上海市燃?xì)庠O(shè)備計(jì)量檢測中心 黃唯一

淺析C掃描等技術(shù)在場站管道檢測中的應(yīng)用

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大眾燃?xì)廨斉渌芾淼亩鄠€調(diào)壓站已投產(chǎn)多年，為保證調(diào)壓站的安全運(yùn)行，使用 C掃描等技術(shù)對調(diào)壓站內(nèi)的管道和裝置進(jìn)行了檢測。文章以漕寶路調(diào)壓站內(nèi)的管道和裝置檢測為例，對檢測的結(jié)果進(jìn)行分析和評估。為建立動態(tài)監(jiān)護(hù)管理模式提供了技術(shù)支持，保證了現(xiàn)有工況條件下，場站管道和裝置的安全運(yùn)行。

調(diào)壓站 管道應(yīng)力計(jì)算 磁記憶 超聲C掃描

0 引言

天然氣門站又稱城市調(diào)壓門站，是天然氣長輸干線或支線的終點(diǎn)站，是城市、工業(yè)區(qū)分配管網(wǎng)的氣源站，在該站內(nèi)接收長輸管線輸送來的燃?xì)饨?jīng)過過濾、調(diào)壓、計(jì)量后送入城市或工業(yè)區(qū)的管網(wǎng)。天然氣門站的安全平穩(wěn)運(yùn)行不僅關(guān)系到城市、工業(yè)區(qū)的用氣安全，而且關(guān)系到用氣城市的社會經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定。因此，加強(qiáng)天然氣門站的安全管理，保證門站的連續(xù)安全平穩(wěn)供氣，是輸配管理工作的重中之重。

1 目前現(xiàn)狀

大眾燃?xì)廨斉渌芾淼亩鄠€調(diào)壓站，在日常維護(hù)保養(yǎng)過程中，從旋風(fēng)過濾器和桶形過濾器清理出的雜質(zhì)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)主要雜質(zhì)為黑色粉末狀雜質(zhì)，經(jīng)磁鐵鑒定為具有鐵磁性物質(zhì)，且雜質(zhì)的產(chǎn)生量是隨著調(diào)壓站的流量增大而增大，又因?yàn)檎{(diào)壓站已投產(chǎn)多年，所以初步判定這些雜質(zhì)是由管道內(nèi)部氣流沖蝕造成新生金屬損失缺陷所產(chǎn)出的。

管道內(nèi)部金屬損失缺陷會造成管道穿孔、斷裂等失效。這將對燃?xì)獾陌踩斔蛶順O大危害。對調(diào)壓站管道按周期進(jìn)行檢測與評估是輸配安全生產(chǎn)的重要手段。通過周期性檢測能及早發(fā)現(xiàn)調(diào)壓站管道內(nèi)部缺陷位置和程度，通過對缺陷管道的評估能有效阻止失效事故的發(fā)生，及時進(jìn)行修理、修復(fù)，延長管道及設(shè)備的生命周期，防范于未然是燃?xì)庑袠I(yè)管理，特別是輸配管理的努力方向。

因此對調(diào)壓站管道按周期進(jìn)行檢測與評估納入日常管理規(guī)范，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)燃?xì)馄髽I(yè)以“壞了修”模式轉(zhuǎn)換為動態(tài)監(jiān)護(hù)管理模式，通過提高監(jiān)護(hù)與修復(fù)的效率從而有效降低企業(yè)管理成本，將是提高輸配基礎(chǔ)管理水平的必由之路。

2 應(yīng)用方法

(1)管系應(yīng)力計(jì)算：在工業(yè)管道的檢驗(yàn)過程中，采用商業(yè)化管系應(yīng)力計(jì)算分析軟件，對管道系統(tǒng)的整體應(yīng)力狀況進(jìn)行分析，確定出應(yīng)力載荷較大的危險點(diǎn)，有助于檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂等缺陷，保障不停輸全面檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。

(2)磁記憶檢測：記錄和分析處于地磁場中的鐵磁構(gòu)件和設(shè)備的缺陷或應(yīng)力集中部位表面的自有漏磁場的分布情況。它不僅能夠適用于鐵磁性構(gòu)件缺陷(裂紋、氣孔、夾雜、未熔合等)的檢測，還能對應(yīng)力集中，早期失效等進(jìn)行快速，準(zhǔn)確的診斷。

(3)超聲C掃描檢測：通過超聲C掃描對場站管道進(jìn)行檢測，確定缺陷的大小、方向和形狀。

3 方法簡介

3.1 管系應(yīng)力計(jì)算

管道強(qiáng)度破壞主要由一次應(yīng)力(也稱持續(xù)應(yīng)力)引起的斷裂破壞和二次應(yīng)力引起的疲勞斷裂破壞。

一次應(yīng)力：由機(jī)械外載荷引起的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力，它必須滿足外部和內(nèi)部的力和力矩的平衡法則。

