武麒麟

（中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川達(dá)州 636156）

中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司（以下簡(jiǎn)稱普光天然氣凈化廠）有管道10.18萬(wàn)條，其中管廊管道51條、總長(zhǎng)10.213 km，埋地管道286條、總長(zhǎng)度266.753 km。壓力管道都隨著裝置檢修定期進(jìn)行法定檢測(cè)，但部分管廊公用管道、埋地管道未進(jìn)行過(guò)大規(guī)模的檢測(cè)，管道完整性掌握不明，尤其埋地管道在運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)腐蝕缺陷，這些管道一旦發(fā)生泄漏，將對(duì)生產(chǎn)造成影響，甚至導(dǎo)致全廠性的運(yùn)行故障。

歷次檢測(cè)僅采用超聲、漏磁、射線等傳統(tǒng)檢測(cè)方式進(jìn)行逐點(diǎn)檢測(cè)，工作量較大，抽檢的覆蓋率不足0.1%，且對(duì)于不易檢測(cè)的區(qū)域（如埋地、有保溫層或高空架設(shè)的管道），采用常規(guī)檢測(cè)方式需配合施工，成本較高。

為加強(qiáng)管道腐蝕防護(hù)管理，保證管道系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全可靠運(yùn)行，該廠組織開展了超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的先導(dǎo)性應(yīng)用，對(duì)裝置的化學(xué)排污、埋地循環(huán)水等管道進(jìn)行了檢測(cè)，高效地完成了管道完整性檢測(cè)，準(zhǔn)確地篩查出了管道的缺陷狀況，驗(yàn)證了該技術(shù)的適用性。

1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)是利用低頻扭曲波或縱波對(duì)管路、管道進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)，包括地下埋管不開挖狀態(tài)下的長(zhǎng)距離檢測(cè)。采用機(jī)械或氣壓的方式使超聲導(dǎo)波檢測(cè)傳感器（俗稱探頭環(huán)）與管道表面充分接觸，探頭環(huán)上的探頭陣列發(fā)出一束超聲能量脈沖，此脈沖被管道分界線所引導(dǎo)并充斥整個(gè)圓周方向和整個(gè)管壁厚度向遠(yuǎn)處傳播，由于缺陷會(huì)導(dǎo)致管壁的徑向橫截面積（阻抗）發(fā)生改變，導(dǎo)波傳輸過(guò)程中會(huì)在缺陷處返回一定比例的返回信號(hào)（反射波），這些反射信號(hào)被同一探頭環(huán)接收采集，因此可由同一探頭陣列檢出返回信號(hào)，發(fā)現(xiàn)和判斷缺陷的大小[1]。管壁厚度的任何變化，無(wú)論內(nèi)壁或外壁，都會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，被探頭陣列接收到，反射信號(hào)的幅度與管壁橫截面積的總變化有關(guān)，因此可以檢出管道外壁由腐蝕或侵蝕引起的金屬缺損（缺陷）。超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)實(shí)際檢測(cè)到的是管道橫截面積的變化量，而不是絕對(duì)壁厚。所有信號(hào)的產(chǎn)生和采集都通過(guò)導(dǎo)波檢測(cè)主機(jī)系統(tǒng)并通過(guò)USB與計(jì)算機(jī)連接，主機(jī)的控制、信號(hào)的處理和報(bào)告的輸出都是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置軟件完成。根據(jù)缺陷和管道外形特征產(chǎn)生的附加波型轉(zhuǎn)換信號(hào)，可將金屬缺損與管道外形特征（如焊縫、法蘭等）識(shí)別出來(lái)。

1.2 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超聲導(dǎo)波與傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)的最大區(qū)別為：超聲導(dǎo)波可在一個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)一條長(zhǎng)距離的管道進(jìn)行100%的覆蓋檢測(cè)，而傳統(tǒng)超聲波是在一個(gè)測(cè)試點(diǎn)位置進(jìn)行逐點(diǎn)掃查檢測(cè)。超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)如下：

1）從一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)即可對(duì)很長(zhǎng)一段距離進(jìn)行掃查，效率高，一天可檢測(cè)幾千米。

2）環(huán)氧樹脂涂料、巖棉絕熱涂料、油漆等對(duì)導(dǎo)波信號(hào)影響較小，檢測(cè)無(wú)需處理。

3）對(duì)于具有保溫層、包覆層或埋地管道，只需在安裝探頭處清除30 cm寬的區(qū)域，就可對(duì)一段距離的管道進(jìn)行檢測(cè)，輔助成本較低。

