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(安徽省特種設(shè)備檢測院, 合肥 230041)

儲氣井作為CNG(壓縮天然氣)汽車加氣站的儲氣設(shè)備，目前全國在用數(shù)量約1萬口，且大多建于人口較密集的城市，一旦發(fā)生安全事故，將會造成嚴重的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響。一般,CNG地下儲氣井埋地總深度為50～200 m，外徑為177.8 mm或244.48 mm,正是由于其具有埋地深度大和直徑小的特征，對其缺陷實施檢測的難度較大。

儲氣井系統(tǒng)的主要失效模式包括：井口泄漏、井筒泄漏、井筒竄動與井筒爆裂等[1]。井筒泄漏和井筒爆裂主要是由于儲氣井在長期使用過程中產(chǎn)生了腐蝕減薄、井壁裂紋或絲扣松動，且無有效補救措施而造成的。為了保障儲氣井安全運行，除了要嚴格控制儲氣井建造質(zhì)量外，通過定期檢驗判斷儲氣井井筒的腐蝕程度、線性缺陷情況就顯得尤為重要。

1 儲氣井檢測綜合試驗平臺

1.1 目前儲氣井檢測工作存在的問題

我國自2009年開展儲氣井檢驗檢測工作以來，前后多家機構(gòu)投入到該項研究工作中，但檢測技術(shù)仍沒有突破性進展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：① 對井筒的探傷僅局限于壁厚檢測，且沒有可靠的手段對檢測設(shè)備進行校準，檢測設(shè)備對局部腐蝕坑的檢測靈敏度也缺少試驗數(shù)據(jù)驗證；② 對井筒橫向線性缺陷的檢測手段已經(jīng)具備，但對檢測結(jié)果無法評定，欠缺對此類缺陷的評定與評價依據(jù)；③ 尚未研究出井筒縱向線性缺陷的檢測方法和檢測設(shè)備。

1.2 研發(fā)試驗平臺的目的

文獻檢索表明，目前沒有關(guān)于儲氣井檢測試驗平臺的相關(guān)研究報道。筆者通過加工人工模擬缺陷的方式，搭建試驗平臺，有以下幾個目的：① 調(diào)試與校準檢測儀器精度，理論與檢測實踐相結(jié)合，分析影響缺陷識別能力的因素；② 通過大量試驗掃查，歸納典型缺陷超聲成像(顯示)特征，為檢測結(jié)果的判定提供試驗依據(jù)；③ 研究儲氣井井筒縱向線性缺陷的檢測方法，并開發(fā)相應(yīng)的檢測設(shè)備；④ 探索新的檢測方法或分析手段，提升儲氣井檢測技術(shù)能力。

1.3 試驗平臺結(jié)構(gòu)

設(shè)計試驗平臺時，充分考慮在用儲氣井的現(xiàn)場檢驗條件和失效模式，是研究成果能夠得到快速轉(zhuǎn)化與推廣的前提條件。圖1為試驗平臺結(jié)構(gòu)示意。操作臺上放置試驗系統(tǒng)的控制與信號接收、處理設(shè)備，檢測器采集到的信號通過鎧裝電纜傳送到操作臺。卷揚機作為驅(qū)動設(shè)備，通過與排線器、滑輪與電動葫蘆一起配合而控制檢測器的行程和位置。以水槽作為試驗時盛裝超聲耦合劑水的容器，其底部采用304不銹鋼加增強筋制作，四周框架用鋼化玻璃制造以便于試驗觀察。考慮到內(nèi)表面人工缺陷的加工難度，儲氣井樣管選擇1.4 m長的材料分別為P110與N80的套管制作，在樣管內(nèi)、外表面不同深度處加工平底孔、橫向刻槽、縱向刻槽等人工缺陷，并在樣管外表面作相應(yīng)標注。有關(guān)樣管規(guī)格數(shù)量和人工缺陷的規(guī)格、布置及設(shè)計原因，筆者在此不作詳述。

圖1 試驗平臺結(jié)構(gòu)示意

采用256與64通道兩組矩陣式探頭為核心的檢測器(見圖2)進行試驗。256通道檢測器用于對套管腐蝕型缺陷與縱向線性缺陷進行掃查；64通道檢測器用于對套管橫向線性缺陷進行掃查；兩組檢測器上均設(shè)計上、下兩組扶正器作為設(shè)備的居中裝置。有關(guān)檢測器上檢測探頭的分布及檢測原理，筆者在此不再作詳細闡述。

圖2 檢測器外觀示意

2 試驗方法

超聲波探頭位于檢測器的最下端，試驗前，樣管應(yīng)置于水槽中，向水槽中注水至水面與樣管上端面平齊。試驗時，盡量調(diào)整樣管與檢測器，使之處于同軸位置，卷揚機與電動葫蘆帶動檢測器以一定速度在樣管內(nèi)作升降運動，使探頭對樣管壁進行掃查，檢測器上安裝的扶正器能使其在樣管內(nèi)保持平衡居中。聲波和圖像信號通過鎧裝電纜傳送到操作臺上的信號接收與處理設(shè)備，再通過專用軟件對信號進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與研究分析。

試驗人員分別對樣管內(nèi)、外表面的各人工缺陷開展多組、多次對比試驗，通過實時觀察，記錄、分析聲波和圖像信號的特征，并結(jié)合人工缺陷和探頭所處的實際位置，判斷探頭對缺陷的識別能力及總結(jié)典型缺陷超聲成像(顯示)特征，進而制作相關(guān)譜圖。

3 結(jié)語

針對儲氣井檢驗檢測工作中存在的問題，提出了搭建儲氣井檢測綜合試驗平臺的方法。利用該平臺，對樣管的腐蝕型缺陷、橫向線性缺陷及縱向線性缺陷進行超聲波掃查，歸納典型缺陷超聲成像(顯示)特征，為儲氣井地下井筒各類缺陷的定性和定量檢測提供參考。