吳承睿1 劉玉展1 王磊2 任嬌1

1.國家管網(wǎng)集團西南管道蘭成渝輸油分公司；

2.國家管網(wǎng)集團西南管道公司

摘要：針對中貴線(xiàn)某輸氣場(chǎng)站內壓力管道敷設環(huán)境復雜，采用傳統檢測手段檢測效率低和開(kāi)挖面積大這一狀況，使用超聲導波技術(shù)進(jìn)行了現場(chǎng)檢測。結果表明，該技術(shù)可以檢出壓力管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，從而準確掌握壓力管道的整體腐蝕狀況，為場(chǎng)站管道的維護決策提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：場(chǎng)站；輸氣管道；超聲導波；檢測

場(chǎng)站壓力管道定期檢驗中使用射線(xiàn)等檢測方法時(shí)，存在檢測成本高、逐點(diǎn)檢測覆蓋率低的問(wèn)題，導致傳統壓力管道無(wú)損檢測技術(shù)不能得到很好的應用。

針對場(chǎng)站壓力管道檢測技術(shù)研究，中石油長(cháng)慶油田盛峰等人[1]使用低頻超聲導波檢測系統對輸油場(chǎng)站內工藝管道進(jìn)行檢測，結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GUL公司W(wǎng)aveMaker G3低頻導波檢測系統，可有效檢測某場(chǎng)站輸氣管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，并通過(guò)典型信號技術(shù)識別以提高對管道缺陷準確定位。本文在探討超聲導波檢測原理基礎上，采用超聲導波對中貴線(xiàn)某輸氣場(chǎng)站內壓力管道進(jìn)行現場(chǎng)檢測，以探討其實(shí)際應用結果。

1  超聲導波檢測過(guò)程

根據壓力管道現場(chǎng)檢測要求，使用超聲導波檢測時(shí)需要確定合適的導波模態(tài)及檢測頻率，從而在壓力管道中形成單一且非頻散的激勵導波。對于軸對稱(chēng)的壓力管道周向裂紋缺陷，在激勵頻率一定時(shí)，扭轉模態(tài)導波T（0, 1）反射系數會(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)，扭轉模態(tài)導波T（0, 1）反射系數會(huì )隨激勵頻率增加而增大。對于非軸對稱(chēng)的周向裂紋缺陷，扭轉模態(tài)導波T（0, 1）反射系數在較高激勵頻率時(shí)隨裂紋缺陷周向擴展而近似線(xiàn)性增大；裂紋缺陷沿壓力管道軸向擴展時(shí)，由于其前后截面反射導波的相位差異，總體反射系數呈現周期性變化。

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

圖 1 超聲導波離散曲線(xiàn)示意圖

目前，可用于壓力管道缺陷檢測的超聲導波設備主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)以美國西南研究院（SwRI）研究成果為代表，主要是以鐵磁性材料的磁致伸縮效應以及逆效應作為基礎形成的MsS導波，該導波是一種能沿結構件有限邊界進(jìn)行傳播并能被結構件邊界所約束和導向的的機械彈性波，典型設備為MsSR3030R長(cháng)距離超聲導波檢測系統；另一類(lèi)以英國焊接研究所（TWI）和英國導波公司（GUL）的研究成果為代表，主要是以壓電效應作為基礎研制的多晶片探頭卡環(huán)式超聲導波設備。

使用超聲導波檢測設備可實(shí)現對場(chǎng)站壓力管道內外檢測面100%覆蓋檢測，檢測過(guò)程如圖 2所示。在超聲導波傳感器使用L波模式產(chǎn)生L（0, 2）測量波時(shí)，遇到管壁內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；在超聲導波傳感器使用T波模式產(chǎn)生T（0, 1）測量波時(shí)，遇到管壁內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(guò)檢測返回波F（1, 3）和F（1, 2）的信號大小，再依據L（0, 2）和T（0, 1）測量波的傳播速度，可計算得到缺陷在管道的位置和大小信息。

圖 2 超聲導波檢測過(guò)程示意圖

2  現場(chǎng)檢測實(shí)踐

利用卡環(huán)式超聲導波設備對中貴線(xiàn)某輸氣場(chǎng)站內壓力管道進(jìn)行現場(chǎng)檢測。設備采用Teletest系統，該檢測系統由主機、探頭及安裝有數據軟件的計算機組成，可快速檢測管體的內部和外部腐蝕及缺陷，能夠實(shí)現對大于管道截面積3%的缺陷的快速篩查。場(chǎng)站天然氣管道設計壓力10 MPa，工作壓力5.73～7.50 MPa；設計溫度65 ℃，工作溫度5.08～13.38 ℃。超聲導波檢測設備技術(shù)參數如表 1所示。

表 1 超聲導波檢測設備參數表

場(chǎng)站壓力管道超聲導波檢測結果如圖 3所示（壓力管道不存在金屬損失），距超聲導波設備卡環(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證分析得到，壁厚變化區間較小，未見(jiàn)明顯管道壁金屬損失導致的壁厚減薄現象。對于發(fā)現的缺陷波形，采用超聲壁厚檢測和內窺鏡檢測方式進(jìn)行進(jìn)一步檢測驗證，結果如圖 4所示。

圖 3 壓力管道無(wú)缺陷波形圖

圖 4 水平方向存在缺陷波形圖

對存在缺陷波形處的壓力管道彎頭處（DN400 mm×16 mm）進(jìn)行測厚驗證，發(fā)現缺陷金屬損失面積約為12 cm2，測厚數據如表 3所示。進(jìn)一步使用內窺鏡進(jìn)行探查，發(fā)現彎頭處確實(shí)存在一處金屬損失導致的壁厚減薄缺陷。

表 2 壓力管道測厚驗證數據表

3  結束語(yǔ)

超聲導波檢測技術(shù)能夠在較少開(kāi)挖條件下實(shí)現西南山區場(chǎng)站壓力管道的高覆蓋率和高效率檢測，并能適應場(chǎng)站壓力管道復雜的檢測環(huán)境，相比傳統無(wú)損檢測方法有很大優(yōu)勢，能夠準確檢出壓力管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，為場(chǎng)站高效檢測提供技術(shù)支持。同時(shí)，超聲導波檢測技術(shù)還存在一定的局限性，需要結合現代電子技術(shù)和廣泛現場(chǎng)工程實(shí)踐等繼續深入研究。

參考文獻：

[1]盛峰，馮柏旗. 超聲導波檢測系統在場(chǎng)站管道檢測中的應用研究[J].中國石油化工，2017(07)：81-82.

[2]宋日生，喻建勝，何莎，等. 低頻導波在場(chǎng)站管道檢測中的應用研究[J]. 中國測試，2012，38(05)：32-35.

[3]Gazis D C. Three-dimensional investigation of the propagation of waves in hollow circular cylinders. I. Analytical foundation[J]. The journal of the Acoustical Society of America，1959，31(5)：568-573.

[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，現在國家管網(wǎng)集團西南管道有限責任公司蘭成渝分公司從事工藝設備管理工作。聯(lián)系方式：13550263278，wucr@pipechina.com.cn。