 221008;2.杭州浙達(dá)精益機(jī)電技術(shù)工程有限公司， 杭州 310013)

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原油工藝管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)及方法

韓燁1, 薛正林1，陳波1,王志剛1,駱蘇軍2

(1.中石化長輸油氣管道檢測有限公司, 徐州 221008;2.杭州浙達(dá)精益機(jī)電技術(shù)工程有限公司， 杭州 310013)

介紹了原油工藝管道的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)分析了常用原油工藝管道無損檢測方法的技術(shù)特點(diǎn)及其局限性，提出了由遠(yuǎn)及近、由粗到精的管道檢測原則，使用多種不同的無損檢測方法對(duì)不同區(qū)段和不同應(yīng)用環(huán)境下的管道進(jìn)行檢測。通過采用低頻導(dǎo)波遠(yuǎn)距離篩查、高頻導(dǎo)波近距離定位、磁記憶接觸式快速排查、超聲波相控陣測厚和C掃描成像精確定量等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)原油工藝管道快速、高效、精確、可靠的檢測。

原油；工藝管道；內(nèi)腐蝕；檢測技術(shù)

由于原油工藝管道直徑大、三通彎頭多、埋地或架空形式復(fù)雜，以及部分區(qū)段帶有保溫層，再加上石油介質(zhì)對(duì)射線衰減較大，因而無法采用傳統(tǒng)的射線檢測法或管道內(nèi)檢測法對(duì)其進(jìn)行內(nèi)腐蝕的檢測，目前普遍采用的檢測方法為測厚法和外觀檢查法，但這兩種方法都難以有效檢出內(nèi)腐蝕的準(zhǔn)確部位和腐蝕程度。

為了有效檢出管道內(nèi)腐蝕,筆者依據(jù)低頻導(dǎo)波、高頻導(dǎo)波、磁記憶、相控陣和超聲波C掃描成像等無損檢測方法的技術(shù)特點(diǎn)，制定了遠(yuǎn)距離篩查、近距離定位、接觸式定量的由遠(yuǎn)及近、由粗到精的綜合檢測方法，并應(yīng)用于中石化某大型輸油站場工藝管道檢測試驗(yàn)中，取得了較好效果。

1　遠(yuǎn)距離篩查

超聲導(dǎo)波由于具有傳播距離遠(yuǎn)、檢測范圍大、可對(duì)管壁進(jìn)行100%檢測的特點(diǎn)，可用來對(duì)工藝管道進(jìn)行遠(yuǎn)距離篩查和大范圍檢測，尤其可用來對(duì)過路埋地和架空管段等管道不易接觸部位進(jìn)行快速檢測。分別采用磁致伸縮導(dǎo)波和壓電式導(dǎo)波進(jìn)行了檢測試驗(yàn)，前者利用扭轉(zhuǎn)磁致伸縮效應(yīng)即威德曼效應(yīng)進(jìn)行激發(fā)[1]；后者利用常規(guī)的壓電效應(yīng)進(jìn)行激發(fā)，都取得了較滿意的效果。

1.1工藝管道檢測

1.1.1模擬工藝管道檢測試驗(yàn)

試驗(yàn)用管道規(guī)格為φ580 mm×10 mm，試驗(yàn)現(xiàn)場如圖1所示，回波波形和對(duì)應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)分別見圖2和表1。

圖1　磁致伸縮導(dǎo)波檢測現(xiàn)場

圖2　導(dǎo)波試驗(yàn)管檢測波形

缺陷序號(hào)缺陷大小/%缺陷離左端面的距離/ma0.54.53b0.35.27c1.05.60d0.46.54e2.76.66f0.47.71g1.58.25

