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        非接觸金屬磁記憶檢測(cè)在長(zhǎng)輸油氣管道上的應(yīng)用

        2021-11-29 02:15:56高倩鈺張曉虎古家興劉媛媛
        全面腐蝕控制 2021年10期
        關(guān)鍵詞:記憶檢測(cè)

        曹 航 高倩鈺 王 真 張曉虎 古家興 劉媛媛

        (中冶建筑研究總院有限公司-中冶檢測(cè)認(rèn)證有限公司,北京 100088)

        0 引言

        隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源需求日益增加,我國(guó)的油氣管線里程數(shù)也在逐年遞增。許多長(zhǎng)輸埋地的油氣管道因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特征或受敷設(shè)條件復(fù)雜限制,對(duì)管道實(shí)施內(nèi)檢測(cè)不太現(xiàn)實(shí),缺少一種可以經(jīng)濟(jì)有效的檢測(cè)手段來(lái)判斷管道的應(yīng)力集中位置和應(yīng)力集中程度[1]。按照GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》的要求,采取現(xiàn)場(chǎng)使用檢測(cè)或試驗(yàn)等技術(shù)方式來(lái)進(jìn)行管道安全性檢測(cè),這是油氣輸送管道完整性評(píng)估的重要依據(jù)[2]。目前我國(guó)管道外檢測(cè)方法比較多,大多是針對(duì)管線的涂層、防腐層完整性、陰極保護(hù)有效性等因素進(jìn)行的檢測(cè)和評(píng)價(jià)[3],無(wú)法對(duì)管道缺陷進(jìn)行定量檢測(cè)和評(píng)估,通常需要結(jié)合開(kāi)挖檢測(cè),不具備普遍意義。

        “金屬磁記憶”的概念是俄羅斯學(xué)者杜波夫于1994年第一次提出的[4],在此之前的技術(shù)文獻(xiàn)里都未曾出現(xiàn)過(guò),該技術(shù)可以對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力集中檢測(cè),對(duì)于長(zhǎng)輸管道而言就是可用此技術(shù)對(duì)以現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)無(wú)法進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)的管道進(jìn)行檢測(cè),管體缺陷處往往伴隨應(yīng)力集中產(chǎn)生,從而導(dǎo)致缺陷處磁場(chǎng)的改變[5],因此可以用金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)力集中檢測(cè),診斷油氣管道的安全性,對(duì)管道運(yùn)維,企業(yè)穩(wěn)定經(jīng)營(yíng)有著重要意義[6]。

        非接觸金屬磁記憶檢測(cè)是一種無(wú)損外檢測(cè)方法,基本原理是利用金屬磁記憶效應(yīng)來(lái)檢測(cè)部件應(yīng)力集中部位,采集數(shù)據(jù)并開(kāi)挖驗(yàn)證即可完成,并可得出較為豐富的缺陷數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果,達(dá)到部分漏磁檢測(cè)效果。各種檢測(cè)技術(shù)對(duì)比如表1所示。

        表1 各種管道檢測(cè)技術(shù)功能及需求對(duì)比

        1 金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)介紹

        1.1 檢測(cè)原理

        金屬磁記憶檢測(cè)工作的基本原理是記錄和分析產(chǎn)生在制件和設(shè)備應(yīng)力集中區(qū)中的自有漏磁場(chǎng)的分布情況[7,8]。該檢測(cè)方法基于逆磁致伸縮效應(yīng)(也被稱為維拉里效應(yīng)),逆磁致伸縮效應(yīng)是指金屬材料在受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)磁化(或磁化率)的產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。

        自有漏磁場(chǎng)反映著磁化強(qiáng)度朝著工作載荷主應(yīng)力作用方向上的不可逆變化,以及零件和焊縫在其制造和于地球磁場(chǎng)中冷卻后,其金屬組織和制造工藝的遺傳性。金屬磁記憶方法在檢測(cè)中,使用的是天然磁化強(qiáng)度和制件及設(shè)備金屬中對(duì)實(shí)際變形和金屬組織變化的以金屬磁記憶形式表現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果[9]。

        運(yùn)用應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀對(duì)管道周?chē)艌?chǎng)異常進(jìn)

        ⑤檢測(cè)對(duì)象不應(yīng)是人工磁化的金屬,且靠近檢測(cè)對(duì)象(1米以內(nèi))不應(yīng)有外部磁場(chǎng)源和電焊場(chǎng)源。

        (2)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn):

        ①GB/T 26641-2011《無(wú)損檢測(cè) 磁記憶檢測(cè) 總則》;

        ②ISO 24497-1:2020(E)《無(wú)損檢測(cè)-金屬磁記憶》[14];

        ③GB/T 35090-2018《無(wú)損檢測(cè) 管道弱磁檢測(cè)方法》[15];

