吳承睿1 劉玉展1 王磊2 任嬌1

1.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道蘭成渝輸油分公司；

2.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道公司

摘要：針對(duì)中貴線某輸氣場(chǎng)站內(nèi)壓力管道敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜，采用傳統(tǒng)檢測(cè)手段檢測(cè)效率低和開挖面積大這一狀況，使用超聲導(dǎo)波技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。結(jié)果表明，該技術(shù)可以檢出壓力管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，從而準(zhǔn)確掌握壓力管道的整體腐蝕狀況，為場(chǎng)站管道的維護(hù)決策提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：場(chǎng)站；輸氣管道；超聲導(dǎo)波；檢測(cè)

場(chǎng)站壓力管道定期檢驗(yàn)中使用射線等檢測(cè)方法時(shí)，存在檢測(cè)成本高、逐點(diǎn)檢測(cè)覆蓋率低的問題，導(dǎo)致傳統(tǒng)壓力管道無損檢測(cè)技術(shù)不能得到很好的應(yīng)用。

針對(duì)場(chǎng)站壓力管道檢測(cè)技術(shù)研究，中石油長(zhǎng)慶油田盛峰等人[1]使用低頻超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)輸油場(chǎng)站內(nèi)工藝管道進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明能夠檢出管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況；中石油川慶鉆探公司宋日生等人[2]利用引進(jìn)的英國(guó)GUL公司W(wǎng)aveMaker G3低頻導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，可有效檢測(cè)某場(chǎng)站輸氣管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，并通過典型信號(hào)技術(shù)識(shí)別以提高對(duì)管道缺陷準(zhǔn)確定位。本文在探討超聲導(dǎo)波檢測(cè)原理基礎(chǔ)上，采用超聲導(dǎo)波對(duì)中貴線某輸氣場(chǎng)站內(nèi)壓力管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以探討其實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。

1  超聲導(dǎo)波檢測(cè)過程

根據(jù)壓力管道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求，使用超聲導(dǎo)波檢測(cè)時(shí)需要確定合適的導(dǎo)波模態(tài)及檢測(cè)頻率，從而在壓力管道中形成單一且非頻散的激勵(lì)導(dǎo)波。對(duì)于軸對(duì)稱的壓力管道周向裂紋缺陷，在激勵(lì)頻率一定時(shí)，扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波T（0, 1）反射系數(shù)會(huì)隨裂紋缺陷徑向深度增加而增大；在周向裂紋缺陷徑向深度一定時(shí)，扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波T（0, 1）反射系數(shù)會(huì)隨激勵(lì)頻率增加而增大。對(duì)于非軸對(duì)稱的周向裂紋缺陷，扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波T（0, 1）反射系數(shù)在較高激勵(lì)頻率時(shí)隨裂紋缺陷周向擴(kuò)展而近似線性增大；裂紋缺陷沿壓力管道軸向擴(kuò)展時(shí)，由于其前后截面反射導(dǎo)波的相位差異，總體反射系數(shù)呈現(xiàn)周期性變化。

從圖 1所示的超聲導(dǎo)波離散曲線可發(fā)現(xiàn)，縱向模態(tài)導(dǎo)波L（0, 2）在大于25 kHz之后的頻散現(xiàn)象較小，扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波T（0, 1）在頻率范圍內(nèi)不存在頻散現(xiàn)象，因此選擇L（0, 2）波和T（0, 1）波作為低頻超聲導(dǎo)波測(cè)量波，由此形成了低頻超聲導(dǎo)波檢測(cè)的L波模式和T波模式。

圖 1 超聲導(dǎo)波離散曲線示意圖

目前，可用于壓力管道缺陷檢測(cè)的超聲導(dǎo)波設(shè)備主要分為兩類：一類以美國(guó)西南研究院（SwRI）研究成果為代表，主要是以鐵磁性材料的磁致伸縮效應(yīng)以及逆效應(yīng)作為基礎(chǔ)形成的MsS導(dǎo)波，該導(dǎo)波是一種能沿結(jié)構(gòu)件有限邊界進(jìn)行傳播并能被結(jié)構(gòu)件邊界所約束和導(dǎo)向的的機(jī)械彈性波，典型設(shè)備為MsSR3030R長(zhǎng)距離超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)；另一類以英國(guó)焊接研究所（TWI）和英國(guó)導(dǎo)波公司（GUL）的研究成果為代表，主要是以壓電效應(yīng)作為基礎(chǔ)研制的多晶片探頭卡環(huán)式超聲導(dǎo)波設(shè)備。