圖3　φ720 mmX8 mm管道橫截面點(diǎn)蝕缺陷估算原理

可以看出，在試驗(yàn)條件下檢測靈敏度最高能夠達(dá)到1%管壁截面損失，同時(shí)經(jīng)過現(xiàn)場檢測,靈敏度一般能夠達(dá)到3%管壁截面腐蝕[2-3]。若按上述靈敏度估算，假定只有一個(gè)點(diǎn)蝕缺陷，按泄漏時(shí)管道腐蝕穿孔計(jì)算，管道橫截圓的中徑長度C=(720-8)×3.14 mm(見圖3)，因此得到1%點(diǎn)蝕缺陷面積S損為176 mm2,即可以估算規(guī)格為φ720 mmX8 mm的管道在1%的檢測精度下(試驗(yàn)條件)能被檢測出約為22 mm×8 mm的當(dāng)量點(diǎn)蝕缺陷；同理，可以估算規(guī)格為φ720 mmX8 mm的管道在3%的檢測精度下(現(xiàn)場條件)能被檢測出約為66 mm×8 mm當(dāng)量點(diǎn)蝕缺陷。

當(dāng)腐蝕缺陷未達(dá)到貫穿壁厚的程度時(shí)，若點(diǎn)蝕缺陷檢測靈敏度達(dá)到1%或3%，相應(yīng)缺陷的截面寬度應(yīng)當(dāng)更大，才能將缺陷有效檢測出來。因此，導(dǎo)波技術(shù)僅適用于遠(yuǎn)距離對(duì)較大缺陷的篩查檢測，對(duì)體積較小缺陷還可能漏檢。

1.1.2在役工藝管道檢測驗(yàn)證

對(duì)規(guī)格為φ720 mm×8 mm螺旋焊管在役工藝管道上進(jìn)行了檢測驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如下。

有效檢測距離：在實(shí)際運(yùn)行的φ720 mm×8 mm螺旋焊管道上，可以明顯發(fā)現(xiàn)距探頭11 m處環(huán)焊縫信號(hào)。對(duì)于最遠(yuǎn)有效檢測距離，由于不允許在運(yùn)行的管道上制造人工缺陷，因此未進(jìn)行驗(yàn)證。檢測精度：在實(shí)際運(yùn)行的管道上，檢測出兩個(gè)點(diǎn)蝕缺陷，采用超聲C掃描和超聲波測厚判斷，二者分別為φ40 mm、減薄2.7 mm和φ60 mm、減薄4.9 mm的銹蝕缺陷，反射信號(hào)已較微弱，如圖4所示。

圖4　現(xiàn)場檢測內(nèi)腐蝕缺陷波形

在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)，還檢測出局部因石頭碰撞造成的凹坑，如圖5所示，其壁厚沒有明顯減薄[4]，說明導(dǎo)波檢測方法具有足夠高的檢測靈敏度。

圖5　現(xiàn)場檢測凹坑缺陷波形

1.2檢測效率

磁致伸縮導(dǎo)波檢測需要使用特殊的耦合劑，該過程通常需要58 min，因此檢測效率相對(duì)較低。

另外，由于磁致伸縮導(dǎo)波采用可任意裁剪的鐵鈷帶產(chǎn)生導(dǎo)波檢測信號(hào)，因此現(xiàn)場應(yīng)用十分方便，并且管徑變化對(duì)檢測效率的影響也相對(duì)較小。

1.3應(yīng)用特點(diǎn)

上述試驗(yàn)及應(yīng)用結(jié)果表明，磁滯伸縮導(dǎo)波技術(shù)適用于對(duì)管道遠(yuǎn)距離的局部減薄或較大缺陷的檢測，可作為遠(yuǎn)距離大缺陷的篩查手段，應(yīng)用于局部占?jí)夯螂[蔽的原油管道檢測中。鐵鈷帶換能方式具有輕便靈活的特點(diǎn)，需要去除的保溫層、防腐層面積也較小，因而可用于裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的管道缺陷檢測。