        ④俄羅斯動(dòng)力診斷公司《采用金屬磁記憶方法非接觸式檢測(cè)石油天然氣主干管道及其分支的規(guī)程》;

        ⑤Д102,俄羅斯聯(lián)邦礦工業(yè)委員會(huì)《運(yùn)用非接觸式磁檢測(cè)方法進(jìn)行管道技術(shù)狀況診斷指南》[16,17]。

        2 檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

        2.1 現(xiàn)場(chǎng)概況

        本次檢測(cè)的埋地管道為某輸油管道,總長(zhǎng)為83.7km,設(shè)計(jì)壓力6.3~6.4MPa,管道規(guī)格D159×5mm和D219×6.4mm兩種,均為20號(hào)無(wú)縫鋼管,管道平均埋深為1.89m。為了更準(zhǔn)確地掌握管道的現(xiàn)狀,采用了非接觸式金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)對(duì)該管線的埋地管道進(jìn)行了有效的檢測(cè),評(píng)估管道金屬本體受力情況及是否存在缺陷和應(yīng)力集中區(qū)域。

        輸油埋地管道在實(shí)際工程應(yīng)用中不可避免地會(huì)受到應(yīng)力集中的威脅。由于管道中腐蝕和微觀缺陷會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中的產(chǎn)生,因此實(shí)施磁記憶非接觸式檢測(cè)不僅可以檢出腐蝕等缺陷,還可以對(duì)管道危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行早期預(yù)警[18]。定期監(jiān)測(cè)埋地長(zhǎng)輸油氣管道磁場(chǎng)的變化,可識(shí)別出高風(fēng)險(xiǎn)的管段區(qū)域;該技術(shù)可對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道防腐層外檢測(cè)和管道內(nèi)檢測(cè)手段做進(jìn)一步的補(bǔ)充,特別是對(duì)不能進(jìn)行常規(guī)內(nèi)檢測(cè)的埋地管道和一些特殊管段是一種很有價(jià)值的檢測(cè)手段[19]。

        2.2 檢測(cè)過(guò)程及損傷等級(jí)評(píng)估

        圖3為非接觸式金屬磁記憶檢測(cè)及分析流程圖,金屬磁記憶技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)主要分為4個(gè)部分:

        圖3 非接觸式金屬磁記憶檢測(cè)及分析流程圖

        (1)首先使用PCM等管道定位儀器對(duì)待檢管道路由進(jìn)行定位以及埋深的測(cè)量;

        (2)檢測(cè)人員使用TSC-7M-16應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀沿著管道路由進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集,出現(xiàn)磁場(chǎng)異常時(shí)標(biāo)記位置[10];

        (3)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析之后,明確開(kāi)挖校正的數(shù)量及開(kāi)挖的校驗(yàn)點(diǎn)的位置;

        (4)進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證,根據(jù)開(kāi)挖結(jié)果對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的定量分析,出具檢測(cè)報(bào)告[14]。

        對(duì)于含有損傷的管段,根據(jù)磁異常綜合指數(shù)F確定損傷管段的應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),F(xiàn)值按下式計(jì)算[15]:

        式中:A為修正系數(shù);

        G為損傷程度的度量值。

        參考GB/T 35090-2018《無(wú)損檢測(cè) 管道弱磁檢測(cè)方法》,結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),管道應(yīng)力損傷等級(jí)分為3個(gè)等級(jí),如表3所示:Ⅰ級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn),Ⅱ級(jí)為中等風(fēng)險(xiǎn),Ⅲ級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn),磁異常綜合指數(shù)F值范圍與相應(yīng)的管道應(yīng)力損傷等級(jí)見(jiàn)表3管道應(yīng)力損傷等級(jí)劃分表3[1]、[15]。

        表3 管道應(yīng)力損傷等級(jí)劃分

        2.3 檢測(cè)結(jié)果

        現(xiàn)場(chǎng)使用PCM和ACVG共檢測(cè)出防腐層破損點(diǎn)44處。使用TSC-7M-16應(yīng)力集中磁檢測(cè)儀對(duì)83.7km輸油管道進(jìn)行檢測(cè),共識(shí)別出150處應(yīng)力集中區(qū)域。其中有5個(gè)Ⅰ級(jí)應(yīng)力異常點(diǎn),15個(gè)Ⅱ級(jí)應(yīng)力異常點(diǎn),130個(gè)Ⅲ級(jí)應(yīng)力異常點(diǎn),管道整體狀況比較好,對(duì)Ⅰ級(jí)應(yīng)力異常點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證。