使用超聲導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)站壓力管道內(nèi)外檢測(cè)面100%覆蓋檢測(cè)，檢測(cè)過程如圖 2所示。在超聲導(dǎo)波傳感器使用L波模式產(chǎn)生L（0, 2）測(cè)量波時(shí)，遇到管壁內(nèi)外表面壁厚存在變化時(shí)（壁面因腐蝕產(chǎn)生金屬損失），將產(chǎn)生F（1, 3）波并返回；在超聲導(dǎo)波傳感器使用T波模式產(chǎn)生T（0, 1）測(cè)量波時(shí)，遇到管壁內(nèi)外表面壁厚存在變化時(shí)（壁面產(chǎn)生金屬損失），將產(chǎn)生F（1, 2）波并返回。通過檢測(cè)返回波F（1, 3）和F（1, 2）的信號(hào)大小，再依據(jù)L（0, 2）和T（0, 1）測(cè)量波的傳播速度，可計(jì)算得到缺陷在管道的位置和大小信息。

圖 2 超聲導(dǎo)波檢測(cè)過程示意圖

2  現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)踐

利用卡環(huán)式超聲導(dǎo)波設(shè)備對(duì)中貴線某輸氣場(chǎng)站內(nèi)壓力管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。設(shè)備采用Teletest系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)由主機(jī)、探頭及安裝有數(shù)據(jù)軟件的計(jì)算機(jī)組成，可快速檢測(cè)管體的內(nèi)部和外部腐蝕及缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大于管道截面積3%的缺陷的快速篩查。場(chǎng)站天然氣管道設(shè)計(jì)壓力10 MPa，工作壓力5.73～7.50 MPa；設(shè)計(jì)溫度65 ℃，工作溫度5.08～13.38 ℃。超聲導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表 1所示。

表 1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備參數(shù)表

場(chǎng)站壓力管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果如圖 3所示（壓力管道不存在金屬損失），距超聲導(dǎo)波設(shè)備卡環(huán)起始處4 m距離范圍存在一處缺陷波形，由壓力管道其他軸向上的壁厚驗(yàn)證分析得到，壁厚變化區(qū)間較小，未見明顯管道壁金屬損失導(dǎo)致的壁厚減薄現(xiàn)象。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的缺陷波形，采用超聲壁厚檢測(cè)和內(nèi)窺鏡檢測(cè)方式進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)驗(yàn)證，結(jié)果如圖 4所示。

圖 3 壓力管道無缺陷波形圖

圖 4 水平方向存在缺陷波形圖

對(duì)存在缺陷波形處的壓力管道彎頭處（DN400 mm×16 mm）進(jìn)行測(cè)厚驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)缺陷金屬損失面積約為12 cm2，測(cè)厚數(shù)據(jù)如表 3所示。進(jìn)一步使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行探查，發(fā)現(xiàn)彎頭處確實(shí)存在一處金屬損失導(dǎo)致的壁厚減薄缺陷。

表 2 壓力管道測(cè)厚驗(yàn)證數(shù)據(jù)表

3  結(jié)束語

超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)能夠在較少開挖條件下實(shí)現(xiàn)西南山區(qū)場(chǎng)站壓力管道的高覆蓋率和高效率檢測(cè)，并能適應(yīng)場(chǎng)站壓力管道復(fù)雜的檢測(cè)環(huán)境，相比傳統(tǒng)無損檢測(cè)方法有很大優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確檢出壓力管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，為場(chǎng)站高效檢測(cè)提供技術(shù)支持。同時(shí)，超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)還存在一定的局限性，需要結(jié)合現(xiàn)代電子技術(shù)和廣泛現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐等繼續(xù)深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛峰，馮柏旗. 超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)在場(chǎng)站管道檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)石油化工，2017(07)：81-82.

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[4]Gazis D C. Three-dimensional investigation of the propagation of waves in hollow circular cylinders. II. numerical results[J]. The Journal of the Acoustical Society of America，1959，31(5): 573-578.

作者簡(jiǎn)介：吳承睿，1984年生，工程師，現(xiàn)在國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司蘭成渝分公司從事工藝設(shè)備管理工作。聯(lián)系方式：13550263278，wucr@pipechina.com.cn。