4）可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，檢測(cè)覆蓋率高達(dá)100%。

5）可進(jìn)行水下檢測(cè)。

1.3 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)局限性

超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)具有一定的局限性，具體表現(xiàn)如下：

1）瀝青對(duì)導(dǎo)波信號(hào)影響較大，對(duì)有瀝青防腐層管道不適用。

2）主要用于缺陷的篩查，而不是具體特征檢查。

3）能發(fā)現(xiàn)管道是否存在問(wèn)題，僅能評(píng)估管道橫截面積變化量的相對(duì)值，但定性和定量較為困難。

4）檢測(cè)距離取決于管道異形的具體情況。

1.4 超聲導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備的組成

超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)由探頭環(huán)、設(shè)備主機(jī)、便攜式檢測(cè)控制電腦及連接電纜四部分組成。探頭環(huán)被認(rèn)作是常規(guī)的超聲傳感器，以脈沖回波的方式運(yùn)行，與某一尺寸的管道是一一對(duì)應(yīng)的。超聲導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備接收所有檢測(cè)信號(hào)，操作電源由其內(nèi)部的可充電電池提供，并通過(guò)USB接口與控制電腦相連。設(shè)備的調(diào)試、信號(hào)的處理和測(cè)試報(bào)告均由配套軟件系統(tǒng)完成。

低頻超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)是一種可以代表管道長(zhǎng)距離檢測(cè)技術(shù)發(fā)展水平的檢測(cè)系統(tǒng)，常用于快速檢測(cè)管道內(nèi)部和外部腐蝕及其他缺陷。檢測(cè)系統(tǒng)可以快速檢測(cè)難以介入的長(zhǎng)距離管道的腐蝕或缺陷。

1.5 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用范圍

結(jié)合超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，常用于下列情形：穿路套管、穿越墻體、海上管道、野外管道、埋地管道、油氣田站場(chǎng)管道、直管段100%的檢測(cè)、架空工程管道、有防腐層或保溫層管道、低溫工程管道、球形支架、護(hù)坡管道等。

2 應(yīng)用過(guò)程及技術(shù)分析

2.1 應(yīng)用方案

此次超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于對(duì)問(wèn)題管道和埋地管道的檢測(cè)：

1）利用超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)裝置存在問(wèn)題的壓力管道，將檢測(cè)數(shù)據(jù)與檢修期間檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以驗(yàn)證超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在天然氣凈化廠的準(zhǔn)確性與適用性。

2）利用超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)埋地管道檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，選取部分埋地的循環(huán)水管道、化學(xué)排污管道的露管處進(jìn)行管體超聲導(dǎo)波應(yīng)用。

2.2 應(yīng)用設(shè)備

應(yīng)用設(shè)備控制電腦搭載有新型導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)管道的腐蝕或沖蝕缺陷進(jìn)行檢測(cè)，儀器在測(cè)試點(diǎn)向管道兩端發(fā)射低頻超聲導(dǎo)波，該導(dǎo)波以金屬管道為導(dǎo)體進(jìn)行傳播，缺陷或管道上的特征結(jié)構(gòu)（如焊縫、法蘭）會(huì)使信號(hào)發(fā)生反射，回波經(jīng)由儀器接收、分析后可評(píng)價(jià)管道的腐蝕情況[2]?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)需要快速、高質(zhì)量地采集導(dǎo)波數(shù)據(jù)。主機(jī)有設(shè)備自檢、探頭環(huán)和操作員自動(dòng)識(shí)別等功能，并帶有內(nèi)置GPS。超聲導(dǎo)波現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片見圖1。

圖1 超聲導(dǎo)波現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

該設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

1）在管壁檢測(cè)范圍內(nèi)可進(jìn)行一次性、100%覆蓋的檢測(cè)，可在不停工情況下進(jìn)行在線檢測(cè)，實(shí)時(shí)得到檢測(cè)結(jié)果。

2）僅檢測(cè)直管段，探頭環(huán)一側(cè)的傳輸距離可達(dá)到50 m。

3）縱向定位精度為± 6 cm，環(huán)向定位精度為22°，檢測(cè)精度為缺陷損失橫截面積的2%（要求對(duì)管壁內(nèi)、外側(cè)缺陷具有相同的靈敏度），對(duì)任何位置缺陷都具有相同的靈敏度（1%～2%）。

4）可檢測(cè)缺陷類型包括腐蝕缺陷、焊縫缺陷、裂紋缺陷、管材本身缺陷、支撐處腐蝕及其他缺陷，回波可提供管道的特征和腐蝕程度。

5）操作電源為低電壓電池，每次充電可使用8 h以上，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)不需要外接電源。

