賈海東 黃忠勝

西部管道分公司

高清軸向漏磁內檢測技術(shù)是目前國內采用的主流內檢測技術(shù)[1-5]。國外標準《NACE International Publication 35100 In-Line Nondestructive Inspection of Pipelines》將軸向漏磁內檢測技術(shù)定義為一種金屬損失類(lèi)缺陷檢測技術(shù)。該標準中高清漏磁內檢測器技術(shù)性能指標及SY/T 6889-2012《管道內檢測》中均指出，其可以檢測出狹窄的軸向外腐蝕及周向裂紋等裂紋型缺陷，但對于裂紋型缺陷之前尚無(wú)檢出案例。

2015年5月20-23日，西部管道公司對西氣東輸二線(xiàn)某處經(jīng)內檢測識別出的螺旋焊縫異常點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖驗證時(shí)，射線(xiàn)及TOFD超聲檢測結果表明該處存在裂紋型缺陷，缺陷位于順氣流9點(diǎn)20分部位，裂紋長(cháng)度55 mm，裂紋自身高度無(wú)法確定（見(jiàn)圖1）。該案例為西部管道公司用高清漏磁內檢測器首次檢出裂紋型缺陷。

隨著(zhù)西一線(xiàn)、西二線(xiàn)、西三線(xiàn)等高鋼級、大口徑、高壓力輸氣管道投產(chǎn)運行，已發(fā)生多起焊縫失效案例[6，7]。內檢測服務(wù)商漏磁內檢測報告中焊縫異常缺陷的比例也在逐步升高。這對目前廣泛使用的高清漏磁內檢測器是否能對焊縫缺陷進(jìn)行定性和尺寸量化提出了要求。

 

圖1 射線(xiàn)及TOFD超聲無(wú)損檢測結果

1  高清漏磁內檢測器

發(fā)現西二線(xiàn)螺旋焊縫裂紋型缺陷的設備為西部管道公司和沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制的φ1219高清漏磁內檢測器，其技術(shù)指標符合標準《NACE International Publication 35100》。檢測器實(shí)物見(jiàn)圖2。

 

圖2 高清漏磁內檢測器實(shí)物

2  牽拉試驗設計

2.1工藝設計

該牽拉系統工藝采用2臺工程車(chē)通過(guò)牽引鋼絲繩牽拉內檢測器通過(guò)試驗管道的方式進(jìn)行。工藝流程見(jiàn)圖3。

 

圖3 牽拉測試工藝流程

2.2試驗管道設計

牽拉試驗管道由7根鋼管組成，口徑均為1 219 mm。漏磁內檢測器重量4. 2 t，為了進(jìn)行西二線(xiàn)螺旋焊縫裂紋型缺陷不同速度下缺陷特征研究，根據現場(chǎng)嘗試，布置試驗管道如下：前5根為加速段，第6根為缺陷管，最后1根為減速段（見(jiàn)圖4）。由于漏磁內檢測器前節磁化節采用高磁能磁鐵，對管壁吸附力強，經(jīng)現場(chǎng)嘗試，1根鋼管能滿(mǎn)足最高牽拉速度下的減速要求。缺陷管通過(guò)法蘭及螺栓與上下游管節連接，其余管節焊接連接。

 

（a）設計示意圖               （b） 設計實(shí)物圖

圖4 試驗管道設計圖

3  牽拉試驗結果及分析

3.1試驗結果

2016年7月20-24日，采用工程車(chē)及φ1219高清漏磁內檢測器完成西二線(xiàn)螺旋焊縫缺陷一次牽拉試驗。此次試驗共牽拉8次，最高牽拉速度4.17 m/s。2016年8月4日，在拆除漏磁內檢測器皮碗等附件給檢測器減重后，完成二次牽拉試驗，最高牽拉速度4.61 m/s。表1為現場(chǎng)內檢測及牽拉試驗數據，圖5為現場(chǎng)內檢測及部分試驗信號。

 

（a）2011年現場(chǎng)內檢測    （b）1.02 m/s    （c）4.61 m/s

圖5 現場(chǎng)內檢測及部分試驗信號

3.2試驗結果分析

（1）在4.00 m/s牽拉速度內，裂紋型缺陷信號特征明顯，數據分析時(shí)可進(jìn)行缺陷特征識別（見(jiàn)圖5（a）、（b））。超過(guò)4.00 m/s后，缺陷特征仍存在，但因信號平緩，識別較困難（見(jiàn)圖5（c））。正常螺旋焊縫處漏磁信號具有先下后上的正弦信號特征，而螺旋焊縫裂紋型缺陷信號與其極性相反，信號特征為先上后下的特征。