2　近距離缺陷準(zhǔn)確定位

由于低頻導(dǎo)波在實(shí)際應(yīng)用條件下檢測靈敏度較低，一般靈敏度僅能達(dá)到3%管壁橫截面積，容易造成點(diǎn)蝕缺陷的漏檢；同時(shí)遠(yuǎn)距離定位存在誤差，距離越遠(yuǎn)，誤差越大，加之低頻導(dǎo)波很難判斷缺陷類型，因此必須要對(duì)檢測出的疑似缺陷采用高靈敏度近距離的檢測方法進(jìn)行核實(shí)[5]。目前近距離高靈敏度檢測方法主要有測厚儀測厚法和超聲橫波掃查法，但此兩種檢測方法都難以對(duì)大面積管道進(jìn)行全面掃查，且存在檢測效率低和可靠性差的問題。通過試驗(yàn)，選擇了高頻導(dǎo)波掃查和磁記憶檢測技術(shù)，大幅提高了檢測效率和可靠性。

2.1高頻導(dǎo)波檢測

高頻導(dǎo)波一般頻率在0.5 MHz以上，與低頻導(dǎo)波相比，頻散現(xiàn)象更明顯，激發(fā)模態(tài)更多，有效檢測距離相對(duì)較小，但檢測靈敏度高。

圖6　高頻導(dǎo)波檢測內(nèi)腐蝕圖像及波形

2.1.1檢測效果

高頻導(dǎo)波探頭面積較大，管道的彎曲表面對(duì)耦合會(huì)產(chǎn)生不利影響，這使得實(shí)際有效檢測距離會(huì)有所降低。在未打磨防銹漆的條件下進(jìn)行了模擬管道和現(xiàn)場實(shí)際檢測試驗(yàn)，結(jié)果表明，使用該檢測方法能夠檢測出距探頭500 mm范圍內(nèi)的直徑10 mm、深3 mm的圓形腐蝕缺陷，其中沿工藝管道周向掃查的檢測波形如圖6所示。由圖6可以看出，自距探頭350 mm處開始有連片疑似缺陷信號(hào)，范圍較大，但幅度較低。復(fù)檢時(shí)重現(xiàn)性較好，經(jīng)測厚復(fù)核，該疑似缺陷信號(hào)為局部內(nèi)壁腐蝕缺陷。

2.1.2檢測效率

由于高頻導(dǎo)波檢測方法無需打磨防護(hù)漆層，因此檢測效率較高。對(duì)于φ(600～700) mm管徑的直管段，檢測速度一般可達(dá)到0.6 m/min，在操作熟練的條件下可超過1 m/min。

2.1.3應(yīng)用特點(diǎn)

高頻導(dǎo)波技術(shù)可應(yīng)用于穿墻、支墩位置等局部隱蔽管段的腐蝕、裂紋的檢測，有效檢測距離一般為500700 mm。該方法也可用于低頻導(dǎo)波檢測出的缺陷信號(hào)的準(zhǔn)確定位。

2.2磁記憶檢測

磁記憶檢測用于評(píng)估設(shè)備的應(yīng)力變形狀況，并測定應(yīng)力集中區(qū)。此儀器的工作原理在于測量管道表面磁場垂直分量Hp的分布。在役工作時(shí)產(chǎn)生的缺陷，會(huì)改變?nèi)毕莶课还荏w的應(yīng)力分布，進(jìn)而影響表面磁場分布，因此磁記憶檢測對(duì)腐蝕、局部變形，尤其是裂紋等應(yīng)力集中類缺陷，具有較高的檢測靈敏度。圖7為對(duì)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)的某缺陷的磁記憶檢測波形及其相控陣驗(yàn)證信號(hào)。

(a) 磁記憶檢測信號(hào)

(b) 相控陣驗(yàn)證信號(hào)圖7　某缺陷的磁記憶檢測及相控陣驗(yàn)證信號(hào)