一次應(yīng)力特征：一次應(yīng)力是非自限性，它始終隨所加載荷的增加而增加，超過材料的屈服極限或持久強(qiáng)度時，將使管道發(fā)生塑性破壞或總體變形，因此在管系的應(yīng)力分析中，首先應(yīng)使一次應(yīng)力滿足許用應(yīng)力值。

二次應(yīng)力：由于變形受到約束所產(chǎn)生的正應(yīng)力或剪應(yīng)力，它本身不直接與外力相平衡。

二次應(yīng)力特征：

(1)管道內(nèi)二次應(yīng)力通常是由位移載荷引起的(如熱膨脹、附加位移，安裝誤差，振動載荷)。

(2)二次應(yīng)力是自限性的，當(dāng)局部屈服和產(chǎn)生少量塑性變形時，通過變形協(xié)調(diào)就能使應(yīng)力降低下來。

(3)二次應(yīng)力是周期性的（除去安裝引起的二次應(yīng)力）。

(4)二次應(yīng)力的許用極限是基于周期性和疲勞斷裂模式，不取決于一個時期的應(yīng)力水平，而是取決于交變的應(yīng)力范圍和交變的循環(huán)次數(shù)。峰值應(yīng)力，局部應(yīng)力集中或局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力等所引起的較大的應(yīng)力。

在工業(yè)管道的檢驗(yàn)過程中，采用商業(yè)化管系應(yīng)力計(jì)算分析軟件，對管道系統(tǒng)的整體應(yīng)力狀況進(jìn)行分析，確定出應(yīng)力載荷較大的危險點(diǎn)，有助于檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂等缺陷，保障不停輸全面檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 磁記憶檢測

磁記憶檢測技術(shù)實(shí)際上是一種漏磁檢測技術(shù)，和其他磁方法不同的是，檢測時不需要外加磁場，整個過程都在地磁場中進(jìn)行。在地磁場作用下，磁力線通過缺陷部位或應(yīng)力集中區(qū)時，會在表面形成一定的漏磁場。利用高靈敏度的磁敏探頭，磁記憶檢測儀可以測取到構(gòu)件表面漏磁場法向分量的分布值，據(jù)此可以判斷構(gòu)件的缺陷或應(yīng)力集中狀態(tài)。

根據(jù)應(yīng)力值較高管段焊縫布置磁記憶檢測點(diǎn)，實(shí)施磁記憶檢測。注：磁記憶檢測不僅能有效發(fā)現(xiàn)材料中的不連續(xù)(如裂紋等面性缺陷)，而且能對應(yīng)力集中情況進(jìn)行檢測。磁記憶檢測原理和儀器見圖1、圖2。

圖1 磁記憶檢測工作原理

圖2 磁記憶檢測儀器

3.3 超聲C掃描檢測

通過信號數(shù)字輸入計(jì)算機(jī),在區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，把每個點(diǎn)在顯示器上顯示為一個象素。由此產(chǎn)生一套數(shù)據(jù)陣列，再由計(jì)算機(jī)通過軟件自動完成對每一種顏色和顯示的百分比面積的象素計(jì)數(shù)。對顯示出來的掃描圖像都可以作出相應(yīng)的解釋,對缺陷進(jìn)行評定。

為確定場站內(nèi)管道是否發(fā)生沖刷，對場站內(nèi)所有易發(fā)生沖刷的彎管及三通位置實(shí)施超聲C掃描檢測，原理見圖3。

圖3 超聲C掃描檢測原理

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

4.1.1 一次應(yīng)力(持續(xù)應(yīng)力)計(jì)算結(jié)果

經(jīng)CAESAR II計(jì)算，得出一次應(yīng)力區(qū)域，見圖4。

圖4 一次應(yīng)力(持續(xù)應(yīng)力)計(jì)算結(jié)果

4.1.2 二次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

經(jīng)CAESAR II計(jì)算，得出二次應(yīng)力區(qū)域，見圖5。

圖5 二次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

4.2.1 磁記憶檢測范圍和結(jié)果

根據(jù)管系應(yīng)力分析結(jié)果，四個集管箱是此次磁記憶檢測的重點(diǎn)區(qū)域。另外，一些管件多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的管段，可能存在一些小的局部應(yīng)力集中，這是管系應(yīng)力分析軟件數(shù)值分析的盲區(qū)，因此實(shí)際檢測時，應(yīng)擴(kuò)大對此類區(qū)域焊縫的檢測。

此次檢測共實(shí)施了36個磁記憶檢測點(diǎn)。

磁記憶檢測中，I級、II級特征信號說明應(yīng)力集中較輕微，可實(shí)施其他方法抽查，III級較嚴(yán)重，IV級最嚴(yán)重，應(yīng)利用其他方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。因此，根據(jù)本次檢測結(jié)果，應(yīng)對III級特征信號點(diǎn)18#進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，5個II級特征點(diǎn)，可按現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)施抽查，檢測點(diǎn)分布詳見圖6。

檢測結(jié)果顯示，36個點(diǎn)中，共10個點(diǎn)發(fā)現(xiàn)特征信號，1個為III級特征信號，5個為II級特征信號，4個為I級特征信號，其余均無特征信號，磁記憶檢測結(jié)果見表1。