（2）由圖6（a）可知：當牽拉速度為3.8 1m/s時(shí)，此裂紋型缺陷特征信號幅值與最低牽拉速度1.02 m/s下幅值相比，減少約10.94 %。當牽拉速度超過(guò)4.00 m/s時(shí)，缺陷特征信號幅值急速衰減，當達到最高速度4.61m/s時(shí)，衰減達到77 %。根據速度效應試驗，可以得出結論：對于螺旋焊縫裂紋型缺陷，當內檢測器運行速度在4.00 m/s以?xún)葧r(shí)，可實(shí)現缺陷檢測及識別；當超過(guò)4.00 m/s時(shí)，信號畸變，較難識別。

（3）由圖6（b）、（c）可知：裂紋型缺陷特征軸向、周向投影長(cháng)度在4.00 m/s牽拉速度以?xún)�，基本變化不大。超過(guò)4.00 m/s后，軸向投影長(cháng)度變大，環(huán)向投影寬度變小。經(jīng)分析，這是由于缺陷幅值信號衰減造成信號平緩，引起識別出的尺寸變化所致。

  

（a）信號幅值變化圖     （b）信號軸向長(cháng)度變化圖   （c）信號周向長(cháng)度變化圖

圖6 不同速度下信號特征變化圖

4  缺陷失效分析

對該處螺旋焊縫裂紋型缺陷進(jìn)行了靜水壓爆破試驗及失效分析，根據斷口形貌（見(jiàn)圖7），該處缺陷內表面長(cháng)度45 mm，外表面長(cháng)度15 mm，缺陷最長(cháng)為64 mm；水壓試驗前裂紋最深已達到15 mm，水壓爆破的斷口深度為4 mm。

 

圖7 斷口形貌

根據牽拉試驗數據，按照平均軸向投影長(cháng)度26 mm，周向投影寬度98 mm計算，得到此裂紋型缺陷長(cháng)度為101 mm，大于根據斷口測量得到的缺陷最長(cháng)64 mm。據判斷，是因為該處缺陷信號幅值較大，數據分析時(shí)識別出的周向投影長(cháng)度過(guò)大造成的。

5  結論

（1）當牽拉速度在4.00 m/s以?xún)葧r(shí)，裂紋型缺陷信號幅值隨速度增加有所衰減，衰減約11 %。當超過(guò)4.00 m/s后，信號幅值急速衰減，衰減達77 %。在內檢測作業(yè)過(guò)程中，為獲得高質(zhì)量檢測數據，最好將內檢測器運行速度控制在4.00 m/s以?xún)取?o:p>

（2）高清漏磁內檢測器具備螺旋焊縫裂紋型缺陷檢測能力，當運行速度在4.00 m/s以?xún)葧r(shí)信號特征明顯，但對于缺陷定性和定量還需進(jìn)一步研究。

（3）牽拉試驗是對檢測器檢測能力進(jìn)行驗證，對缺陷特征進(jìn)行建模，實(shí)現尺寸量化的最有效手段。

本文僅對該處螺旋焊縫裂紋型缺陷進(jìn)行了牽拉研究。今后還應通過(guò)對預制電火花加工的人工裂紋型缺陷及仿自然缺陷的焊縫缺陷（缺陷種類(lèi)涵蓋氣孔、夾渣、錯邊、咬邊、過(guò)度打磨、未焊滿(mǎn)、未焊透、未融合、裂紋等）進(jìn)行大量牽拉試驗，進(jìn)一步研究高清漏磁檢測技術(shù)對裂紋型缺陷的檢測能力，以此推動(dòng)漏磁檢測技術(shù)對焊縫缺陷檢測和識別能力的提高，從而解決長(cháng)輸油氣管道焊縫缺陷內檢測難題。 

參考文獻：

[1]馮慶善，張海亮，王春明，等. 三軸高清漏磁檢測技術(shù)與管道本質(zhì)安全[J/OL] ．油氣儲運，2016-03-25.

[2]王富祥，馮慶善，張海亮，等．基于三軸漏磁內檢測技術(shù)的管道特征識別[J] ．無(wú)損檢測，2011，33（1）：79-84．

[3]王富祥，馮慶善，王學(xué)力，等．三軸漏磁內檢測信號分析與應用[J] ．油氣儲運，2010，29（11）：815-817．

[4]楊理踐，邢磊，高松�。�三軸漏磁缺陷檢測技術(shù)無(wú)損探傷[J] ．無(wú)損探傷，2013,(1):9-12．

[5]楊理踐，郭天昊，高松巍，等．管道裂紋角度對漏磁檢測信號的影響[J/OL] ．油氣儲運，2016-06-27.

[6]王婷，楊輝，馮慶善，等．油氣管道環(huán)焊縫缺陷內檢測技術(shù)現狀與展望[J] ．油氣儲運，2015，07（34）：694-699.

[7]楊鋒平，卓海森，羅金恒，等. 油氣輸送管失效案例與原因分析[J] ．石油管材與儀器，2015,(3). 

作者：賈海東，男， 1984年生， 2009年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，工學(xué)碩士，工程師，現主要從事管道檢測及完整性評價(jià)工作。 

《管道保護》2017年第1期（總第32期）