        管道途徑區(qū)域大部分為農(nóng)田位置,另有部分管道穿越樹(shù)林、果林、雜草叢等儀器無(wú)法測(cè)量路段,另外管道通過(guò)增加套管的方式穿越公路、溝渠、河道等。所測(cè)得的應(yīng)力集中區(qū)域已根據(jù)實(shí)際情況排查確認(rèn)外部的影響因素,如地下交叉管道、三通、套管、地下金屬裝置等。

        2.4 開(kāi)挖驗(yàn)證

        (1)1#異常點(diǎn)開(kāi)挖

        在1#磁應(yīng)力異常位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后,發(fā)現(xiàn)該位置為盜油閥。管道原始壁厚5.5mm,采用超聲波測(cè)厚最小壁厚值5.44mm。圖4和圖5分別為1#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線和開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)圖;

        圖4 1#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線

        圖5 1#開(kāi)挖點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖

        (2)2#異常點(diǎn)開(kāi)挖

        在2#磁應(yīng)力異常位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后,發(fā)現(xiàn)有4處機(jī)械劃痕,最深處3mm。管道原始壁厚5.5mm,超聲波測(cè)厚最小壁厚值5.15mm。該點(diǎn)有4處機(jī)械劃痕,劃痕最深處為3mm,劃痕總長(zhǎng)度280mm,寬度200mm。圖6和圖7分別為2#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線和開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)圖;

        圖6 2#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線

        圖7 2#開(kāi)挖點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖

        (3)3#異常點(diǎn)開(kāi)挖

        在3#磁應(yīng)力異常位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后,發(fā)現(xiàn)管體變形。管道原始壁厚5.5mm,超聲波測(cè)厚最小壁厚值5.03mm。該點(diǎn)管體變形,表面有腐蝕坑,有黑褐色腐蝕產(chǎn)物。管體變形長(zhǎng)度12cm,寬度8cm,深度1.3cm,凹陷深度占管道直徑的8.18%。圖8和圖9分別為3#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線和開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)圖;

        圖8 3#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線

        圖9 3#開(kāi)挖點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖

        (4)4#異常點(diǎn)開(kāi)挖

        在4#磁應(yīng)力異常位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后,發(fā)現(xiàn)管道出露位置,打開(kāi)防腐層后發(fā)現(xiàn)管體有1個(gè)長(zhǎng)550mm,寬130mm,最大深度為10mm,的管體變形。管體有黑褐色腐蝕產(chǎn)物。管道原始壁厚6.4mm,超聲波測(cè)厚最小值為6.37mm。圖10和圖11分別為4#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線和開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)圖。

        圖10 4#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線

        圖11 4#開(kāi)挖點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖

        (5)5#異常點(diǎn)開(kāi)挖

        在5#磁應(yīng)力異常位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后,發(fā)現(xiàn)有兩處劃痕長(zhǎng)大小分別為19×1cm、6×1cm,深度均為1mm。管體外腐蝕有三處,大小分別為25×8cm、20×2cm、24.5×22cm。管道原始壁厚6.4mm,設(shè)計(jì)壓力6.4Mpa,超聲波測(cè)厚最小值為6.18mm。圖12和圖13分別為5#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線和開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)圖。

        圖12 5#開(kāi)挖點(diǎn)非接觸式磁記憶檢測(cè)曲線

        圖13 5#開(kāi)挖點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖(防腐層破損、管體劃痕)

        3 結(jié)語(yǔ)

        非接觸金屬磁記憶技術(shù)是一種檢測(cè)長(zhǎng)輸油氣管道完整性的有效手段,通過(guò)理論研究及實(shí)際應(yīng)用效果分析,該技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):

        (1)對(duì)受檢對(duì)象不要求做任何表面處理,無(wú)需人工磁化;

        (2)該技術(shù)不僅能檢測(cè)停工修理的設(shè)備,也能檢測(cè)正在運(yùn)行的設(shè)備;

        (3)能高精度確定金屬構(gòu)件應(yīng)力集中區(qū),和常規(guī)檢測(cè)方法配合能提高檢測(cè)精度和效率;

        (4)該技術(shù)使用便攜式儀表,重量輕,配有可拆卸電池,續(xù)航時(shí)間長(zhǎng);

        (5)對(duì)金屬制件,該技術(shù)能保證百分之百的質(zhì)量檢測(cè),同時(shí)也能進(jìn)行壽命評(píng)估。

        綜上所述,非接觸金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)能夠直接檢測(cè)金屬構(gòu)件上的應(yīng)力集中情況,是一種有效的金屬構(gòu)件直接無(wú)損檢測(cè)技術(shù),可結(jié)合其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù),共同實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道應(yīng)力集中程度的檢測(cè),同時(shí)也是一種對(duì)管道完整性檢測(cè)的補(bǔ)充,對(duì)油氣管道的安全運(yùn)營(yíng)有著重要意義。

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