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長輸管道內壁腐蝕缺陷的超聲波衍射時差法無損檢測

2021-08-18 11:24:59 作者：江雁山，鄧進，等來源：腐蝕與防護分享至：

近年來，隨著我國油氣發展的需求擴大，長輸管道鋪設量大幅增加。長輸管道經過長時間的運行后會發生多種損傷，管道內壁腐蝕是長輸管道運行中的一種常見損傷模式。管道內壁腐蝕缺陷的精確測量對管道的安全運行有著重要意義。

目前，長輸管道內壁腐蝕的檢測技術主要為內檢測技術等，其通過測量管道壁厚損失百分比來評價腐蝕程度，在發現內壁腐蝕缺陷后，還需采用常規超聲檢測或射線檢測技術進行復測。常規超聲檢測結果不直觀，缺陷特征評價提供的信息量不足；射線檢測應用于在役管道檢測時需采用雙壁單影透照方式，檢測靈敏度較低。

超聲波衍射時差法（TOFD）是一種利用缺陷端點的聲波衍射傳播時間差來進行缺陷檢測與定量的技術。

圖1 TOFD檢測原理示意

TOFD檢測較常規超聲檢測方法而言，除可顯示A型脈沖波形外，還可以得到D掃描圖像，檢測結果更為直觀；TOFD檢測還可對缺陷的深度、高度及長度進行精確測量。

TOFD檢測底面盲區分為焊縫中心底面盲區和軸偏離盲區。根據相關標準，焊縫中心底面盲區高度一般要求不大于1mm。對管體本體進行檢測時，可通過不同位置、多次掃查來解決軸偏離盲區的問題。

基于TOFD檢測的優點，可對長輸管道內壁腐蝕檢測工藝進行仿真分析。

TOFD檢測的仿真分析

NB/T 47013.10-2015《承壓設備無損檢測第10部分：衍射時差法超聲檢測》標準規定了焊縫TOFD檢測的相關要求，而對管道本體部分無相關檢測要求，為此，森松（江蘇）重工有限公司上海分公司、中國特種設備檢測研究院和中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司的技術人員根據標準中規定的焊縫TOFD檢測工藝參數進行仿真分析。

01 TOFD聲場仿真分析

工件規格為914mm×16mm（外徑×壁厚），在CIVA軟件中對其進行建模，模型如圖2所示。

圖2 工件模型

仿真選用頻率為5MHz，直徑為6mm的探頭，楔塊角度為70°，PCS（探頭中心間距）為58.6mm，計算分析聲場在工件中的分布（見圖3）。

圖3 聲場分析計算結果

由圖3可知，-12dB聲束底面覆蓋區域為21mm，聲場在工件底面能量較為集中，更有利于檢測內壁腐蝕缺陷。

02 TOFD缺陷響應仿真分析

在建立好的工件模型中，沿著管道周向與軸向內壁分別預設1個長為15mm，高為1mm的缺陷，并分別沿著管道周向與軸向掃查，掃查示意如圖4所示。

圖4 周向與軸向掃查示意

圖4中紅色十字標志為預設的缺陷，紫色線條為TOFD檢測掃查方向。將聲場仿真參數應用到建立好的缺陷模型中，分別沿著設置的周向與軸向掃查路徑進行計算分析，結果如圖5所示。

圖5 TOFD檢測缺陷仿真圖譜

由圖5可知，采用標準推薦的工藝參數可檢測出周向與軸向的根部缺陷，且檢測結果準確，初步驗證TOFD檢測管道母材是可行的。

現場工程應用

某公司長輸管道規格為914mm×16mm（外徑×壁厚），材料為X70鋼，運行3年后首次進行定期檢測，在管道內壁某一位置發現1處缺陷。針對該處缺陷，選用DA5P14FS15型探頭進行超聲檢測。檢測得到缺陷最小深度為13.8mm，長為20mm，寬為15mm，但無法對缺陷進行直觀顯示，不利于缺陷評定。射線檢測時，采用雙壁單影透照，但檢測靈敏度較低。

針對上述情況，采用TOFD檢測該處缺陷。檢測設備為中科創新HSPA20型檢測儀，探頭頻率為5MHz，直徑為6mm，楔塊角度為70°，PCS為58.6mm，檢測結果如圖6和圖7所示。