圖6 磁記憶檢測點(diǎn)分布

表1 管道對接焊縫磁記憶檢測報告

4.3 超聲C掃描檢測范圍和結(jié)果

根據(jù)了解，場站內(nèi)兩條旁通管的使用頻率較低，由于所有管道均使用相同的材質(zhì)，因此，兩條旁通管的沖刷腐蝕量顯然會大大低于其他常用管線。為了控制檢測成本，本次超聲C掃描首先對兩處旁通管以外的三通及彎頭實(shí)施檢測，若發(fā)現(xiàn)沖刷腐蝕跡象則將范圍擴(kuò)大至旁通管，若未發(fā)現(xiàn)沖刷腐蝕則無需再對旁通管實(shí)施檢測。

此次超聲C掃描檢測共布置37個點(diǎn)，覆蓋了除旁通管外，所有的存在氣流沖刷現(xiàn)象的彎頭和三通，檢測點(diǎn)分布詳見圖7。

圖7 超聲C掃描檢測點(diǎn)分布

其中，彎管所使用的是手動C掃描檢測，三通直管所使用的是自動C掃描檢測。這其中28#點(diǎn)是在 3#點(diǎn)可疑減薄區(qū)域除漆后的復(fù)驗(yàn)結(jié)果，29#點(diǎn)為19#點(diǎn)存在可疑減薄區(qū)域除漆后的復(fù)驗(yàn)結(jié)果。

檢測結(jié)果顯示：

(1)1#、2#、4#~18#、20#~27#點(diǎn)壁厚測值正常，未發(fā)現(xiàn)沖刷腐蝕減薄情況。

(2)3#、19#點(diǎn)發(fā)現(xiàn)可疑減薄區(qū)域，隨后進(jìn)行除漆后的復(fù)測，對應(yīng)的28#、29#點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)減薄情況，說明3#，19#點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的可疑區(qū)域?yàn)楣艿辣砻嬗推岵痪鶆蛟斐伞?3)30#~37#點(diǎn)測值與提供的原始壁厚值差距較大，其中 30#~34#點(diǎn)提供的原始壁厚為 12 mm，35#~37#原始壁厚為10 mm，它們各屬于同一集管箱，因此可能存在原始壁厚有誤的情況，但也不排除是管道出現(xiàn)均勻腐蝕的情況，因此，在管道原始資料

不準(zhǔn)確的情況下，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測此兩區(qū)域管壁厚度。(4)22#檢測點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)一個凹坑，面積約為70×50 mm深度約10 mm。經(jīng)超聲波壁厚測量，測值為12.15~12.53，屬于正常范圍，但該處凹坑為彎管內(nèi)部的突起物，極易受到?jīng)_刷，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，管道超聲C掃描檢測結(jié)果詳見表2、表3。

表2 管道超聲C掃描檢測報告

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

(1)管系應(yīng)力計(jì)算+磁記憶檢測+超聲 C掃描檢測技術(shù)是一種新型的檢測工具，可以對調(diào)壓站內(nèi)輸送管道、各類裝置的缺陷實(shí)施精細(xì)檢測，同時，也可以對難以接近的管段進(jìn)行檢測及評估。

(2)本檢測項(xiàng)目的實(shí)施，建全了調(diào)壓站管線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檔案資料，為建立動態(tài)監(jiān)護(hù)管理模式、提高監(jiān)護(hù)與修復(fù)的效率、降低企業(yè)管理成本提供了技術(shù)支持。

(3)按本檢測項(xiàng)目的技術(shù)路線實(shí)施的相關(guān)檢測，未發(fā)現(xiàn)管線有明顯沖刷腐蝕與局部減薄區(qū)域，在現(xiàn)有的工況條件下，可安全運(yùn)行。

表3 管道超聲C掃描檢測報告

5.2 建議

(1)對檢測值與提供的原始壁厚值差距較大的管道，進(jìn)行周期性跟蹤檢測。

(2)對磁記憶檢測，發(fā)現(xiàn)的II、III級信號點(diǎn)處的對接接頭進(jìn)行周期性的跟蹤檢測，如發(fā)現(xiàn)新生缺陷，應(yīng)及時處理；

(3)本次項(xiàng)目中所實(shí)施的檢測項(xiàng)目，也應(yīng)定期實(shí)施。

(4)由于大眾燃?xì)庥邢薰酒渌髡{(diào)壓站工作狀況不同，也應(yīng)實(shí)施本項(xiàng)目，以建全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檔案資料，保證安全、有效可行。

Analysis of the Application of C Scanning Technology in Gas Station Pipeline Testing

Shanghai Municipal Gas Devices Measurement Test Center Huang Weiyi

In this paper, C Scanningtechnologyis used in the pipelines and devices testing in CaoBao Road regulator station. Results are analyzed and evaluated to provide technical support for the establishment of dynamic monitoring and management mode, andto ensure the safe operation of piping and equipment in the station.

regulator station, pipeline stress calculation, magnetic memory, ultrasonic C Scanning