6）探頭環(huán)、操作員等信息自動(dòng)識(shí)別，提供特征結(jié)構(gòu)的位置和相對(duì)尺寸的信息。

2.3 應(yīng)用步驟

該設(shè)備的使用步驟如下：

1）啟動(dòng)主機(jī)和軟件，對(duì)系統(tǒng)自檢。

2）去除探頭環(huán)安裝位置處的油垢、浮灰，保持表面相對(duì)平整，不需要打磨防腐油漆。

3）將探頭環(huán)安裝在直管段上，安裝時(shí)必須使探頭環(huán)中心線與被測(cè)管道軸心保持垂直狀態(tài)；定位旋鈕必須完全對(duì)準(zhǔn)限位坑，并擰緊；旋鈕擰緊后所有的探頭環(huán)固定螺栓都應(yīng)該處于松弛狀態(tài)；向充氣式探頭環(huán)打氣，讓探頭與管壁自然機(jī)械耦合。

4）用連接電纜將探頭環(huán)和主機(jī)連接。

5）將待檢測(cè)管道的詳細(xì)信息記錄在導(dǎo)波檢測(cè)軟件中，如管道號(hào)、管道名稱、防腐層情況、管徑、壁厚及外觀目測(cè)描述等。

6）在電腦軟件界面上操作，發(fā)射超聲波，并收集信號(hào)。

7）將收集到的管道信息進(jìn)行處理，同時(shí)標(biāo)注彎頭、旁通、法蘭等信息。

8）保存信息，自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，檢測(cè)完成。

2.4 檢測(cè)情況及分析

2.4.1 胺液回收罐回收總管

對(duì)胺液回收罐回收總管進(jìn)行檢測(cè)，該管線為DN150埋地管線，輸送高酸高腐蝕性的介質(zhì)?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)軟件的頻率掃查、超聲導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)圖譜分析得出：

1）檢測(cè)范圍：-3.86 m～+0.53 m，合計(jì)總距離為4.39 m。正方向因0.53 m處的法蘭而信號(hào)截止，負(fù)方向通過(guò)1個(gè)彎頭、2個(gè)缺陷點(diǎn)。

2）檢測(cè)負(fù)方向1.97 m入墻處發(fā)現(xiàn)異常，橫截面積改變量為11%，判斷為缺陷。

3）檢測(cè)負(fù)方向2.98 m埋地有彎頭，此處信號(hào)強(qiáng)度消減32%。

4）檢測(cè)負(fù)方向3.86 m（彎頭后0.88 m）埋地部分發(fā)現(xiàn)異常，橫截面積改變6%，判斷為缺陷。

檢測(cè)控制系統(tǒng)采集的信號(hào)圖譜見圖2，管線入墻處腐蝕形貌見圖3，分析結(jié)果見表1。

表1 胺液回收罐回收管道檢測(cè)控制系統(tǒng)分析結(jié)果

圖2 胺液回收罐回收管道檢測(cè)信號(hào)圖譜

圖3 管線入墻處腐蝕形貌

2.4.2 三甘醇收集罐回收總管

對(duì)三甘醇收集罐回收總管進(jìn)行檢測(cè)，該管線為DN100埋地管線。控制系統(tǒng)通過(guò)軟件的頻率掃查、超聲導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)圖譜分析得出：

1）檢測(cè)范圍：-2.81 ～+0.56 m，合計(jì)總距離為3.37 m。正方向因0.56 m處的法蘭而信號(hào)截止，負(fù)方向通過(guò)1個(gè)彎頭、1個(gè)缺陷。

2）檢測(cè)負(fù)方向1.07 m入墻處發(fā)現(xiàn)異常，橫截面積改變6%，判斷為缺陷。

3）檢測(cè)負(fù)方向2.81 m埋地有彎頭，此處信號(hào)強(qiáng)度消減77%。

檢測(cè)控制系統(tǒng)采集的信號(hào)圖譜見圖4，分析結(jié)果見表2。

圖4 三甘醇收集罐回收總管檢測(cè)信號(hào)圖譜

表2 三甘醇收集罐回收總管檢測(cè)控制系統(tǒng)分析結(jié)果

2.4.3 凝結(jié)水罐凝結(jié)水回收管線

對(duì)凝結(jié)水罐凝結(jié)水回收管線進(jìn)行檢測(cè)，該管線屬高空有保溫層的管線， 為DN200管道。控制系統(tǒng)通過(guò)軟件的頻率掃查、超聲導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)圖譜分析得出：

1）檢測(cè)范圍：-1.1 m～+7.78 m，合計(jì)總距離為8.88 m。負(fù)方向通過(guò)0.15、1.1 m兩處彎頭，最終止于第二個(gè)彎頭；正方向通過(guò)1個(gè)支撐、2個(gè)彎頭、1個(gè)法蘭，最后在7.78 m處的法蘭而信號(hào)截止。

2）此段管線信噪比正常，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，管道整體情況良好。

3）通過(guò)檢測(cè)，測(cè)算出負(fù)方向的第一個(gè)彎頭為1D彎頭。

檢測(cè)控制系統(tǒng)采集的信號(hào)圖譜見圖5，分析結(jié)果見表3。

圖5 凝結(jié)水回收管線檢測(cè)信號(hào)圖譜

表3 凝結(jié)水回收管線檢測(cè)控制系統(tǒng)分析結(jié)果

2.4.4 水冷卻器循環(huán)水給水管線

對(duì)水冷卻器循環(huán)水給水管線進(jìn)行檢測(cè)，該管線為DN150埋地管線?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)軟件的頻率掃查、超聲導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)圖譜分析得出：