3　接觸式精確定量

高頻導(dǎo)波以及磁記憶檢測技術(shù)一般只能做到對(duì)缺陷準(zhǔn)確定位，而無法做到精確測量，更不能形成直觀的三維圖像。若需要測量缺陷大小，除可采用常規(guī)測厚儀測厚和相控陣檢測等技術(shù)外，還可采用超聲測厚C掃描成像檢測技術(shù)確定缺陷尺寸。該技術(shù)可對(duì)探頭進(jìn)行連續(xù)跟蹤定位，能在線實(shí)時(shí)給出缺陷信號(hào)及其三維彩色圖像顯示，并具備A掃描回放功能，因而可對(duì)缺陷進(jìn)行三維定位、定量分析。采用超聲波C掃等檢測技術(shù)，避免了檢測人員的主觀隨意性和工作失誤帶來的誤檢漏檢[6],對(duì)某缺陷采用C掃描精確測量其尺寸，C掃描成像圖如圖8所示。

圖8　某缺陷C掃描成像

由圖8可以看出，超聲波測厚C掃描成像技術(shù)的三維圖像，能夠清晰地構(gòu)建出原油管道內(nèi)壁腐蝕缺陷的形狀及三維方向的精確尺寸，為缺陷的評(píng)價(jià)及修理方案的制定提供可靠依據(jù)。

4　結(jié)語

石油工藝管道因其特殊的結(jié)構(gòu)形式和傳送介質(zhì)，需要采用多種無損檢測技術(shù)對(duì)其進(jìn)行綜合檢測評(píng)價(jià)。通過采用低頻導(dǎo)波遠(yuǎn)距離篩查、高頻導(dǎo)波近距離定位、磁記憶接觸式快速排查、超聲波相控陣測厚和C掃描成像精確定量等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)原油工藝管道快速、高效的檢測。

[1]ROSE J L. A baseline and vision of ultrasonic guided wave inspection potential[J]. Journal of Pressure Vessel Technology, 2002,124(3):273-282.

[2]于保華，楊世錫，甘春標(biāo).一種多層圓管縱向?qū)Рl散特性分析方法研究[J].工程力學(xué)，2013,30(4):373-391.

[3]SECO F.Ultrasonic waves [M]. Rijeka: Intech Open Aceess Pubilsher, 2012.

[4]劉勝,駱蘇軍.基于超聲導(dǎo)波技術(shù)的長輸管道無損檢測[J].無損檢測，2015,37(6):1-3.

[5]蘇建國,龍媛媛，柳言國，等.管壁厚度與缺陷外檢測技術(shù)的現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2009,28(5):56-58.

[6]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測分會(huì).超聲波檢測[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000：45-46,195-203.

The Technology and Method of Inner Corrosion Testing of Crude Oil Process Pipeline

HAN Ye1, XUE Zheng-lin1, CHEN Bo1, WANG Zhi-gang1, LUO Su-jun2

(1.SINOPEC Oil & Gas Pipeline Inspection Co., Ltd., Xuzhou 221008, China;2.Hangzhou Zheda Jingyi Electromechanical Technology Co., Ltd., Hangzhou 310013, China)

Because of the crude oil medium, big diameter, insulating layer and complex constructure, the oil process pipeline couldn’t be inspected rapidly by traditional NDT methods. This article demonstrated the process of experimental Process Pipeline testing in a large oil transport station of SINOPEC and proposed the principle of from distance to contact and from rough screening to exact testing, by using the technologies of Low Frequency Guided Wave, High Frequency Guided Wave, Magnetic Stress, Phased Array, UT C-Scan testing. At last, this article summarized the suitability and limitation of those technologies in Process Pipeline testing.

Crude oil; Process pipeline; Inner corrosion; Detection technology

2015-09-17

韓燁(1976-),男，高級(jí)工程師，主要從事油氣管道、大型儲(chǔ)油罐新建和在役檢驗(yàn)檢測工作。

10.11973/wsjc201603008

TG115.28

A

1000-6656(2016)03-0025-04