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雙管齊下，承壓設(shè)備腐蝕檢測新思路

2021-05-28 15:36:26 作者：張小龍，張子健來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

在承壓設(shè)備，特別是長距離且主要為直管段壓力管道的定期檢驗(yàn)和年度檢查中，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)已逐步成為直管段母材內(nèi)外壁腐蝕缺陷的主要檢測方法之一。超聲導(dǎo)波檢測具有避免大面積拆除包覆層、一次性檢測距離長、檢測效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，國內(nèi)超聲導(dǎo)波檢測主要參考的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 31211-2014，GB/T 28704-2012和DL/T 1452-2015。在這3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中均提到導(dǎo)波檢測的結(jié)果與評價(jià)，針對疑似缺陷或不可接受信號均需采用其他無損檢測方法進(jìn)行驗(yàn)證，而對帶有包覆層的壓力管道進(jìn)行拆除包覆層復(fù)驗(yàn)存在較大風(fēng)險(xiǎn)，這對檢測單位和業(yè)主單位都是不利的。

脈沖渦流檢測技術(shù)使用矩形波進(jìn)行激勵(lì)，信號穿透能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)無需拆除包覆層的在線非接觸式檢測，避免了因?yàn)椴鸪矊訉?dǎo)致的原包覆層損壞，使用脈沖渦流技術(shù)對超聲導(dǎo)波檢測的可疑點(diǎn)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)是一種有效且可靠性較高的方法，兩種無損檢測方法的結(jié)合使用既提高了檢測效率，又具有較高的可靠性。

基于這兩種無損檢測方法的組合使用，寧波市勞動安全技術(shù)服務(wù)公司、寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院和杭州浙達(dá)精益機(jī)電技術(shù)股份有限公司的技術(shù)人員采用對比試塊進(jìn)行了檢測，最后在現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用。

1 超聲導(dǎo)波檢測

首先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行對比試塊的檢測，采用國產(chǎn)超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由MSGW30型超聲導(dǎo)波檢測儀、上位機(jī)和檢測探頭等組成。檢測系統(tǒng)可對管、板、纜索等大范圍結(jié)構(gòu)件進(jìn)行12~250kHz的寬頻掃查，并可進(jìn)行頻掃圖像顯示、A掃信號顯示和包絡(luò)顯示，可對A掃信號進(jìn)行DAC（距離-波幅曲線）分析。

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圖1 超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)組成示意

圖2 小型柔性化換能器外觀

考慮到試塊需加工內(nèi)部球孔缺陷，所以取管道原長度的1/2進(jìn)行加工，由于無法采用傳統(tǒng)線圈探頭進(jìn)行檢測，所以采用特制板波探頭進(jìn)行檢測，換能器的設(shè)計(jì)分為柔性和硬性兩部分，其中硬性設(shè)計(jì)的主要功能是信號的輸入輸出、保護(hù)換能器、方便操作人員使用等；柔性部分的主要功能是激勵(lì)和接收導(dǎo)波信號。

試驗(yàn)采用的管道球孔缺陷試塊，外徑為159mm，壁厚為10mm，球孔深度分別為壁厚的20%，40%，60%，80%。

圖3 球孔缺陷試塊結(jié)構(gòu)示意

超聲導(dǎo)波檢測工藝為：掃頻范圍42~90kHz，檢測頻率74kHz，檢測范圍0~2m，檢測波形為T波，采樣間隔100ms，波速3150m/s，平均次數(shù)為10次。

圖4 對比試塊的超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果

根據(jù)圖4對導(dǎo)波檢測結(jié)果進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)得到檢測數(shù)擬如下表所示。

表：對比試塊的超聲導(dǎo)波檢測數(shù)據(jù)

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由表中數(shù)據(jù)可以看出，超聲導(dǎo)波對缺陷的定位具有較高的準(zhǔn)確性，最大誤差僅為2.4%，但是對于缺陷大小的定量，隨著缺陷深度的增加，定量數(shù)據(jù)的可靠性減小，且若存在缺陷（非圓周缺陷）位于同一條直線上時(shí)，誤差會進(jìn)一步增大。

目前，超聲導(dǎo)波檢測的DAC曲線的現(xiàn)場應(yīng)用還不是很廣泛，GB/T 31211-2014和GB/T 28704-2012這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均提及了超聲導(dǎo)波對比試塊和靈敏度校準(zhǔn)，其中對比試塊應(yīng)采用與被檢構(gòu)件材料性能及幾何形狀相同或相近的材料制作，并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)測繪制DAC曲線，但在現(xiàn)場檢測中還存在以下問題，石油化工行業(yè)管道尺寸、規(guī)格、材料、種類等較多，且一般都存在焊縫、支架、彎頭等結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)要求的對比試塊和靈敏度校準(zhǔn)在實(shí)際操作時(shí)具有一定困難，且沒有考慮到管道彎頭對信號衰減的影響。基于以上幾點(diǎn)，導(dǎo)波DAC曲線的應(yīng)用受到一定的限制，因此目前導(dǎo)波檢測的關(guān)注點(diǎn)還主要集中在缺陷的定位上，定量主要采用其他無損檢測方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