1）檢測(cè)范圍：-1.24 m～+3.66 m，合計(jì)總距離為4.9 m。正方向3.66 m處有1個(gè)三通，與實(shí)際相符；負(fù)方向通過(guò)2個(gè)彎頭。

2）此段管線信噪比正常，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，管道整體情況良好。

檢測(cè)控制系統(tǒng)采集的信號(hào)圖譜見圖6，分析結(jié)果見表4。

圖6 循環(huán)水給水管線檢測(cè)信號(hào)分析

表4 循環(huán)水給水管線檢測(cè)控制系統(tǒng)分析結(jié)果

2.4.5 水冷卻器循環(huán)水回水管線

對(duì)水冷卻器循環(huán)水回水管線進(jìn)行檢測(cè)，該管線屬埋地管線， 為DN150管道。控制系統(tǒng)通過(guò)軟件的頻率掃查、超聲導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)圖譜分析得出：

1）檢測(cè)范圍：-3.85 m～+1.52 m，合計(jì)總距離為5.39 m。正方向通過(guò)2個(gè)彎頭，負(fù)方向3.85 m處有1個(gè)三通，與實(shí)際相符。

2）此段管線信噪比正常，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，管道整體情況良好。

檢測(cè)控制系統(tǒng)采集的信號(hào)圖譜見圖7，分析結(jié)果見表5。

圖7 循環(huán)水回水管線檢測(cè)信號(hào)圖譜

表5 循環(huán)水回水管線檢測(cè)控制系統(tǒng)分析結(jié)果

3 結(jié)論及建議

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，驗(yàn)證了超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)天然氣凈化廠的管道檢測(cè)有一定適用性，技術(shù)可行，同時(shí)也存在一定的局限性，具體如下：

1）可在不停工、不打磨、無(wú)需耦合劑的便捷施工方式下篩查檢測(cè)一定長(zhǎng)度管段的缺陷情況。

2）超聲導(dǎo)波檢測(cè)的輻射篩查距離與被測(cè)管段的實(shí)際安裝情況有關(guān)，至少可以檢測(cè)管段單方向上的12條焊縫、1個(gè)法蘭、2個(gè)彎頭或1個(gè)三通（達(dá)到任一條件即止）。

3）檢測(cè)范圍內(nèi)的管段可以一次性、100%覆蓋整個(gè)管道，實(shí)現(xiàn)全面檢測(cè)。

4）具體的檢測(cè)精度視檢查設(shè)備的水平而定，此次應(yīng)用設(shè)備的縱向定位精度為±6 cm，環(huán)向定位精度為22°，橫截面積缺陷相對(duì)值為2%。

5）超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確判定缺陷的類型，因其原理是判定管道橫截面積的變化量，而不是具體特征檢查，其缺陷特征的判斷是通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的經(jīng)驗(yàn)判定，故不能準(zhǔn)確定論。

6）超聲導(dǎo)波檢測(cè)僅對(duì)引起管道橫截面積變化的缺陷敏感，對(duì)不能引起橫截面積變化的缺陷則無(wú)法檢測(cè)出；能檢測(cè)出氣孔、弧坑、腐蝕引起的材料損失，不能檢測(cè)出夾渣焊接質(zhì)量缺陷。

7）綜合對(duì)比無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)可作為管道整體評(píng)估強(qiáng)有力的技術(shù)手段，尤其對(duì)于難以實(shí)施檢測(cè)的管道或配合檢測(cè)的施工費(fèi)用昂貴的場(chǎng)合，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)尤為明顯，如埋地、跨越、水下、套管、有保溫層或防腐層的場(chǎng)合。

8）對(duì)于天然氣凈化廠的管道，該技術(shù)可用于長(zhǎng)距離管線、地下循環(huán)水、廠區(qū)邊際水管網(wǎng)的檢測(cè)；單套裝置內(nèi)部可根據(jù)必要性、互補(bǔ)性、經(jīng)濟(jì)性和可行性選擇部分管道（如埋地化學(xué)排污管線、污水至圖幅管線等）開展檢測(cè)，不推薦用于地面壓力管線的檢測(cè)。

9）對(duì)于已檢測(cè)出的胺液回收罐回收總管等腐蝕缺陷問(wèn)題，建議進(jìn)行開挖驗(yàn)證，同時(shí)有必要開展相同部位或類似工況管線的擴(kuò)檢，以確保管道系統(tǒng)的完整性，保障裝置安全可靠運(yùn)行。