葉 光 霍曉彤 朱楊可

（1.中國(guó)石油北京天然氣管道有限公司；2.北京派普蘭管道科技有限公司）

2003 年，高鋼級(jí)（X70 鋼級(jí)）管道首次在中國(guó)建設(shè)使用后， 發(fā)生了幾起因環(huán)焊縫失效而引發(fā)的管道泄漏事故［1］。 這些事故和隱患引起了管道運(yùn)營(yíng)商的高度重視。 目前，各大石油公司對(duì)高鋼級(jí)管道的環(huán)焊縫質(zhì)量排查作業(yè)正大面積開展，排查“黑口”、“碰頭口”等安全性的主要方式是對(duì)一定區(qū)域范圍內(nèi)的管段進(jìn)行每個(gè)環(huán)焊縫的逐個(gè)開挖和射線復(fù)查。 筆者就環(huán)焊縫射線檢測(cè)復(fù)查信號(hào)和管道漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究。

1 漏磁內(nèi)檢測(cè)器對(duì)環(huán)焊縫異常的識(shí)別

1.1 當(dāng)前漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)識(shí)別能力

漏磁內(nèi)檢測(cè)器的工作原理是通過(guò)檢測(cè)器自身的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)管道管壁進(jìn)行飽和磁化后，檢測(cè)器探頭探測(cè)到管壁的磁化信號(hào)。 在管壁上出現(xiàn)的類似“指紋”的特性信號(hào)（圖1），進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以相應(yīng)判定信號(hào)特征是否正常。 管道特征信號(hào)包括了彎頭、閥門、焊縫及支管等。 管道異常信號(hào)有：金屬損失、制造缺陷、凹陷、環(huán)焊縫異常及外部金屬物等［2］。

圖1 漏磁內(nèi)檢測(cè)信號(hào)截圖

在各類異常信號(hào)中，漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)得到管道上環(huán)焊縫異常的具體位置信息，即與地面參考點(diǎn)間的距離、在管道環(huán)向的時(shí)鐘方位及環(huán)向?qū)挾鹊取?但是在以往的環(huán)焊縫異常現(xiàn)場(chǎng)射線復(fù)查中，這些只是報(bào)告為環(huán)焊縫異常（信號(hào)值超過(guò)環(huán)焊縫異常的報(bào)告閾值）， 往往不是需要關(guān)注的高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)焊縫點(diǎn)（射線拍片為3 級(jí)和4 級(jí)的不合格焊縫）。

1.2 行業(yè)內(nèi)先進(jìn)的識(shí)別能力

自2015 年起， 油氣管道環(huán)焊縫異常的檢測(cè)就已得到從業(yè)人員的關(guān)注和研究［2］。 并在2017年，由王富祥等科研人員展示了在三軸漏磁檢測(cè)信號(hào)在環(huán)焊縫異常識(shí)別的運(yùn)用，達(dá)到了識(shí)別率很好的驗(yàn)證效果［3～8］。筆者計(jì)劃以大量的環(huán)焊縫復(fù)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立分析方法并進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，最終確定分析方法的可行性。

2 環(huán)焊縫射線檢測(cè)分類統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)漏磁內(nèi)檢測(cè)管段與原施工復(fù)查中177個(gè)環(huán)焊縫資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 射線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)咬邊、條缺和根部未熔合的2 級(jí)和4 級(jí)環(huán)焊縫（圖2）。

圖2 環(huán)焊縫射線底片截圖

對(duì)原施工復(fù)查的管道進(jìn)行整個(gè)開挖復(fù)查和 射線檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果列于表1。

表1 開挖復(fù)查和射線檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

3 射線與漏磁結(jié)果顯著性分析

將射線評(píng)定為1 級(jí)和2 級(jí)的焊口與漏磁內(nèi)檢測(cè)信號(hào)評(píng)定為非顯著環(huán)焊縫特征進(jìn)行比對(duì)，再將射線評(píng)定為3 級(jí)和4 級(jí)的焊口與漏磁內(nèi)檢測(cè)信號(hào)評(píng)定為顯著環(huán)焊縫異常特征進(jìn)行比對(duì)。

根據(jù)射線評(píng)定等級(jí)與漏磁內(nèi)檢測(cè)環(huán)焊縫異常信號(hào)對(duì)比結(jié)果，建立真值矩陣，由4 塊結(jié)果值組成（圖3）。

圖3 真值矩陣

4 分析方法的建立

按照漏磁內(nèi)檢測(cè)信號(hào)環(huán)焊縫異常信號(hào)特征與關(guān)聯(lián)性，分步驟分析漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)，形成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別分析方法。

分析方法分為3 個(gè)步驟：

a. 分析環(huán)焊縫信號(hào)是否存在異常，是否有類裂紋信號(hào)；

b. 分析環(huán)焊縫相關(guān)聯(lián)的其他風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)值；

c. 分析環(huán)焊縫異常的量化尺寸（長(zhǎng)、寬和深度）。

按照上述步驟，識(shí)別漏磁內(nèi)檢測(cè)環(huán)焊縫異常風(fēng)險(xiǎn)因素（表2），并評(píng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)總值（每符合一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素，加上對(duì)應(yīng)項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)值，并進(jìn)行累計(jì)）。

表2 環(huán)焊縫識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)值

5 分析方法的驗(yàn)證

按照上述分析方法，在某管段（X70 鋼管，口徑1 016 mm，長(zhǎng)度122.9 km）分析出6 處環(huán)焊縫異常點(diǎn)（a～f），并對(duì)這6 處環(huán)焊縫異常點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)射線復(fù)查驗(yàn)證。 指定的環(huán)焊縫異常開挖點(diǎn)，在射線復(fù)查結(jié)果中均顯示3 級(jí)和4 級(jí)， 且為不合格。

驗(yàn)證漏磁內(nèi)檢測(cè)信號(hào)與射線缺陷處底片截圖按照編號(hào)一一對(duì)應(yīng)的對(duì)比圖如圖4 所示，復(fù)查驗(yàn)證結(jié)果信息列于表3。

表3 環(huán)焊縫異常風(fēng)險(xiǎn)值與射線復(fù)檢結(jié)果

圖4 漏磁內(nèi)檢測(cè)環(huán)焊縫處異常信號(hào)彩圖與射線檢測(cè)缺陷處底片

6 結(jié)論

6.1 利用177 個(gè)環(huán)焊縫現(xiàn)場(chǎng)射線復(fù)查結(jié)果，總結(jié)分析射線檢測(cè)結(jié)果為3 級(jí)和4 級(jí)的環(huán)焊縫與漏磁內(nèi)檢測(cè)信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)性。 建立了基于風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)值的評(píng)價(jià)分析方法。

6.2 6 處驗(yàn)證點(diǎn)位中，6 個(gè)環(huán)焊縫為3 級(jí)和4 級(jí)的射線檢測(cè)結(jié)果，達(dá)到100%的合格率。 驗(yàn)證初步顯示了風(fēng)險(xiǎn)分析方法分析出高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)焊縫的有效性。 為管道運(yùn)營(yíng)商提供了一套針對(duì)性較強(qiáng)的環(huán)焊縫復(fù)查方法，節(jié)約了復(fù)查驗(yàn)證成本。

6.3 需要驗(yàn)證數(shù)據(jù)擴(kuò)大，進(jìn)一步驗(yàn)證環(huán)焊縫異常風(fēng)險(xiǎn)分析法。 該方法有望在管道漏磁內(nèi)檢測(cè)環(huán)焊縫異常信號(hào)的識(shí)別、分析和利用上成為一種新方法。