2 脈沖渦流檢測

在實(shí)驗(yàn)室中采用Lyft-GD型脈沖渦流保溫層下腐蝕成像儀，探頭型號為PEC-098-G2，該設(shè)備具有以下主要性能特點(diǎn)：實(shí)時(shí)C掃描成像；同時(shí)支持點(diǎn)陣式測量與編碼動態(tài)測量；快速數(shù)據(jù)采集；可檢測工件厚度達(dá)100mm，包覆層厚度最大達(dá)300mm，可檢測防雨罩材料包括鋁、不銹鋼以及鋅鐵皮；CWT算法（壁厚補(bǔ)償工具）可有效地改善檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

采用如圖3所示球孔缺陷試塊進(jìn)行脈沖渦流檢測，使用Eddyfi的網(wǎng)格墊來定位，采用聚氨酯泡沫模擬管道包覆層，厚度設(shè)為60mm，具體檢測工藝為：探頭覆蓋長度63.3mm，掃查方式為單點(diǎn)網(wǎng)格，提離距離60mm，校準(zhǔn)方式采用設(shè)備內(nèi)置的Smart PULSE，A掃開始時(shí)間5.9ms，A掃持續(xù)時(shí)間163ms，采集速率1.15Hz，濾波頻率60Hz。

采用C掃成像模式，用壁厚百分比進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，檢測結(jié)果如下圖所示。

圖5 球孔試管的脈沖渦流C掃結(jié)果

根據(jù)圖5可知，通過脈沖渦流C掃結(jié)果可以明顯發(fā)現(xiàn)試管中的4個(gè)球孔缺陷，缺陷檢出位置與預(yù)制位置相同，且壁厚百分比與缺陷實(shí)際尺寸具有一一對應(yīng)關(guān)系，80%球孔壁厚百分比最小為83.8%，20%球孔缺陷壁厚百分比最小為98.5%。

值得注意的是，由于脈沖渦流檢測原理是對有缺陷的區(qū)域進(jìn)行檢測，而不是對單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行檢測，所以壁厚百分比不能體現(xiàn)出真實(shí)腐蝕當(dāng)量，但存在一定的比例關(guān)系，可以輔助判斷缺陷大小，對缺陷的精確定量還需采用其他無損檢測方法進(jìn)行確認(rèn)，該結(jié)論可以從脈沖渦流檢測原理中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算來解釋。

覆蓋長度（FP）是描述空間信號分布的主要變量，其可以通過探頭大小和提離高度來計(jì)算。

FP=（0.65×L0）+FP0

式中：L0為提離高度，包含保溫層、防雨罩、涂層厚度等；FP0為提離高度為0時(shí)，探頭的覆蓋長度，不同的采集分辨率由不同的探頭覆蓋長度確定，小尺寸探頭具有更好的檢測分辨率。

平均區(qū)域面積（AΦ）是平面狀態(tài)下探頭響應(yīng)90%的區(qū)域，平均區(qū)域和覆蓋長度密切相關(guān)。

AΦ=FP×1.8

脈沖渦流可檢測的最小缺陷是覆蓋長度區(qū)域內(nèi)部體積的15%。

脈沖渦流采集的實(shí)際信號為標(biāo)稱壁厚信號和缺陷信號的綜合結(jié)果，當(dāng)缺陷尺寸小于覆蓋的平均區(qū)域時(shí)，脈沖渦流檢測將低估缺陷的尺寸；當(dāng)缺陷尺寸大于覆蓋的平均區(qū)域時(shí)，脈沖渦流檢測將會獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場檢測的管道為某煉化企業(yè)焦化裝置的一條附塔管線，公稱直徑400mm，壁厚10mm，有保溫層，工作溫度110℃，工作壓力0.85MPa，根據(jù)檢驗(yàn)預(yù)定表進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測，根據(jù)導(dǎo)波包絡(luò)信號進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)距離支架0.64m處存在小面積腐蝕，隨即采用脈沖渦流進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，拆除保溫層后進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)該處為小面積保溫層下腐蝕，超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果如下圖所示。

圖6 附塔管線超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果

根據(jù)圖6可以看出，整個(gè)超聲導(dǎo)波檢測覆蓋范圍為40m，檢測結(jié)果具有較高的信噪比，能發(fā)現(xiàn)明顯的特征波形，注意到+6.4m處存在超過10%波幅的信號，采用脈沖渦流進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示。

圖7 附塔管線脈沖渦流復(fù)驗(yàn)結(jié)果

由圖7可以看出，通過脈沖渦流C掃成像，確認(rèn)在支架+0.64m處存在最大腐蝕當(dāng)量為13.6%的面積狀腐蝕，經(jīng)現(xiàn)場拆除包覆層后，發(fā)現(xiàn)為保溫層下面積狀腐蝕，采用焊縫檢驗(yàn)尺對凹坑深度進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)最大深度為3.0mm，腐蝕當(dāng)量為30%，基于脈沖渦流檢測原理，這一數(shù)值大于脈沖渦流測量值。

4 結(jié)語

采用超聲導(dǎo)波和脈沖渦流技術(shù)對球孔試管和現(xiàn)場壓力管道進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明，超聲導(dǎo)波能快速篩查管道母材存在的內(nèi)外壁腐蝕缺陷，脈沖渦流技術(shù)能在免拆除包覆層的情況下對超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，防止偽缺陷的干擾，提高了超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果的可靠性。這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合可為在線快速、大面積檢測壓力管道母材腐蝕提供新的檢測思路。

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